Το τρισδιάστατο μοντέλο δείχνει πώς η έκθεση στο κάδμιο μπορεί να οδηγήσει σε συγγενή καρδιακά ελαττώματα

Το τρισδιάστατο μοντέλο δείχνει πώς η έκθεση στο κάδμιο μπορεί να οδηγήσει σε συγγενή καρδιακά ελαττώματα

Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα τρισδιάστατο μοντέλο που δείχνει πώς η έκθεση στο κάδμιο μπορεί να οδηγήσει σε συγγενή καρδιακά ελαττώματα. Τα συγγενή καρδιακά ελαττώματα είναι η πιο κοινή μορφή γενετικών ανωμαλιών στις Ηνωμένες Πολιτείες, επηρεάζοντας σχεδόν 40.000 νεογνά κάθε χρόνο. Το μοντέλο αναπτύχθηκε από επιστήμονες του Εθνικού Ινστιτούτου Επιστημών Περιβαλλοντικής Υγείας (NIEHS), μέρος των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας.

Το κάδμιο είναι ένα μέταλλο που μπορεί να απελευθερωθεί στο περιβάλλον μέσω της εξόρυξης και διαφόρων βιομηχανικών διεργασιών και έχει βρεθεί στον αέρα, το έδαφος, το νερό και τον καπνό. Το μέταλλο μπορεί να εισέλθει στην τροφική αλυσίδα όταν τα φυτά το απορροφήσουν από το έδαφος. Προηγούμενες μελέτες έδειξαν ότι η έκθεση της μητέρας στο κάδμιο μπορεί να είναι ένας σημαντικός παράγοντας κινδύνου για συγγενείς καρδιακές ανωμαλίες.

Χρησιμοποιώντας μοντέλα που προέρχονται από ανθρώπινα κύτταρα και ιστούς, που ονομάζονται μοντέλα in vitro, οι ερευνητές σχεδίασαν ένα τρισδιάστατο οργανοειδές μοντέλο που μιμείται τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσεται η ανθρώπινη καρδιά. Οι ερευνητές είδαν πώς η έκθεση σε χαμηλά επίπεδα καδμίου μπορεί να εμποδίσει τον φυσιολογικό σχηματισμό καρδιομυοκυττάρων, τα οποία είναι ο κύριος τύπος κυττάρων που συνθέτουν την καρδιά. Με αυτόν τον τρόπο, αποκάλυψαν τους βιολογικούς μηχανισμούς που θα μπορούσαν να εξηγήσουν πώς το κάδμιο μπορεί να προκαλέσει καρδιακές ανωμαλίες.

Τα μοντέλα που δημιουργήσαμε είναι χρήσιμα όχι μόνο για τη μελέτη του καδμίου, αλλά και για τη μελέτη άλλων χημικών και ουσιών».

Erik Tokar, Ph.D., Principal Investigator, Mechanistic Toxicology Division, NIEHS Division of Translational Toxicology (DTT)

Για τη μελέτη, οι ερευνητές ανέπτυξαν τρία διαφορετικά μοντέλα για να αξιολογήσουν τις επιδράσεις του καδμίου σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης της καρδιάς.

Ηλεκτρονικό βιβλίο φθορισμού

Συγκέντρωση των κορυφαίων συνεντεύξεων, άρθρων και ειδήσεων του περασμένου έτους. Κατεβάστε ένα δωρεάν αντίγραφο

Πρώτον, χρησιμοποίησαν ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα για να αναπτύξουν τρισδιάστατα εμβρυοειδή σώματα για να μιμηθούν τα πρώτα βήματα στο σχηματισμό ιστών και οργάνων στον άνθρωπο. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν ένα 2D in vitro μοντέλο που περιέχει ένα φθορίζον ρυθμιστικό πρωτεϊνικό σύστημα (NKX2-5) γνωστό ότι εμπλέκεται στην ανάπτυξη της καρδιάς, το οποίο τους επέτρεψε να μελετήσουν την τοξικότητα του καδμίου μετά την έκθεση.

Το τρισδιάστατο καρδιακό οργανοειδές μοντέλο, το οποίο μπορεί να προσομοιώσει την καρδιά που χτυπά, επιβεβαίωσε αυτό που φάνηκε στα άλλα δύο μοντέλα και έδειξε πώς οι χαμηλές δόσεις καδμίου μπορούν να αναστείλουν τη σωστή λειτουργία των καρδιομυοκυττάρων.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Environmental Health Perspectives, βασίζεται σε δεκαετίες εργασίας ερευνητών τοξικολογίας για την προώθηση της γνώσης για το πώς η έκθεση στο περιβάλλον μπορεί να συμβάλει σε ανθρώπινες ασθένειες όπως ο καρκίνος, οι καρδιαγγειακές παθήσεις, ο αυτισμός και άλλες διαταραχές.

«Αυτά τα νέα μοντέλα αξιοποιούν τις προόδους στην τεχνολογία που μας επιτρέπουν να μοντελοποιούμε την ανθρώπινη βιολογία με τρόπο που μπορεί να εντοπίσει πραγματικές απειλές για την ανθρώπινη υγεία», σημείωσε ο Brian Berridge, DVM, Ph.D., επιστημονικός διευθυντής, DTT. «Βοηθούν επίσης στη μείωση της εξάρτησής μας από τις δοκιμές σε ζώα».

«Διαπιστώσαμε ότι η πρώιμη έκθεση σε επίπεδα καδμίου που σχετίζονται με τον άνθρωπο είχε ως αποτέλεσμα μια δραματική ανασταλτική επίδραση στη διαφοροποίηση των καρδιομυοκυττάρων, ενώ οι εκθέσεις σε μεταγενέστερο στάδιο δεν είχαν αυτό το αποτέλεσμα», δήλωσε ο Xian Wu, Ph.D., ο οποίος διεξήγαγε αυτές τις μελέτες. «Αυτή η έκθεση σε κάδμιο κατέστρεψε επίσης την οργανοειδή λειτουργία της καρδιάς».

Πηγή:

Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας

Αναφορά:

Wu, Χ., et αϊ. (2022) Ανάπτυξη της καρδιάς παρουσία καδμίου: Μια in vitro μελέτη με ανθρώπινα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα και καρδιακά οργανοειδή. Προοπτικές Περιβαλλοντικής Υγείας. doi.org/10.1289/EHP11208.

.