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 ventrículo 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 saudável para entender como esse órgão vital funciona e para lançar luz sobre o que está errado 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 Delbrück Center for Molecular Medicine (MDC) na Alemanha, do Imperial College London e de seus colaboradores globais .

A equipe analisou quase meio milhão de células individuais para construir o atlas de células mais extenso do coração humano até hoje. O atlas mostra a enorme diversidade de células e revela os tipos de células do músculo cardíaco, células do sistema imunológico protetoras cardíacas e uma intrincada rede de vasos sanguíneos. Também prevê 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 cardíacas 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 médio entrega mais de 2 bilhões de batidas vitais ao corpo. Ao fazer isso, ajuda a fornecer oxigênio e nutrientes às células, tecidos e órgãos e permite a remoção de dióxido de carbono e resíduos. A cada dia, o coração bate cerca de 100.000 vezes com um fluxo unilateral através de quatro câmaras diferentes, variando a velocidade com repouso, exercício 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 saudável é fundamental para entender como as coisas dão errado nas doenças cardíacas. Esse conhecimento pode levar a estratégias de tratamento melhores e mais precisas para várias formas de doenças cardiovasculares. 

“Milhões de pessoas estão em tratamento para doenças cardiovasculares. Compreender o coração saudável nos ajudará a entender as interações entre os tipos de células e os estados celulares que podem permitir uma função vitalícia e como elas se diferenciam nas doenças ”, disse a co-autora sênior 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 cardíacas e melhorando a eficácia dos tratamentos para cada paciente”, disse Seidman. 

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

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

Usando uma combinação de análise de uma única célula, aprendizado de máquina e técnicas de imagem, a equipe pôde ver exatamente quais genes foram ativados e desativados em cada célula. 

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 início de novos entendimentos sobre como o coração é construído a partir de células únicas, muitas com diferentes estados celulares", disse o coautor do estudo Daniel Reichart , pesquisador em genética da Harvard Medical School. “Com o conhecimento das diferenças regionais em todo o coração, podemos começar a considerar os efeitos da idade, exercícios e doenças e ajudar a impulsionar o campo da cardiologia em direção à era da medicina de precisão.” 

“Esta é a primeira vez que alguém olha para as células individuais do coração humano nesta escala, o que só se tornou possível com o sequenciamento de uma única célula em grande escala”, disse Norbert Hübner, co-autor sênior e professor do Centro Max Delbrück for Molecular Medicine. “Este estudo mostra o poder da genômica de uma única célula e da colaboração internacional”, acrescentou. “O conhecimento de toda a gama de células cardíacas e de sua atividade genética é uma necessidade fundamental para entender como o coração funciona e começar a desvendar como ele responde ao estresse e às doenças.”

Como parte deste estudo, os pesquisadores também analisaram os vasos sanguíneos que percorrem o coração com detalhes sem precedentes. O atlas mostrou como as células dessas veias e artérias são adaptadas às diferentes pressões e locais e como isso pode ajudar os pesquisadores a entender o que há de errado nos vasos sanguíneos durante a doença coronariana.

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

Os pesquisadores também se concentraram em compreender o reparo cardíaco, observando como as células do sistema imunológico interagem e se comunicam com outras células do coração saudável e como isso difere do músculo esquelético. 

Outras pesquisas incluirão investigar se alguma célula do coração pode ser induzida a se auto-regenerar.

“Este grande esforço 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 sênior do estudo e co-presidente do Human Comitê Organizador do Cell Atlas. 

“Abertamente disponível para pesquisadores em todo o mundo, o Heart Cell Atlas é um recurso fantástico, que levará a uma nova compreensão da saúde e doenças cardíacas, novos tratamentos e potencialmente até mesmo encontrar formas de regenerar o tecido cardíaco danificado”, disse ela.

Este estudo foi financiado pela British Heart Foundation, European Research Council, Ministério Federal de Educação e Pesquisa da Alemanha, Deutsches Zentrum für 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 Canadá, 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 Genética no Blavatnik Institute em HMS, também é coautor sênior. Monika Litviňuková e Carlos Talavera-López do Sanger Institute e Henrike Maatz do Max Delbrück Center são coautores com David Reichart.

 

.
.

Leia mais a seguir