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O corpo humano tem defesas sofisticadas contra a deposição de minerais de cálcio que enrijecem os tecidos cardíacos, descobriram pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign e colaboradores da UCLA Health e da Universidade do Texas em Austin em um novo estudo que fornece a primeira documentação detalhada e passo a passo de como a calcificação progride.
“A doença cardíaca é a principal causa de morte anual — cerca de 18 milhões de mortes por ano — e esse número está crescendo. Uma grande proporção é resultado de calcificação”, disse o líder do estudo Bruce Fouke, professor de ciências da terra e mudanças ambientais da U. of I. e diretor do Roy J. Carver Biotechnology Center em Illinois. “Quando a válvula aórtica se calcifica, uma cirurgia ultra-invasiva para substituir a válvula é a única opção atualmente. Isso aumenta a urgência de controlar esse processo para avançar de forma mais eficaz com o desenvolvimento e os testes de medicamentos.”
A válvula aórtica é o portal através do qual o sangue oxigenado é bombeado do coração para o corpo, abrindo e fechando mais de 3 bilhões de vezes durante a vida média. Os depósitos de cálcio podem crescer dentro das três abas de tecido que constituem a válvula, chamadas folhetos, enrijecendo-as e impedindo-as de abrir completamente.
“Com calcificação nos vasos sanguíneos, um stent pode ajudar, mas você não pode fazer isso com a válvula aórtica. Cada órgão do corpo pode estar em perfeitas condições, mas se a válvula aórtica parar de funcionar, esse é o fim daquela vida”, disse Mayandi Sivaguru, o primeiro autor do artigo e diretor da Cytometry and Microscopy to Omics Facility no Carver Biotechnology Center.
Apesar da prevalência e importância biológica, pouco se sabe sobre como os depósitos de cálcio se formam ou crescem. O grupo de Fouke foi pioneiro no campo da “GeoBioMed”, uma combinação de geologia, biologia e medicina, e anteriormente aplicou-a ao estudo de cálculos renais. No novo estudo, publicado na revista Scientific Reports, o grupo de Fouke em Illinois se uniu a colegas da Escola de Medicina da UCLA e da Escola de Geociências Jackson, no Texas, para estudar e documentar as etapas da formação de depósitos de cálcio em válvulas aórticas de cadáveres humanos. corações.
“Usamos mais de 12 modalidades de estudo, incluindo microscopia óptica, microscopia eletrônica e espectroscopia, para investigar pela primeira vez a natureza e a progressão da mineralização e localização de proteínas na válvula aórtica. Esta análise multimodal nos diferencia, revelando uma nova linha de evidências para entender melhor a calcificação cardiovascular”, disse Sivaguru.
O ponto de partida é o tecido saudável dos folhetos. Então, pequenas esférulas de fosfato de cálcio se formam na camada de músculo liso dos folhetos.
Crucialmente, a equipe descobriu que a forma de fosfato de cálcio nos depósitos minerais não é o mesmo tipo encontrado no osso, chamado apatita, como tem sido amplamente pensado. Em vez disso, os depósitos consistem predominantemente de fosfato de cálcio amorfo, que tem a capacidade de mudar de forma morfologicamente e se reorganizar atomicamente.
À medida que crescem, as esférulas se aglutinam em camadas que incrustam e enrijecem o colágeno e as fibras musculares lisas que conferem flexibilidade aos folhetos. Esses processos se combinam para formar grandes nódulos que giram, se tocam e enrijecem ainda mais os tecidos.
“Imediatamente, vimos que as reações dentro dos tecidos das válvulas eram virtualmente idênticas às que estudamos em recifes de corais, fontes termais e muitos outros ambientes naturais que abrigam interações vida-água-mineral”, disse Fouke, que é o Professor Ralph E. Grim em Illinois. “Nosso sangue é saturado com cálcio e fosfato. A calcificação do colágeno e o crescimento de nódulos são inevitáveis, dada a química, biologia e composição do nosso sangue.
“No entanto, o lado bom de tudo isso é que também descobrimos que nosso corpo desenvolveu esses processos incrivelmente intrincados e eficazes para combater a mineralização. Ele não pode pará-la, mas pode desacelerá-la drasticamente.”
Os pesquisadores encontraram dois mecanismos de defesa. À medida que as minúsculas esférulas de ACP se formam e começam a coalescer, os tecidos cardíacos produzem grandes quantidades da proteína osteopontina. A osteopontina promove o crescimento de apatita e a calcificação nos ossos e pedras nos rins, por isso as descobertas inicialmente confundiram os pesquisadores, disse Fouke. Mas a osteopontina tem o efeito oposto, inibitório sobre o ACP, retardando a calcificação do colágeno e a agregação de nódulos.
“É por isso que saber que é ACP em vez de apatita é tão importante. Aumentar a liberação de osteopontina pode ser um novo alvo importante para desacelerar a calcificação a um nível em que não seja uma ameaça ou exija intervenção cirúrgica”, disse Fouke.
A segunda defesa do corpo é o próprio colágeno onde os nódulos se formam. Os pesquisadores descobriram que, à medida que os nódulos começam a crescer, as fibras de colágeno se esticam ao redor deles e os contêm, formando uma barreira de água que retarda ainda mais o crescimento dos nódulos.
Além de investigar possíveis aplicações terapêuticas da osteopontina para retardar a calcificação, os investigadores também esperam que o seu trabalho abra novos caminhos de investigação para prevenir o crescimento inicial e dissolver depósitos minerais já formados em todo o corpo humano.
Em colaboração com a Clínica Mayo, a equipe está agora aplicando sua abordagem multimodal GeoBioMed para estudar a calcificação em tumores de mama humanos, uma marca registrada da doença.
A Fundação Barbara e Ed Weil, os Institutos Nacionais de Saúde (concessão OT2OD023848) e o projeto UCLA Amara-Yad apoiaram este trabalho.
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