3D-mudel näitab, kuidas kaadmiumiga kokkupuutumine võib põhjustada kaasasündinud südamedefekte

3D-mudel näitab, kuidas kaadmiumiga kokkupuutumine võib põhjustada kaasasündinud südamedefekte

Teadlased on välja töötanud kolmemõõtmelise mudeli, mis näitab, kuidas kokkupuude kaadmiumiga võib põhjustada kaasasündinud südamerikkeid. Kaasasündinud südamedefektid on Ameerika Ühendriikides kõige levinum sünnidefektide vorm, mis mõjutab igal aastal ligi 40 000 vastsündinut. Mudeli töötasid välja riikliku terviseinstituuti kuuluva riikliku keskkonnatervise teaduste instituudi (NIEHS) teadlased.

Kaadmium on metall, mis võib kaevandamise ja erinevate tööstuslike protsesside käigus keskkonda sattuda ning mida on leitud õhust, pinnasest, veest ja tubakast. Metall võib sattuda toiduahelasse, kui taimed seda mullast imavad. Varasemad uuringud näitasid, et ema kokkupuude kaadmiumiga võib olla kaasasündinud südamedefektide oluline riskitegur.

Kasutades inimrakkudest ja -kudedest saadud mudeleid, mida nimetatakse in vitro mudeliteks, töötasid teadlased välja 3D organoidmudeli, mis jäljendab inimese südame arengut. Teadlased nägid, kuidas kokkupuude madala kaadmiumi tasemega võib blokeerida kardiomüotsüütide normaalset moodustumist, mis on peamine südame moodustavate rakkude tüüp. Seda tehes avastasid nad bioloogilised mehhanismid, mis võiksid selgitada, kuidas kaadmium võib põhjustada südamehäireid.

Meie loodud mudelid on kasulikud mitte ainult kaadmiumi, vaid ka teiste kemikaalide ja ainete uurimisel.

Erik Tokar, Ph.D., NIEHSi translatsioonitoksikoloogia osakonna (DTT) mehaanilise toksikoloogia osakonna juhtivteadur

Uuringu jaoks töötasid teadlased välja kolm erinevat mudelit, et hinnata kaadmiumi mõju südame arengu erinevatele etappidele.

Fluorestsentsi e-raamat

Eelmise aasta tippintervjuude, artiklite ja uudiste koostamine. Laadige alla tasuta koopia

Esiteks kasutasid nad inimese pluripotentseid tüvirakke 3D embrüoidkehade väljatöötamiseks, et jäljendada kudede ja elundite moodustumise varaseid etappe inimestel. Seejärel kasutasid nad 2D in vitro mudelit, mis sisaldas fluorestseeruvat reguleerivat valgusüsteemi (NKX2-5), mis teadaolevalt osaleb südame arengus, mis võimaldas neil uurida kaadmiumi toksilisust pärast kokkupuudet.

Südame 3D organoidmudel, mis võib simuleerida löövat südant, kinnitas kahes teises mudelis nähtut ja näitas, kuidas väikesed kaadmiumi annused võivad pärssida kardiomüotsüütide õiget funktsiooni.

Ajakirjas Environmental Health Perspectives avaldatud uuring põhineb toksikoloogiateadlaste aastakümnete pikkusel tööl, et edendada teadmisi selle kohta, kuidas kokkupuude keskkonnaga võib kaasa aidata inimeste haigustele, nagu vähk, südame-veresoonkonna haigused, autism ja muud häired.

"Need uued mudelid kasutavad tehnoloogia arengut, mis võimaldab meil modelleerida inimese bioloogiat viisil, mis suudab tuvastada tõelisi ohte inimeste tervisele," märkis Brian Berridge, DVM, Ph.D., DTT teadusdirektor. "Samuti aitavad need vähendada meie sõltuvust loomkatsetest."

"Me avastasime, et varajane kokkupuude inimese jaoks oluliste kaadmiumitasemetega põhjustas kardiomüotsüütide diferentseerumist dramaatiliselt pärssivat mõju, samas kui hilisemal etapil kokkupuutel seda mõju ei olnud," ütles nende uuringute läbiviija Ph.D. Xian Wu. "See kaadmiumiga kokkupuude kahjustas ka südame organoidset funktsiooni."

Allikas:

Riiklikud tervishoiuinstituudid

Viide:

Wu, X. et al. (2022) Südame areng kaadmiumi juuresolekul: in vitro uuring inimese embrüonaalsete tüvirakkude ja südameorganoididega. Keskkonnatervise perspektiivid. doi.org/10.1289/EHP11208.

.