3D модел показва как излагането на кадмий може да доведе до вродени сърдечни дефекти

3D модел показва как излагането на кадмий може да доведе до вродени сърдечни дефекти

Изследователите са разработили триизмерен модел, който показва как излагането на кадмий може да доведе до вродени сърдечни дефекти. Вродените сърдечни дефекти са най-честата форма на вродени дефекти в Съединените щати, засягащи близо 40 000 новородени всяка година. Моделът е разработен от учени от Националния институт по здравни науки за околната среда (NIEHS), част от Националния институт по здравеопазване.

Кадмият е метал, който може да бъде изпуснат в околната среда чрез добив и различни промишлени процеси и е открит във въздуха, почвата, водата и тютюна. Металът може да влезе в хранителната верига, когато растенията го абсорбират от почвата. Предишни проучвания показват, че излагането на майката на кадмий може да бъде значителен рисков фактор за вродени сърдечни дефекти.

Използвайки модели, получени от човешки клетки и тъкани, наречени in vitro модели, изследователите проектираха 3D органоиден модел, който имитира как се развива човешкото сърце. Изследователите са видели как излагането на ниски нива на кадмий може да блокира нормалното образуване на кардиомиоцити, които са основният тип клетки, изграждащи сърцето. По този начин те откриха биологичните механизми, които биха могли да обяснят как кадмият може да причини сърдечни аномалии.

Моделите, които създадохме, са полезни не само за изучаване на кадмий, но и за изучаване на други химикали и вещества.

Ерик Токар, д-р, главен изследовател, отдел по механична токсикология, отдел по транслационна токсикология (DTT) на NIEHS

За проучването изследователите разработиха три различни модела за оценка на ефектите на кадмия върху различни етапи от развитието на сърцето.

Електронна книга за флуоресценция

Компилация от най-добрите интервюта, статии и новини от последната година. Изтеглете безплатно копие

Първо, те използваха човешки плурипотентни стволови клетки, за да разработят 3D ембриоидни тела, за да имитират ранните стъпки в образуването на тъкани и органи при хората. След това те използваха 2D in vitro модел, съдържащ флуоресцентна регулаторна протеинова система (NKX2-5), за която е известно, че участва в развитието на сърцето, което им позволява да изследват токсичността на кадмий след експозиция.

3D моделът на сърдечен органоид, който може да симулира биещото сърце, потвърди това, което се вижда в другите два модела и показа как ниски дози кадмий могат да инхибират правилната функция на кардиомиоцитите.

Проучването, публикувано в списанието Environmental Health Perspectives, се основава на десетилетия работа на изследователи по токсикология за разширяване на знанията за това как излагането на околната среда може да допринесе за човешки заболявания като рак, сърдечно-съдови заболявания, аутизъм и други разстройства.

„Тези нови модели се възползват от напредъка в технологиите, който ни позволява да моделираме човешката биология по начин, който може да идентифицира реални заплахи за човешкото здраве“, отбеляза Брайън Беридж, DVM, Ph.D., научен директор, DTT. „Те също помагат да намалим зависимостта ни от тестове върху животни.“

„Ние открихме, че ранното излагане на нива на кадмий, свързани с човека, е довело до драматичен инхибиторен ефект върху диференциацията на кардиомиоцитите, докато експозициите на по-късен етап не са имали този ефект“, каза Xian Wu, Ph.D., който проведе тези проучвания. „Това излагане на кадмий също уврежда органоидната функция на сърцето.“

източник:

Национални институти по здравеопазване

Справка:

Wu, X., et al. (2022) Развитие на сърцето в присъствието на кадмий: изследване in vitro с човешки ембрионални стволови клетки и сърдечни органоиди. Перспективи за здравето на околната среда. doi.org/10.1289/EHP11208.

.