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Em um novo estudo, publicado hoje (12 de julho) na Naturezaos pesquisadores produziram o Atlas de Células Cardíacas humanas mais detalhado e abrangente até hoje, incluindo o tecido especializado do sistema de condução cardíaca – onde se origina o batimento cardíaco.
A equipe multicêntrica é liderada pelo Wellcome Sanger Institute e pelo National Heart and Lung Institute do Imperial College London, e também apresentou uma nova ferramenta computacional de reaproveitamento de medicamentos chamada Drug2cell, que pode fornecer informações sobre os efeitos dos medicamentos na frequência cardíaca. .
Este estudo faz parte da iniciativa internacional Human Cell Atlas* (HCA), que mapeia todos os tipos de células do corpo humano, para transformar nossa compreensão da saúde e da doença, e formará a base para um HCA Human Heart Cell Atlas totalmente integrado .
Mapeando oito regiões do coração humano, o trabalho descreve 75 estados celulares diferentes, incluindo as células do sistema de condução cardíaca – o grupo de células responsáveis pelo batimento cardíaco – não compreendido em um nível tão detalhado (1) em humanos antes. O sistema de condução cardíaca humano, a “fiação” do coração, envia impulsos elétricos de cima para baixo do coração e coordena os batimentos cardíacos.
Ao usar a transcriptômica espacial, que fornece um “mapa” de onde as células ficam dentro de um tecido, os pesquisadores também conseguiram entender como essas células se comunicam umas com as outras pela primeira vez. Este mapa funciona como um guia molecular, mostrando como são as células saudáveis e fornecendo uma referência crucial para entender o que está errado na doença. As descobertas ajudarão a entender doenças como as que afetam o ritmo cardíaco.
A montagem de um Atlas de Células do Coração Humano é fundamental, uma vez que as doenças cardiovasculares são a principal causa de morte em todo o mundo. Cerca de 20.000 marcapassos eletrônicos são implantados a cada ano no Reino Unido para esses distúrbios (2). Estes podem ser ineficazes e são propensos a complicações e efeitos colaterais (3). Compreender a biologia das células do sistema de condução e como elas diferem das células musculares abre caminho para terapias para melhorar a saúde cardíaca e desenvolver tratamentos direcionados para arritmias.
A equipe também apresenta uma nova ferramenta computacional chamada Drug2cell. A ferramenta pode prever alvos de drogas, bem como efeitos colaterais de drogas. Ele aproveita os perfis de célula única e as 19 milhões de interações droga-alvo no banco de dados EMBL-EBI ChEMBL.
Inesperadamente, esta ferramenta identificou que as células marca-passo expressam o alvo de certos medicamentos, como os medicamentos GLP1, que são usados para diabetes e perda de peso e são conhecidos por aumentar a frequência cardíaca como efeito colateral, cujo mecanismo não estava claro. Este estudo sugere que o aumento da frequência cardíaca pode ser parcialmente devido a uma ação direta dessas drogas nas células marca-passo, uma descoberta que a equipe também mostrou em um modelo experimental de células-tronco de células marca-passo.
James Cranley, primeiro autor conjunto, cardiologista especializado em distúrbios do ritmo cardíaco e aluno de doutorado no Wellcome Sanger Institute, disse: “O sistema de condução cardíaca é crítico para o batimento regular e coordenado de nossos corações, mas as células que o compõem são pouco compreendidos. Este estudo lança uma nova luz ao definir os perfis dessas células, bem como os nichos multicelulares que elas habitam. Essa compreensão mais profunda abre as portas para terapias antiarrítmicas melhores e direcionadas no futuro.”
O Dr. Kazumasa Kanemaru, primeiro autor conjunto e bolsista de pós-doutorado na equipe de Gene Expression Genomics no Wellcome Sanger Institute, disse: “O mecanismo de ativação e supressão dos genes das células marcapasso não é claro, especialmente em humanos. Isso é importante para melhorar a terapia celular para facilitar a produção de células marca-passo ou impedir o disparo espontâneo excessivo de células. Ao entender essas células em um nível genético individual, podemos desenvolver novas maneiras de melhorar os tratamentos cardíacos.”
O estudo revelou uma descoberta inesperada: uma estreita relação entre as células do sistema de condução e as células da glia. As células gliais fazem parte do sistema nervoso e são tradicionalmente encontradas no cérebro. Eles foram explorados muito pouco no coração. Esta pesquisa sugere que as células gliais estão em contato físico com as células do sistema de condução e podem desempenhar um importante papel coadjuvante: comunicando-se com as células marca-passo, guiando as terminações nervosas até elas e auxiliando na liberação de glutamato, um neurotransmissor.
Outra descoberta importante do estudo é uma estrutura imunológica na superfície externa do coração. Este contém células plasmáticas, que liberam anticorpos no espaço ao redor do coração para prevenir a infecção dos pulmões próximos. Os pesquisadores também identificaram um nicho celular enriquecedor para um hormônio (4) que pode ser interpretado como um sinal de alerta precoce de insuficiência cardíaca.
Michela Noseda, professora sênior de Cardiac Molecular Pathology no National Heart and Lung Institute, Imperial College London, coordenadora da Human Cell Atlas Heart BioNetwork e principal autora, disse: “Muitas vezes não sabemos totalmente o impacto que um novo tratamento terá no coração e seus impulsos elétricos — isso pode significar que um medicamento foi retirado ou não conseguiu chegar ao mercado. Nossa equipe desenvolveu a plataforma Drug2cell para melhorar a forma como avaliamos novos tratamentos e como eles podem afetar nossos corações, e potencialmente outros tecidos também. Isso pode nos fornecer uma ferramenta inestimável para identificar novas drogas que visam células específicas, bem como ajudar a prever quaisquer efeitos colaterais potenciais no início do desenvolvimento da droga.”
O Professor Metin Avkiran, Diretor Médico Associado da British Heart Foundation, que financiou parcialmente a pesquisa com o Centro Alemão de Pesquisa Cardiovascular (DZHK), disse: “Usando tecnologias de ponta, esta pesquisa fornece mais detalhes intrincados sobre as células que produzem regiões especializadas do coração humano e como essas células se comunicam entre si. As novas descobertas sobre o sistema de condução elétrica do coração e sua regulação provavelmente abrirão novas abordagens para prevenir e tratar distúrbios do ritmo que podem prejudicar a função do coração e podem até mesmo tornar-se uma ameaça à vida.”
“A colaboração internacional é a chave para o progresso científico. Este estudo impactante e outras descobertas da iniciativa mais ampla do Atlas de Células Humanas são excelentes exemplos do que pode ser alcançado quando a comunidade de pesquisa internacional trabalha em conjunto através das fronteiras. Nossos esforços combinados podem, em última análise, produzir melhores resultados para os pacientes mundialmente.”
Sarah Teichmann, autora sênior do estudo do Wellcome Sanger Institute e co-presidente do Comitê Organizador do Human Cell Atlas, disse: “Este Heart Cell Atlas revela a microanatomia cardíaca em detalhes sem precedentes, incluindo o sistema de condução cardíaca que permite que cada batimento cardíaco , e é uma referência valiosa para estudar doenças cardíacas e projetar terapias potenciais. Uma contribuição importante para a iniciativa global Human Cell Atlas, que mapeia cada tipo de célula no corpo para entender a saúde e a doença, formará a base para uma abordagem totalmente integrada HCA Human Heart Cell Atlas. Além disso, nosso conjunto de métodos computacionais ajudará a identificar possibilidades de reaproveitar drogas existentes para tratar doenças em outros tecidos.”
Mais informações podem ser encontradas em https://www.humancellatlas.org/
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