Gli scienziati hanno creato una mappa cellulare e molecolare del cuore umano sano, per capire come funziona questo organo vitale e per far luce su cosa va storto nelle malattie cardiovascolari.
I ricercatori del Wellcome Sanger Institute, del Max Delbrück Center for Molecular Medicine (MDC), della Germania, della Harvard Medical School, dell’Imperial College di Londra e dei loro collaboratori globali hanno analizzato quasi mezzo milione di singole cellule per costruire una prima bozza di atlante delle cellule del cuore umano.
L’atlante mostra l’enorme diversità delle cellule e rivela i tipi di cellule del muscolo cardiaco, le cellule immunitarie protettive e l’intricata rete di vasi sanguigni. Prevede anche come le cellule comunicano per mantenere il cuore in funzione.
Pubblicato recentemente sulla rivista Nature, questo studio fa parte dell’iniziativa Human Cell Atlas per mappare ogni tipo di cellula nel corpo umano. La nuova conoscenza molecolare e cellulare del cuore consentirà una migliore comprensione delle malattie cardiache e guiderà verso una medicina personalizzata. In futuro, potrebbe potenzialmente portare anche alla medicina rigenerativa.
Vedere i geni attivati in ciascuna cellula.
Ogni giorno, il cuore batte circa 100.000 volte con un flusso unidirezionale attraverso 4 diverse camere, variando la velocità con il riposo, l’esercizio e lo stress. Questo processo è estremamente complesso e richiede che le cellule in ciascuna parte del cuore si coordinino tra loro per ogni singolo battito cardiaco.
Le malattie cardiovascolari sono la principale causa di morte nel mondo, uccidendo circa 17,9 milioni di persone ogni anno, decessi causati prevalentemente da infarti e ictus. Per capire cosa succede durante le malattie cardiache e creare strategie terapeutiche migliori, è fondamentale conoscere gli intricati processi molecolari nelle cellule del cuore sano.
In questo nuovo studio, i ricercatori hanno studiato quasi 500.000 singole cellule e nuclei cellulari di sei diverse regioni di cuori sani da 14 donatori di organi. Utilizzando la tecnologia all’avanguardia, a singola cella, l’apprendimento automatico e le tecniche di imaging, il gruppo ha potuto vedere esattamente quali geni erano attivati in ciascuna cellula.
Undici diversi tipi di cellule, 62 diversi stati cellulari
I ricercatori hanno scoperto che c’erano grandi differenze nelle cellule in diverse aree del cuore e che ogni area del cuore aveva serie specifiche di cellule, evidenziando diverse origini dello sviluppo e risposte potenzialmente diverse ai trattamenti.
Il dott. Carlos Talavera-López, uno dei primi autori del Wellcome Sanger Institute, e in precedenza presso l’EMBL European Bioinformatics Institute, ha dichiarato: “Abbiamo creato l’atlante più dettagliato del cuore umano adulto prodotto fino ad oggi, combinando tecnologie monocellulari con metodi di intelligenza artificiale, per caratterizzare quasi mezzo milione di singole cellule. Per la prima volta, abbiamo potuto vedere esattamente cosa sta facendo ogni cellula nel cuore umano. Questo atlante mostra che le cellule in ciascuna delle quattro camere del cuore si comportano in modo diverso l’una dall’altra, rispecchiando le diverse funzioni di ciascuna area e aiutandoci a capire il cuore umano sano”.
Le sei aree del cuore contenevano 11 diversi tipi di cellule e i ricercatori hanno scoperto più di 62 diversi stati cellulari, che non erano mai stati visti prima in questo dettaglio.
Il potere della genomica unicellulare
Il professor Norbert Hübner, autore senior del Max Delbrück Center for Molecular Medicine, Charité – Universitätsmedizin Berlin, the Berlin Institute of Health e Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung, Germania, ha dichiarato: “Questa è la prima volta che qualcuno ha guardato le singole cellule del cuore umano a questa scala, cosa diventata possibile solo con il sequenziamento di singole cellule su larga scala. Questo studio mostra il potere della genomica unicellulare e della collaborazione internazionale. La conoscenza dell’intera gamma di cellule cardiache e della loro attività genica è una necessità fondamentale per capire come funziona il cuore e iniziare a svelare come risponde allo stress e alle malattie”.
Come parte di questo studio, i ricercatori hanno studiato i vasi sanguigni che attraversano il cuore con dettagli senza precedenti. L’atlante ha mostrato come le cellule in queste vene e arterie si adattano alle diverse pressioni e posizioni e potrebbe aiutare a capire le alterazioni che compaiono nei vasi sanguigni durante la malattia coronarica.
Terapie personalizzate
La dott.ssa Michela Noseda, autrice senior, del National Heart and Lung Institute dell’Imperial College di Londra, ha dichiarato: “Il nostro impegno internazionale fornisce un insieme di informazioni inestimabili alla comunità scientifica illuminando i dettagli cellulari e molecolari delle cellule cardiache che lavorano insieme per pompare sangue in tutto il corpo. Abbiamo mappato le cellule cardiache che possono essere potenzialmente infettate da SARS-CoV-2 e abbiamo scoperto che anche le cellule specializzate dei piccoli vasi sanguigni sono bersagli del virus. I nostri set di dati sono una miniera d’oro di informazioni per comprendere le sottigliezze delle malattie cardiache “.
La professoressa Christine Seidman, autrice senior del Brigham and Women’s Hospital, della Harvard Medical School e di Howard Hug hes Medical Institute, ha dichiarato: “Milioni di persone stanno subendo cure per malattie cardiovascolari. Comprendere il cuore sano ci aiuterà a comprendere le interazioni tra i tipi di cellule e gli stati cellulari che possono consentirne la funzione per tutta la vita e come questi differiscono nelle malattie. In definitiva, queste intuizioni fondamentali possono in futuro suggerire obiettivi specifici, portando a terapie personalizzate, creando farmaci personalizzati per le malattie cardiache e migliorando l’efficacia dei trattamenti per ogni paziente”.
Rigenerare il tessuto cardiaco danneggiato
I ricercatori si sono concentrati anche sulla comprensione della riparazione cardiaca, osservando come le cellule immunitarie interagiscono e comunicano con altre cellule del cuore sano e come questo processo differisca da quello del muscolo scheletrico. Ulteriori ricerche valuteranno se qualche cellula cardiaca possa essere indotta a ripararsi.
La dott.ssa Sarah Teichmann, autrice senior del Wellcome Sanger Institute e co-presidente del Comitato Organizzatore dell’Atlante delle cellule umane, ha dichiarato: “Questo grande sforzo di collaborazione fa parte dell’iniziativa Human Cell Atlas per creare una mappa Google del corpo umano. Aperto a tutti i ricercatori di tutto il mondo, l’Heart Cell Atlas è una risorsa fantastica, che porterà a una nuova comprensione della salute e delle malattie del cuore, a nuovi trattamenti e potenzialmente anche a trovare modi per rigenerare il tessuto cardiaco danneggiato”.
