Ученые обнаружили у рыб данио-рерио ранее неизвестный тип клеток, которые окружают кровеносные сосуды сердца и могут помогать регулировать их рост. Открытие позволит лучше понять, как восстанавливается поврежденная сердечная ткань, и в перспективе может пригодиться для разработки новых подходов к лечению людей. Как работают эти клетки и почему результаты исследования пока нельзя напрямую переносить на человека — в материале «Известий».
Почему ученые изучали сердце рыб
Исследователи изучали развитие сердца данио-рерио и его восстановление после повреждения. Эти небольшие рыбы способны восстанавливать сердечную ткань, поэтому ученые используют их для изучения механизмов регенерации.
Для восстановления сердечной мышцы необходимо обеспечить ее кровоснабжение. Новым клеткам нужен кислород, который поступает по сосудам. Исследователей интересовало, как организм согласует рост ткани и сосудистой сети и какие клетки участвуют в этом процессе.
«Наша конечная цель — восстановить поврежденное сердце человека», — рассказал специалист по клеточной биологии и биологии развития Weill Cornell Medicine Цзинли Цао.
По его словам, для этого важно научиться восстанавливать сосуды в нужном месте и в нужное время. Команда сосредоточилась на клетках наружного слоя сердца — эпикарда. В предыдущих работах ученые установили, что у данио-рерио он участвует в восстановлении органа после травмы: предоставляет клетки и выделяет сигналы, необходимые для регенерации.
Справка «Известий»
Эпикард — тонкий наружный слой сердца. В нем находятся клетки-предшественники, которые могут превращаться в специализированные клетки. У данио-рерио после повреждения часть таких предшественников активируется и участвует в восстановлении тканей и сосудов.
В новом исследовании ученые решили выяснить, что направляет эти клетки к определенной специализации.
Откуда берутся новые клетки
Команда изучила, какие гены работают в клетках эпикарда после повреждения сердца. Кроме того, исследователи проследили происхождение клеток и то, во что они превращаются. Особое внимание привлек ген scxa. Он связан с производством белка, который регулирует работу других генов и участвует в специализации клеток-предшественников.
Ученые обнаружили, что часть клеток с активным scxa превращается в ранее не описанную разновидность клеток, располагающихся вокруг сосудов сердца. Их называют периваскулярными — буквально «находящимися возле сосудов».
Эта популяция отличается от других известных клеток, поддерживающих сосудистую стенку. Исследователи предполагают, что она помогает стабилизировать сосудистую сеть и участвует в ее перестройке во время развития сердца и восстановления после травмы.
Как сердце ограничивает рост сосудов
Новые клетки связаны с выработкой коллагена XVIII — одного из белков, входящих в состав окружающей клетки структуры. Из него может образовываться небольшой белковый фрагмент, эндостатин, способный сдерживать образование сосудов.
По предположению авторов, такой механизм помогает контролировать рост сосудистой сети. Во время восстановления сердца важно сформировать достаточное количество сосудов и вовремя ограничить их дальнейшее разрастание.
В экспериментах нарушение работы scxa сопровождалось увеличением плотности сосудистой сети. Это поддерживает предположение об участии гена в регулировании ее роста. Однако авторы отдельно отмечают: роль коллагена и эндостатина в обнаруженном механизме еще необходимо проверить напрямую.
Исследователи также установили связь с недостатком кислорода — гипоксией. В таких условиях активность scxa повышалась. По предложенной учеными модели, это помогает направить часть клеток-предшественников к образованию клеток, поддерживающих сосуды.
Таким образом, недостаток кислорода может служить сигналом, который запускает определенные изменения в клетках эпикарда. Ученых интересует, как этот сигнал согласуется с последующим развитием сосудистой сети.
Что открытие означает для восстановления сердца человека
Перенести результаты на человека пока нельзя. У людей есть родственный ген SCX, но исследователи еще не знают, используют ли клетки человеческого эпикарда его так же, как клетки данио-рерио. Более того, после повреждения сердца у млекопитающих SCX может активироваться в фибробластах — клетках, участвующих в образовании рубцовой ткани. Поэтому один и тот же регулятор в разных условиях может быть связан с разными результатами.
Это особенно важно для исследований восстановления сердца после инфаркта. Инфаркт происходит, когда кровоток к участку сердечной мышцы блокируется. Ткань перестает получать достаточно кислорода, и без быстрого восстановления кровоснабжения ее клетки начинают погибать. Команда Цао изучает выращенные в лаборатории человеческие клетки эпикарда и сердечные органоиды — трехмерные клеточные модели, воспроизводящие отдельные свойства ткани сердца.
В перспективе исследователи рассчитывают использовать активированные клетки для создания своеобразной «биологической повязки». Предполагается, что она могла бы поддерживать контролируемый рост сердечной ткани и сосудов в месте повреждения. Пока это направление лабораторной работы, а не готовый способ лечения.
По словам Цао, восстановление сердца вряд ли будет зависеть от единственного «волшебного фактора». Обнаруженные клетки и связанный с ними механизм дают ученым еще одну возможность изучить, как запускать и контролировать регенерацию.