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Pesquisadores desenvolveram um modelo tridimensional que mostra como a exposição ao cádmio pode levar a doenças cardíacas congênitas. Afetando cerca de 40.000 recém-nascidos por ano, a doença cardíaca congênita é o tipo mais comum de defeito de nascença nos Estados Unidos. O modelo foi criado por cientistas do Instituto Nacional de Ciências da Saúde Ambiental (NIEHS), parte dos Institutos Nacionais de Saúde.
O cádmio é um metal que pode ser liberado no meio ambiente por meio de mineração e vários processos industriais, e foi encontrado no ar, solo, água e tabaco. O metal pode entrar na cadeia alimentar quando as plantas o absorvem do solo. Estudos anteriores sugeriram que a exposição materna ao cádmio pode ser um fator de risco significativo para doença cardíaca congênita.
Usando modelos derivados de células e tecidos humanos, chamados de modelos in vitro, os pesquisadores projetaram um modelo organoide 3D que imita como o coração humano se desenvolve. Os pesquisadores viram como a exposição a baixos níveis de cádmio pode bloquear a formação normal de cardiomiócitos, que são o principal tipo de células que formam o coração. Ao fazer isso, eles revelaram os mecanismos biológicos que podem explicar como o cádmio pode induzir anormalidades cardíacas.
“Os modelos que criamos são úteis não apenas para estudar o cádmio, mas também para estudar outros produtos químicos e substâncias”, disse o líder do estudo Erik Tokar, Ph.D., da Divisão de Toxicologia Mecanística da Divisão de Toxicologia Translacional (DTT) do NIEHS. .
Para o estudo, os pesquisadores desenvolveram três modelos diferentes para avaliar os efeitos do cádmio em diferentes estágios de desenvolvimento do coração.
Primeiro, eles usaram células-tronco pluripotentes humanas para desenvolver corpos embrióides 3D para imitar os primeiros passos na formação de tecidos e órgãos em humanos. Eles então usaram um modelo 2D in vitro que incluiu um sistema de proteína reguladora fluorescente (NKX2-5) conhecido por estar envolvido no desenvolvimento do coração, o que lhes permitiu observar a toxicidade do cádmio após a exposição.
O modelo organoide cardíaco 3D, que pode simular o batimento cardíaco, confirmou o que foi visto nos outros dois modelos, mostrando como baixas doses de cádmio podem inibir o funcionamento adequado dos cardiomiócitos.
O estudo, publicado na revista Perspectivas de Saúde Ambiental, baseia-se em décadas de trabalho de pesquisadores de toxicologia para avançar no conhecimento sobre como as exposições ambientais podem contribuir para doenças humanas, incluindo câncer, doenças cardiovasculares, autismo e outras condições.
“Esses novos modelos estão alavancando os avanços na tecnologia que nos permitem modelar a biologia humana de uma forma que identifica riscos reais à saúde humana”, observou Brian Berridge, DVM, Ph.D., diretor científico da DTT. “Eles também ajudam a reduzir nossa dependência de testes em animais.
“Descobrimos que a exposição precoce a níveis de cádmio relevantes para humanos leva a um efeito inibitório dramático na diferenciação de cardiomiócitos, enquanto exposições em estágio posterior não têm esse efeito”, disse Xian Wu, Ph.D., que conduziu esses estudos. “Esta exposição ao cádmio também danificou a funcionalidade organoide cardíaca.”
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