EN
Инфаркт миокарда (ИМ) является одной из ведущих причин смертности и инвалидности во всем мире. Это опасное состояние развивается в результате острого нарушения кровоснабжения сердечной мышцы, что приводит к массовой гибели кардиомиоцитов — клеток, обеспечивающих сократительную функцию сердца. В ответ на эту травму организм млекопитающих запускает процесс репарации, ключевым элементом которого является замещение погибших клеток соединительной тканью, формирующей рубец в зоне повреждения.
Образование рубцовой ткани на месте инфаркта имеет двойственное значение. С одной стороны, рубец играет важную роль в сохранении структурной целостности сердца и предотвращении разрыва его стенки в острой фазе ИМ. С другой стороны, рубцовая ткань не обладает сократительными свойствами, и ее чрезмерное разрастание приводит к ремоделированию сердца, нарушению его насосной функции и развитию сердечной недостаточности. Именно поэтому поиск способов ограничения и обратимости постинфарктного рубцевания является одной из центральных задач современной кардиологии и регенеративной медицины.
В отличие от млекопитающих, некоторые низшие позвоночные, такие как рыбы данио (Danio rerio), обладают удивительной способностью к полноценной регенерации сердца после повреждения. У этих маленьких тропических рыбок, широко используемых в качестве модельного организма в биомедицинских исследованиях, рубцовая ткань, формирующаяся в сердце после травмы, со временем полностью рассасывается, уступая место вновь образованным кардиомиоцитам. Понимание молекулярных и клеточных механизмов, лежащих в основе этой уникальной регенеративной способности, может открыть новые пути к стимуляции восстановления сердца у человека.
Недавнее исследование, проведенное учеными из Массачусетской больницы общего профиля (MGH) в сотрудничестве с коллегами из других подразделений системы здравоохранения Mass General Brigham, пролило новый свет на природу рубцовой ткани в сердце рыб данио и ее отличия от таковой у млекопитающих. Результаты этой новаторской работы, опубликованные в журнале Nature Communications, показывают, что ключом к обратимости сердечных рубцов у рыб данио может быть особая химическая структура коллагена — основного белка соединительной ткани.
Чтобы заглянуть внутрь крошечного сердца рыбки данио и изучить молекулярный состав формирующихся в нем рубцов, исследователям пришлось разработать специальный флуоресцентный зонд, получивший название TMR-O. Этот инновационный инструмент позволил визуализировать и сравнить структуру коллагеновых волокон в поврежденных сердцах рыб данио и мышей — широко используемой модели ИМ у млекопитающих.
Коллаген представляет собой длинные белковые цепи, которые связываются друг с другом поперечными химическими «сшивками», формируя прочные волокна и обеспечивая структурную стабильность рубцовой ткани. Исследователи давно предполагали, что степень и характер этой поперечной сшивки могут определять, будет ли рубец постоянным, как у млекопитающих, или обратимым, как у рыб данио. Однако до сих пор не было прямых доказательств этой гипотезы.
С помощью своего нового молекулярного зонда ученые из MGH смогли количественно оценить и сравнить степень поперечной сшивки коллагена в постинфарктных рубцах у рыб данио и мышей. Вопреки ожиданиям, общее количество поперечных сшивок оказалось сходным у обоих видов. Однако при более детальном анализе выявились критические различия в химической природе этих межмолекулярных связей.
Оказалось, что у мышей поперечные сшивки коллагена имеют «зрелую» химическую структуру, устойчивую к разрушению протеолитическими ферментами организма. Напротив, у рыб данио преобладали «незрелые» сшивки, напоминающие слабое рукопожатие, которое легко разорвать. Именно эта химическая незрелость коллагеновых связей, по мнению авторов, и определяет обратимость рубцовой ткани в сердце рыб данио.
Дальнейшие эксперименты показали, что ключевую роль в созревании коллагеновых сшивок у мышей играет специфическая химическая модификация — гидроксилирование остатков аминокислоты лизина в молекулах коллагена. Этот процесс катализируется ферментом лизилгидроксилазой 2, который ранее был связан с необратимым фиброзом в других органах. В сердце рыб данио активность этого фермента оказалась значительно ниже, что и объясняет незрелый характер коллагеновых сшивок и обратимость рубцов.
Полученные результаты открывают новые захватывающие перспективы для разработки инновационных терапевтических подходов, направленных на ограничение постинфарктного рубцевания и стимуляцию регенерации сердца. В частности, ингибирование лизилгидроксилазы 2 представляется многообещающей стратегией предотвращения созревания коллагеновых сшивок и повышения обратимости рубцовой ткани. Исследовательская группа доктора Дэвида Сосновика, старшего автора работы, уже приступила к изучению эффектов блокады этого фермента в экспериментальных моделях ИМ.
Помимо потенциального применения в кардиологии, данное открытие может иметь значение и для лечения фиброзных заболеваний других органов, таких как легкие, почки или печень. По словам первого автора исследования, доктора Юрико Акам-Бакстер, если удастся найти общий механизм обратимости рубцевания в разных тканях, это позволит спасти огромное количество жизней, ежегодно уносимых фиброзными болезнями.
Важно отметить, что успех этого исследования стал возможен благодаря уникальной междисциплинарной среде и тесному сотрудничеству специалистов из разных подразделений MGH, включая Центр сердечно-сосудистых исследований, Институт инноваций в области визуализации и Центр биомедицинской визуализации Мартиноса. Объединение экспертизы в области кардиологии, химии, биоинженерии и молекулярной визуализации позволило команде по-новому взглянуть на проблему постинфарктного рубцевания и совершить настоящий прорыв в ее решении.
Конечно, впереди еще много работы по переносу полученных результатов в клиническую практику. Потребуются дополнительные исследования, чтобы подтвердить эффективность и безопасность ингибиторов лизилгидроксилазы 2 или других средств, нацеленных на структуру коллагеновых сшивок, в доклинических и клинических испытаниях. Кроме того, важно глубже понять молекулярные механизмы, контролирующие созревание рубцовой ткани, и выявить другие потенциальные мишени для терапевтического воздействия.
Тем не менее, данное исследование, несомненно, знаменует собой важную веху на пути к разработке новых методов лечения последствий инфаркта миокарда и других состояний, связанных с фиброзом. Оно не только дает в руки ученых новый мощный инструмент для изучения структуры коллагена в тканях, но и открывает новые горизонты для биомедицинских инноваций на стыке химии, биологии и медицины.
Будем надеяться, что дальнейшее развитие этого многообещающего направления исследований приведет к созданию эффективных и безопасных средств, способных стимулировать регенерацию сердца и других органов, подверженных фиброзу. И, возможно, опыт маленьких рыбок данио, умеющих полностью восстанавливать свое сердце после травмы, поможет нам однажды побороть один из самых грозных вызовов современной медицины — необратимость постинфарктных рубцов и неуклонное прогрессирование сердечной недостаточности. Ведь, как показывает история науки, порой самые большие открытия совершаются благодаря внимательному и непредвзятому взгляду на природу, которая нередко хранит в себе готовые решения сложнейших проблем, стоящих перед человечеством.
Задайте вопрос и получите мгновенный ответ
от искусственного интеллекта
Еще 69 статей об исследованиях смотрите тут
Использование материалов сайта означает принятие пользовательского соглашения. Информация предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является рекламой. Имеются противопоказания, обратитесь к врачу.
