Naukowcy z Uniwersytetu w Houston donoszą o pierwszej w swoim rodzaju technologii, która nie tylko naprawia komórki mięśnia sercowego u myszy, ale także regeneruje je po zawale serca, czyli po zawale, jak to się medycznie określa.

Według Roberta Schwartza, Hugh Roya i Lillie Cranz Cullen Distinguished Professor of biology and biochemistry at the UH College of Natural Sciences and Mathematics, to przełomowe odkrycie ma szansę stać się potężną strategią kliniczną w leczeniu chorób serca u ludzi.

Nowa technologia opracowana przez zespół badaczy wykorzystuje syntetyczny posłaniec kwasu rybonukleinowego (mRNA) do dostarczania zmutowanych czynników transkrypcyjnych – białek, które kontrolują przekształcanie DNA w RNA – do serc myszy.

„Nikomu nie udało się tego dokonać w takim stopniu i sądzimy, że może to być możliwe do zastosowania u ludzi” – powiedział Schwartz, który kierował badaniami wraz z absolwentem ostatniego roku studiów doktoranckich Siyu Xiao i Dinakarem Iyerem, asystentem profesora biologii i biochemii.

Syntetyczny mRNA przyczynia się do wzrostu podobnego do komórek macierzystych

Naukowcy wykazali, że dwa zmutowane czynniki transkrypcyjne, Stemin i YAP5SA, działają w tandemie, zwiększając replikację kardiomiocytów, czyli komórek mięśnia sercowego, wyizolowanych z serc myszy. Eksperymenty te przeprowadzono in vitro na płytkach do hodowli tkankowych.

„Próbujemy w ten sposób doprowadzić do odróżnicowania kardiomiocytów do stanu bardziej przypominającego komórki macierzyste, aby mogły się one regenerować i rozmnażać” – powiedział Xiao.

Stemin sprawia, że kardiomiocyty nabierają właściwości komórek macierzystych. Kluczowa rola Stemin w ich eksperymentach została odkryta przez Iyer, która stwierdziła, że czynnik transkrypcyjny „zmienia postać rzeczy”. Tymczasem YAP5SA działa poprzez promowanie wzrostu organów, co powoduje, że miocyty replikują się jeszcze bardziej.

W osobnym odkryciu, opublikowanym w tym samym czasopiśmie, zespół badaczy donosi, że Stemin i YAP5SA naprawiają uszkodzone serca myszy in vivo. Co ważne, jądra miocytów replikowały się co najmniej 15-krotnie w ciągu 24 godzin od wstrzyknięcia do serca czynników transkrypcyjnych.

Bradley McConnell, profesor farmakologii, oraz student Emilio Lucero z UH College of Pharmacy współpracowali przy badaniach, tworząc model dorosłej myszy z zawałem.

„Kiedy oba czynniki transkrypcyjne zostały wstrzyknięte do serc dorosłych myszy z zawałem, wyniki były zdumiewające” – powiedział Schwartz. „Laboratorium stwierdziło szybkie namnażanie miocytów sercowych w ciągu jednego dnia, a w ciągu następnego miesiąca serca były naprawiane do prawie normalnej funkcji pompowania krwi, z niewielkimi bliznami”.

Dodatkową zaletą stosowania syntetycznego mRNA, według Xiao, jest to, że znika ono w ciągu kilku dni, w przeciwieństwie do dostarczania wirusowego. Terapie genowe dostarczane do komórek za pomocą wektorów wirusowych budzą wiele obaw związanych z bezpieczeństwem biologicznym, ponieważ nie można ich łatwo zatrzymać. Z drugiej strony, terapia oparta na mRNA szybko się zmienia i znika.

Ograniczona liczba kardiomiocytów

Schwartz i Iyer pracowali nad tym badaniem przez kilka lat, a Xiao koncentrowała się na nim przez cały okres studiów doktoranckich na UH. Studia ukończyła jesienią 2020 roku.

„Czuję się zaszczycona i szczęśliwa, że mogłam nad tym pracować” – powiedziała Xiao. „To ogromne badanie w dziedzinie regeneracji serca, zwłaszcza biorąc pod uwagę inteligentną strategię wykorzystania mRNA do dostarczania Stemin i YAP5SA”.

Odkrycia są szczególnie ważne, ponieważ mniej niż 1% dorosłych komórek mięśnia sercowego może się zregenerować. „Większość ludzi umiera z większością tych samych kardiomiocytów, które mieli w pierwszym miesiącu życia” – powiedziała. Kiedy dochodzi do zawału serca i komórki mięśnia sercowego obumierają, zdolność serca do kurczenia się może zostać utracona.

Badanie zostało sfinansowane częściowo przez Uniwersytet w Houston, Cullen Endowed Chair, Texas Higher Education Coordinating Board, Leducq Foundation i sponsorowaną umowę badawczą z Animatus Biosciences, LLC.

W badaniach uczestniczyli również Rui Lang z UH oraz Zhishi Chen i Jiang Chang z Texas A&M Institute of Biosciences and Technology.

Źródło: University of Houston. Rebeca Trejo