Cercetătorii au dezvoltat un model de țesut cardiac cultivat în laborator pentru insuficiența cardiacă
Cercetătorii examinează cauzele fundamentale ale bolilor sau testează noi medicamente potențiale în modele animale sau pe celule obținute din probe de biopsie umană înainte de a începe studiile clinice.
Cu toate acestea, modelele de boli în animale nu reflectă cu exactitate bolile umane, iar probele de biopsie sunt greu accesibile pentru scopuri de cercetare. Țesuturile cultivate în laborator, realizate din celule stem reprogramate din celule umane, cunoscute sub denumirea de celule stem pluripotente induse umane (hiPSCs), devin din ce în ce mai promițătoare ca model de cercetare medicală, fiind mai fiabile și accesibile.
Un studiu condus de profesorul Shugo Tohyama și profesorul asistent senior Hidenori Tani de la Departamentul de Medicină Regenerativă Clinică, Universitatea Fujita Health din Japonia, s-a concentrat pe dezvoltarea unor modele robuste de cardiomiocite (CMs), celulele mușchiului cardiac. Ani de cercetări inovative au dus la obținerea unor CMs de înaltă calitate din hiPSCs, cultivate într-un mediu de laborator.
„În cadrul eforturilor de a ajusta concentrațiile de glucoză și acizi grași din mediul de cultură pentru a promova maturarea țesutului cardiac, am descoperit că excesul de acizi grași afectează negativ capacitatea de dilatare a țesuturilor cardiace”, explică Dr. Tani, primul autor al studiului, referindu-se la această descoperire. „Aproape în aceeași perioadă, un studiu a raportat că administrarea unor niveluri ridicate de acizi grași și inhibitori ai sintezei oxidului nitric (NOS) în șoareci a indus insuficiență cardiacă (HF) cu fracție de ejecție păstrată (HFpEF), ceea ce a condus la conceperea acestui studiu.”
Studiul, care a dus la dezvoltarea unui model de țesut cardiac ingineriat uman (hEHT) pentru HFpEF, a fost disponibil online pe 16 iulie 2026 și a fost publicat în Volumul 33, Numărul 8 al revistei Cell Stem Cell pe 6 august 2026. După publicare, a fost imediat selectat ca lucrare de referință în secțiunea Preview a revistei, subliniind importanța acestor descoperiri.
HFpEF reprezintă un defect în relaxarea (diastola) inimii, cu contracție normală (sistolă). Aceasta afectează peste 30 de milioane de oameni la nivel global, dar are puține opțiuni de tratament eficiente și, prin urmare, rezultate slabe. Prof. Tohyama și echipa sa au indus hiPSC-CMs din hiPSCs ușor disponibile, au creat țesut cardiac 3D matur folosind colagen derivat din inimi de porc – pe care laboratorul l-a dezvoltat anterior – și au cultivat țesuturile in vitro folosind un mediu cu niveluri ridicate de acizi grași și L-NG-nitroarginină metil ester (L-NAME), un inhibitor al NOS. Celulele de suport, cum ar fi celulele epicardiale, celulele endoteliale (ECs) și macrofagele au fost, de asemenea, adăugate pentru a crea cu succes un HFpEF-hEHT care imită structural și funcțional HF diastolic cu sistolă normală.
Markerii moleculari și genetici ai HFpEF, cum ar fi creșterea nivelurilor de NT-proBNP și mARN NPPB, expresia redusă a genelor cheie legate de transportul Ca2+ (RYR2, SERCA2A și PLN), creșterea genelor legate de fibroză și o schimbare către tipul de colagen mai rigid și mai puțin flexibil și TITIN, au fost demonstrați. De asemenea, s-a observat o creștere a inflamației.
Folosind noul model HFpEF, cercetătorii au testat eficiența a șase medicamente, care sunt utilizate sau explorează în cercetare pentru tratamentul HFpEF. Empagliflozin, un inhibitor al cotransportorului sodiu-glucoză 2 (SGLT2i), un medicament anti-diabetic, a fost singurul medicament care a putut preveni parțial dezvoltarea HF diastolic. Inhibitorul de receptor pentru angiotensină/neprilizină combinat, activatorul guanilat ciclic solubil, inhibitorul fosfodiesterazei 5 și activatorul proteinei nicotinamidă-fosforiboziltransferazei nu au avut efect asupra timpului de relaxare al hEHT. Pe de altă parte, un inhibitor al canalelor activate de hiperpolarizare a agravat boala.
Analiza transcriptomică a relevat că SGLT2i a avut efecte antiinflamatorii și a prevenit parțial creșterea moleculelor inflamatorii precum IL-1β și IL-6 în HFpEF-hEHT. De asemenea, prezența EC-urilor a fost necesară pentru ca SGLT2i să-și exercite efectele. Studiile suplimentare asupra rolului celulelor de suport au arătat că efectul preventiv al SGLT2i a fost exercitat prin EC-uri. Inhibarea căii de semnalizare eNOS-NO-cGMP-PKG în EC-uri a fost identificată ca fiind mecanismul patologic principal al HFpEF. SGLT2i și-a exercitat efectele antiinflamatorii prin eliminarea parțială a acestei inhibiții și prin îmbunătățirea eliminării ionilor de Na+ și Ca2+ din celule prin canalele lor de schimb, prevenind astfel acumularea acestora în țesuturi.
„Modelul uman HFpEF stabilit în acest studiu poate fi aplicat pentru a descoperi fiziopatologia HFpEF și pentru cercetări asupra îmbătrânirii”, afirmă Prof. Tohyama. „În plus, se așteaptă să servească drept fundament de cercetare care va contribui la dezvoltarea de noi agenți terapeutici, evaluarea eficacității medicamentelor și medicina personalizată pentru pacienți individuali, deschizând calea pentru cercetări ulterioare în viitor”, mai adaugă Prof. Tohyama.
