3D-malli näyttää, kuinka kadmiumialtistus voi johtaa synnynnäisiin sydänvioihin

3D-malli näyttää, kuinka kadmiumialtistus voi johtaa synnynnäisiin sydänvioihin

Tutkijat ovat kehittäneet kolmiulotteisen mallin, joka osoittaa, kuinka kadmiumille altistuminen voi johtaa synnynnäisiin sydänvaurioihin. Synnynnäiset sydänvauriot ovat yleisin synnynnäisten epämuodostumien muoto Yhdysvalloissa, ja niihin vaikuttaa vuosittain lähes 40 000 vastasyntynyttä. Mallin ovat kehittäneet tutkijat National Institute of Environmental Health Sciencesissä (NIEHS), joka on osa kansallisia terveysinstituutteja.

Kadmium on metalli, joka voi vapautua ympäristöön kaivostoiminnan ja erilaisten teollisten prosessien kautta ja jota on löydetty ilmasta, maaperästä, vedestä ja tupakasta. Metalli pääsee ravintoketjuun, kun kasvit imevät sen maaperästä. Aiemmat tutkimukset viittaavat siihen, että äidin altistuminen kadmiumille voi olla merkittävä riskitekijä synnynnäisille sydänvaurioille.

Käyttäen ihmissoluista ja kudoksista johdettuja malleja, joita kutsutaan in vitro -malleiksi, tutkijat suunnittelivat 3D-organoidimallin, joka jäljittelee ihmisen sydämen kehitystä. Tutkijat näkivät, kuinka alhainen kadmiumpitoisuus voi estää sydänlihassolujen normaalin muodostumisen, jotka ovat sydämen pääasiallinen solutyyppi. Näin tehdessään he paljastivat biologiset mekanismit, jotka voisivat selittää kuinka kadmium voi aiheuttaa sydämen poikkeavuuksia.

Luomamme mallit ovat hyödyllisiä paitsi kadmiumin, myös muiden kemikaalien ja aineiden tutkimisessa."

Erik Tokar, Ph.D., johtava tutkija, mechanistic Toxicology Division, NIEHS Division of Translational Toxicology (DTT)

Tutkimusta varten tutkijat kehittivät kolme eri mallia arvioimaan kadmiumin vaikutuksia sydämen eri vaiheisiin.

Fluoresenssi e-kirja

Kokoelma viime vuoden huippuhaastatteluista, artikkeleista ja uutisista. Lataa ilmainen kopio

Ensinnäkin he käyttivät ihmisen pluripotentteja kantasoluja kehittääkseen 3D-alkiokappaleita, jotka matkivat kudosten ja elinten muodostumisen varhaisia ​​vaiheita ihmisillä. Sitten he käyttivät 2D-in vitro -mallia, joka sisälsi fluoresoivan säätelyproteiinijärjestelmän (NKX2-5), jonka tiedettiin osallistuvan sydämen kehitykseen, minkä ansiosta he pystyivät tutkimaan kadmiumin toksisuutta altistuksen jälkeen.

3D-sydämen organoidimalli, joka voi simuloida sykkivää sydäntä, vahvisti kahdessa muussa mallissa nähdyn ja osoitti, kuinka pienet kadmiumannokset voivat estää sydänlihassolujen kunnollista toimintaa.

Environmental Health Perspectives -lehdessä julkaistu tutkimus perustuu toksikologian tutkijoiden vuosikymmenten työhön, jonka tavoitteena on edistää tietämystä siitä, kuinka ympäristöaltistuminen voi edistää ihmisten sairauksia, kuten syöpää, sydän- ja verisuonitauteja, autismia ja muita häiriöitä.

"Nämä uudet mallit hyödyntävät tekniikan kehitystä, jonka avulla voimme mallintaa ihmisen biologiaa tavalla, joka pystyy tunnistamaan ihmisten terveydelle todelliset uhat", totesi Brian Berridge, DVM, Ph.D., DTT:n tieteellinen johtaja. "Ne auttavat myös vähentämään riippuvuuttamme eläinkokeista."

"Huomasimme, että varhainen altistuminen ihmisen kannalta merkityksellisille kadmiumtasoille johti dramaattiseen sydänlihassolujen erilaistumista estävään vaikutukseen, kun taas myöhemmän vaiheen altistuksilla ei ollut tätä vaikutusta", sanoi Xian Wu, Ph.D., joka suoritti nämä tutkimukset. "Tämä kadmiumialtistus vahingoitti myös sydämen organoiditoimintaa."

Lähde:

National Institutes of Health

Viite:

Wu, X. et ai. (2022) Sydämen kehitys kadmiumin läsnä ollessa: In vitro -tutkimus ihmisen alkion kantasoluilla ja sydämen organoideilla. Ympäristön terveysnäkökohdat. doi.org/10.1289/EHP11208.

.