اطلس جدید سلول های قلب ساختار دقیق قلب انسان را نشان می دهد

در یک مطالعه جدید که امروز (12 ژوئیه) در طبیعتمحققان دقیق‌ترین و جامع‌ترین اطلس سلول‌های قلب انسان را تا به امروز تولید کرده‌اند، از جمله بافت تخصصی سیستم هدایت قلب – جایی که ضربان قلب منشا می‌گیرد.

این تیم چند مرکزی توسط مؤسسه ولکام سانگر و موسسه ملی قلب و ریه در امپریال کالج لندن رهبری می‌شود، و همچنین ابزار محاسباتی جدیدی به نام Drug2cell ارائه کرده است که می‌تواند بینش‌هایی در مورد اثرات داروها بر ضربان قلب ارائه دهد. .

این مطالعه بخشی از ابتکار بین‌المللی اطلس سلول‌های انسانی (HCA) است که نقشه‌برداری از هر نوع سلول در بدن انسان را انجام می‌دهد تا درک ما از سلامت و بیماری را تغییر دهد و پایه و اساس یک اطلس سلول‌های قلب انسان HCA را تشکیل می‌دهد.

این کار با ترسیم هشت ناحیه از قلب انسان، 75 حالت سلولی مختلف از جمله سلول‌های سیستم هدایت قلبی – گروهی از سلول‌های مسئول ضربان قلب – را توصیف می‌کند که قبلاً در چنین سطح دقیقی در انسان درک نشده بود. سیستم هدایت قلبی انسان، “سیم کشی” قلب، تکانه های الکتریکی را از بالا به پایین قلب می فرستد و ضربان قلب را هماهنگ می کند.

با استفاده از رونویسی فضایی، که “نقشه ای” از محل قرارگیری سلول ها در بافت را ارائه می دهد، محققان همچنین توانستند نحوه ارتباط این سلول ها با یکدیگر را برای اولین بار درک کنند. این نقشه به عنوان یک کتاب راهنمای مولکولی عمل می‌کند و نشان می‌دهد که سلول‌های سالم چگونه به نظر می‌رسند، و یک مرجع مهم برای درک اینکه چه چیزی در بیماری اشتباه می‌شود، ارائه می‌کند. این یافته ها به درک بیماری هایی مانند مواردی که بر ریتم قلب تأثیر می گذارد کمک می کند.

با توجه به اینکه بیماری های قلبی عروقی عامل اصلی مرگ و میر در جهان هستند، تشکیل اطلس سلول های قلب انسان بسیار مهم است. سالانه حدود 20000 پیس میکر الکترونیکی در بریتانیا برای این اختلالات کاشته می شود. اینها می توانند بی اثر باشند و مستعد عوارض و عوارض جانبی هستند. درک بیولوژی سلول‌های سیستم هدایت و تفاوت آن‌ها با سلول‌های ماهیچه‌ای، راه را برای درمان‌هایی برای تقویت سلامت قلب و ایجاد درمان‌های هدفمند برای آریتمی هموار می‌کند.

این تیم همچنین یک ابزار محاسباتی جدید به نام Drug2cell ارائه کرده است. این ابزار می تواند اهداف دارویی و همچنین عوارض جانبی دارو را پیش بینی کند. از پروفایل های تک سلولی و 19 میلیون تعامل دارو-هدف در پایگاه داده EMBL-EBI ChEMBL بهره می برد.

به‌طور غیرمنتظره‌ای، این ابزار شناسایی کرد که سلول‌های ضربان‌ساز هدف داروهای خاصی مانند داروهای GLP1 را بیان می‌کنند که برای دیابت و کاهش وزن استفاده می‌شوند و به عنوان یک عارضه جانبی، ضربان قلب را افزایش می‌دهند، که مکانیسم آن نامشخص بود. این مطالعه نشان می‌دهد که افزایش ضربان قلب ممکن است تا حدی به دلیل اثر مستقیم این داروها بر روی سلول‌های ضربان‌ساز باشد، یافته‌ای که این تیم همچنین در مدل سلول‌های بنیادی تجربی سلول‌های ضربان‌ساز نشان داد.

دکتر جیمز کرانلی، اولین نویسنده مشترک، متخصص قلب و عروق متخصص در اختلالات ریتم قلب و دانشجوی دکترا در موسسه ولکام سانگر، می‌گوید: «سیستم هدایت قلبی برای ضربان منظم و هماهنگ قلب ما حیاتی است، اما سلول‌هایی که آن را تشکیل می‌دهند. این مطالعه با تعریف نمایه‌های این سلول‌ها و همچنین سوله‌های چند سلولی که در آنها زندگی می‌کنند، نور جدیدی می‌افکند. این درک عمیق‌تر راه را برای درمان‌های ضد آریتمی بهتر و هدفمند در آینده باز می‌کند.”

مکانیسم فعال سازی و سرکوب ژن های سلول های ضربان ساز به خصوص در انسان مشخص نیست. این برای بهبود سلول درمانی برای تسهیل تولید سلول های ضربان ساز یا جلوگیری از شلیک بیش از حد خود به خود سلول ها مهم است. با درک این سلول‌ها در سطح ژنتیکی فردی، می‌توانیم به طور بالقوه راه‌های جدیدی برای بهبود درمان‌های قلب ایجاد کنیم.»

دکتر کازوماسا کانمارو، اولین نویسنده مشترک و عضو فوق دکتری در تیم ژنومیکس بیان ژن در موسسه ولکام سانگر

این مطالعه یک کشف غیرمنتظره را کشف کرد: رابطه نزدیک بین سلول های سیستم هدایت و سلول های گلیال. سلول های گلیال بخشی از سیستم عصبی هستند و به طور سنتی در مغز یافت می شوند. آنها در دل بسیار کم کاوش شده اند. این تحقیق نشان می‌دهد که سلول‌های گلیال در تماس فیزیکی با سلول‌های سیستم هدایت هستند و ممکن است نقش حمایتی مهمی ایفا کنند: برقراری ارتباط با سلول‌های ضربان‌ساز، هدایت پایانه‌های عصبی به سمت آنها و حمایت از آزادسازی گلوتامات، یک انتقال‌دهنده عصبی.

یکی دیگر از یافته های کلیدی این مطالعه، ساختار ایمنی در سطح بیرونی قلب است. این شامل سلول‌های پلاسما است که آنتی‌بادی‌هایی را در فضای اطراف قلب آزاد می‌کنند تا از عفونت ریه‌های مجاور جلوگیری کنند. محققان همچنین یک طاقچه سلولی غنی‌شده برای هورمون (4) را شناسایی کردند که می‌تواند به عنوان یک علامت هشدار اولیه نارسایی قلبی تفسیر شود.

دکتر Michela Noseda، مدرس ارشد آسیب شناسی مولکولی قلب در موسسه ملی قلب و ریه، امپریال کالج لندن، هماهنگ کننده شبکه زیستی قلب اطلس سلول های انسانی و نویسنده اصلی، گفت: “ما اغلب به طور کامل نمی دانیم که یک جدید چه تاثیری دارد. درمان روی قلب و تکانه‌های الکتریکی آن خواهد بود – این می‌تواند به این معنی باشد که یک دارو کنار گذاشته شده یا نمی‌تواند وارد بازار شود. تیم ما پلتفرم Drug2cell را برای بهبود نحوه ارزیابی درمان‌های جدید و اینکه چگونه می‌توانند بر قلب ما تأثیر بگذارند، توسعه دادند. این می‌تواند ابزار ارزشمندی برای شناسایی داروهای جدیدی که سلول‌های خاص را هدف قرار می‌دهند و همچنین به پیش‌بینی هرگونه عوارض جانبی بالقوه در مراحل اولیه توسعه دارو در اختیار ما قرار دهد.»

پروفسور متین آوکیران، دانشیار مدیر پزشکی در بنیاد قلب بریتانیا، که بخشی از این تحقیقات را با مرکز تحقیقات قلب و عروق آلمان (DZHK) تامین مالی کرده است، گفت: “این تحقیق با استفاده از فناوری های پیشرفته، جزئیات پیچیده بیشتری را در مورد سلول های سازنده ارائه می دهد. بررسی نواحی تخصصی قلب انسان و نحوه ارتباط آن سلول ها با یکدیگر. یافته های جدید در مورد سیستم هدایت الکتریکی قلب و تنظیم آن احتمالاً رویکردهای جدیدی را برای پیشگیری و درمان اختلالات ریتم که می تواند عملکرد قلب را مختل کند و حتی ممکن است باز کند تهدید کننده زندگی شود.”

“همکاری بین المللی کلید پیشرفت علمی است. این مطالعه تاثیرگذار و اکتشافات دیگر از ابتکار عمل گسترده تر اطلس سلول های انسانی نمونه های بسیار خوبی از آنچه می توان با همکاری جامعه تحقیقاتی بین المللی در سراسر مرزها به دست آورد. تلاش های ترکیبی ما در نهایت می تواند نتایج بهتری برای بیماران ایجاد کند. در سراسر جهان.”

دکتر سارا تیچمن، نویسنده ارشد این مطالعه از موسسه Wellcome Sanger و رئیس کمیته سازماندهی اطلس سلول های انسانی، گفت: “این اطلس سلول های قلب، میکروآناتومی قلب را با جزئیات بی سابقه ای نشان می دهد، از جمله سیستم هدایت قلبی که هر ضربان قلب را فعال می کند. و مرجع ارزشمندی برای مطالعه بیماری‌های قلبی و طراحی درمان‌های بالقوه است. کمک مهمی به ابتکار جهانی اطلس سلول‌های انسانی، که نقشه‌برداری از هر نوع سلول در بدن برای درک سلامت و بیماری است، پایه و اساس یکپارچه‌سازی کامل را تشکیل می‌دهد. HCA Human Heart Cell Atlas. علاوه بر این، مجموعه روش‌های محاسباتی ما به شناسایی احتمالات استفاده مجدد از داروهای موجود برای درمان بیماری‌ها در بافت‌های دیگر کمک می‌کند.”