Tecnologia Científica

Um mapa do coração humano
O guia detalhado do órgão essencial pode ajudar a personalizar os tratamentos
Por HMS Communications - 28/09/2020


O tecido do ventra­culo direito de um coração mostra fibroblastos e pericitos, com núcleos celulares em azul. ACE2 (pontos vermelhos), um alvo do SARS-CoV-2, foi enriquecido nesses tipos de células. Imagem: Daniel Reichart

Os cientistas criaram um mapa celular e molecular detalhado do coração humano sauda¡vel para entender como esse órgão vital funciona e para lana§ar luz sobre o que estãoerrado nas doenças cardiovasculares.

O trabalho, publicado na Nature em 24 de setembro, foi liderado por pesquisadores da Harvard Medical School, do Brigham and Women's Hospital, afiliado a Harvard, do Wellcome Sanger Institute, do Max Delbra¼ck Center for Molecular Medicine (MDC) na Alemanha, do Imperial College London e de seus colaboradores globais .

A equipe analisou quase meio milha£o de células individuais para construir o atlas de células mais extenso do coração humano atéhoje. O atlas mostra a enorme diversidade de células e revela os tipos de células do maºsculo carda­aco, células do sistema imunológico protetoras carda­acas e uma intrincada rede de vasos sangua­neos. Tambanãm prevaª como as células se comunicam para manter o coração funcionando. 

A pesquisa faz parte da iniciativa Human Cell Atlas para mapear todos os tipos de células do corpo humano. O novo conhecimento molecular e celular do coração promete permitir uma melhor compreensão das doenças carda­acas e orientar o desenvolvimento de tratamentos altamente individualizados. 

O trabalho também prepara o terreno para terapias baseadas na medicina regenerativa no futuro, disseram os pesquisadores.

Ao longo da vida, o coração humano manãdio entrega mais de 2 bilhaµes de batidas vitais ao corpo. Ao fazer isso, ajuda a fornecer oxigaªnio e nutrientes a s células, tecidos e órgãos e permite a remoção de dia³xido de carbono e resíduos. A cada dia, o coração bate cerca de 100.000 vezes com um fluxo unilateral atravanãs de quatro ca¢maras diferentes, variando a velocidade com repouso, exerca­cio e estresse. Cada batida requer uma sincronização extremamente complexa, mas perfeita, entre várias células em diferentes partes do coração. Quando essa coordenação complexa fica ruim, pode resultar em doença cardiovascular, a principal causa de morte em todo o mundo, matando cerca de 17,9 milhões de pessoas a cada ano. 

Detalhar os processos moleculares dentro das células de um coração sauda¡vel éfundamental para entender como as coisas da£o errado nas doenças carda­acas. Esse conhecimento pode levar a estratanãgias de tratamento melhores e mais precisas para várias formas de doenças cardiovasculares. 

“Milhaµes de pessoas estãoem tratamento para doenças cardiovasculares. Compreender o coração sauda¡vel nos ajudara¡ a entender as interações entre os tipos de células e os estados celulares que podem permitir uma função vitala­cia e como elas se diferenciam nas doenças ”, disse a co-autora saªnior do estudo Christine Seidman , professora de medicina do Instituto Blavatnik da Harvard Medical School geneticista cardiovascular na Brigham and Women's. 

“Em última análise, esses insights fundamentais podem sugerir alvos específicos que podem levar a terapias individualizadas no futuro, criando medicamentos personalizados para doenças carda­acas e melhorando a eficácia dos tratamentos para cada paciente”, disse Seidman. 

Isso éo que os pesquisadores se propuseram a fazer no novo estudo. 

A equipe estudou cerca de 500.000 células individuais e núcleos celulares de seis regiaµes diferentes do coração obtidos de 14 doadores de órgãos cujos corações eram sauda¡veis, mas inadequados para transplante. 

Usando uma combinação de análise de uma única canãlula, aprendizado de ma¡quina e técnicas de imagem, a equipe pa´de ver exatamente quais genes foram ativados e desativados em cada canãlula. 

Os pesquisadores descobriram grandes diferenças nas células em diferentes áreas do coração. Eles também observaram que cada área do coração tinha subconjuntos específicos de células - uma descoberta que aponta para diferentes origens de desenvolvimento e sugere que essas células responderiam de maneira diferente aos tratamentos.

"Este projeto marca o ini­cio de novos entendimentos sobre como o coração éconstrua­do a partir de células únicas, muitas com diferentes estados celulares", disse o coautor do estudo Daniel Reichart , pesquisador em genanãtica da Harvard Medical School. “Com o conhecimento das diferenças regionais em todo o coração, podemos comea§ar a considerar os efeitos da idade, exerca­cios e doenças e ajudar a impulsionar o campo da cardiologia em direção a  era da medicina de precisão.” 

“Esta éa primeira vez que alguém olha para as células individuais do coração humano nesta escala, o que são se tornou possí­vel com o sequenciamento de uma única canãlula em grande escala”, disse Norbert Ha¼bner, co-autor saªnior e professor do Centro Max Delbra¼ck for Molecular Medicine. “Este estudo mostra o poder da gena´mica de uma única canãlula e da colaboração internacional”, acrescentou. “O conhecimento de toda a gama de células carda­acas e de sua atividade genanãtica éuma necessidade fundamental para entender como o coração funciona e comea§ar a desvendar como ele responde ao estresse e a s doena§as.”

Como parte deste estudo, os pesquisadores também analisaram os vasos sangua­neos que percorrem o coração com detalhes sem precedentes. O atlas mostrou como as células dessas veias e artanãrias são adaptadas a s diferentes pressaµes e locais e como isso pode ajudar os pesquisadores a entender o que háde errado nos vasos sangua­neos durante a doença coronariana.

“Nosso esfora§o internacional fornece um conjunto inestima¡vel de informações para a comunidade cienta­fica, iluminando os detalhes celulares e moleculares das células carda­acas que trabalham juntas para bombear o sangue pelo corpo”, disse a coautora Michela Noseda, do Imperial College de Londres. “Mapeamos as células carda­acas que podem ser potencialmente infectadas pelo SARS-CoV-2 e descobrimos que células especializadas dos pequenos vasos sangua­neos também são alvos do va­rus”, disse ela. “Nossos conjuntos de dados são uma mina de ouro de informações para entender as sutilezas das doenças carda­acas.”

Os pesquisadores também se concentraram em compreender o reparo carda­aco, observando como as células do sistema imunológico interagem e se comunicam com outras células do coração sauda¡vel e como isso difere do maºsculo esquelanãtico. 

Outras pesquisas incluira£o investigar se alguma canãlula do coração pode ser induzida a se auto-regenerar.

“Este grande esfora§o colaborativo faz parte da iniciativa global Human Cell Atlas para criar um 'mapa do Google' do corpo humano”, disse Sarah Teichmann, do Wellcome Sanger Institute, co-autora saªnior do estudo e co-presidente do Human Comitaª Organizador do Cell Atlas. 

“Abertamente dispona­vel para pesquisadores em todo o mundo, o Heart Cell Atlas éum recurso fanta¡stico, que levara¡ a uma nova compreensão da saúde e doenças carda­acas, novos tratamentos e potencialmente atémesmo encontrar formas de regenerar o tecido carda­aco danificado”, disse ela.

Este estudo foi financiado pela British Heart Foundation, European Research Council, Ministanãrio Federal de Educação e Pesquisa da Alemanha, Deutsches Zentrum fa¼r Herz-Kreislaufforschung eV, Leducq Fondation, German Research Foundation, Chinese Council Scholarship, Alexander von Humboldt Foundation, EMBO, Institutos Canadenses de Pesquisa em Saúde, Heart and Stroke Foundation do Canada¡, Alberta Innovates, Chan Zuckerberg Initiative, Wellcome Sanger Institute, Wellcome, US National Institutes of Health e Howard Hughes Medical Institute. 

Jonathan Seidman , o Henrietta B. e Frederick H. Bugher Foundation Professor de Genanãtica no Blavatnik Institute em HMS, também écoautor saªnior. Monika Litviňukova¡ e Carlos Talavera-La³pez do Sanger Institute e Henrike Maatz do Max Delbra¼ck Center são coautores com David Reichart.

 

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