3D model pokazuje kako izloženost kadmiju može dovesti do urođenih srčanih mana

3D model pokazuje kako izloženost kadmiju može dovesti do urođenih srčanih mana

Istraživači su razvili trodimenzionalni model koji pokazuje kako izloženost kadmiju može dovesti do urođenih srčanih mana. Urođene srčane mane najčešći su oblik urođenih mana u Sjedinjenim Državama, koje pogađaju gotovo 40 000 novorođenčadi svake godine. Model su razvili znanstvenici s Nacionalnog instituta za zdravstvene znanosti o okolišu (NIEHS), koji je dio Nacionalnog instituta za zdravlje.

Kadmij je metal koji se može otpustiti u okoliš rudarenjem i raznim industrijskim procesima, a pronađen je u zraku, tlu, vodi i duhanu. Metal može ući u hranidbeni lanac kada ga biljke apsorbiraju iz tla. Prethodne studije pokazale su da izloženost majke kadmiju može biti značajan faktor rizika za urođene srčane mane.

Koristeći modele izvedene iz ljudskih stanica i tkiva, nazvane in vitro modeli, istraživači su dizajnirali 3D organoidni model koji oponaša razvoj ljudskog srca. Istraživači su vidjeli kako izloženost niskim razinama kadmija može blokirati normalno formiranje kardiomiocita, koji su glavna vrsta stanica koje čine srce. Pritom su otkrili biološke mehanizme koji bi mogli objasniti kako kadmij može uzrokovati srčane abnormalnosti.

Modeli koje smo izradili korisni su ne samo za proučavanje kadmija, već i za proučavanje drugih kemikalija i tvari.”

Erik Tokar, dr. sc., glavni istraživač, Odjel za mehaničku toksikologiju, NIEHS Odjel za translacijsku toksikologiju (DTT)

Za potrebe studije, istraživači su razvili tri različita modela za procjenu učinaka kadmija na različite stupnjeve razvoja srca.

E-knjiga o fluorescenciji

Kompilacija najboljih intervjua, članaka i vijesti iz prošle godine. Preuzmite besplatnu kopiju

Prvo su koristili ljudske pluripotentne matične stanice za razvoj 3D embrioidnih tijela kako bi oponašali rane korake u formiranju tkiva i organa kod ljudi. Zatim su upotrijebili 2D in vitro model koji je sadržavao fluorescentni regulatorni proteinski sustav (NKX2-5) za koji se zna da je uključen u razvoj srca, što im je omogućilo proučavanje toksičnosti kadmija nakon izlaganja.

3D kardijalni organoidni model, koji može simulirati otkucaje srca, potvrdio je ono što je viđeno u druga dva modela i pokazao kako male doze kadmija mogu inhibirati ispravnu funkciju kardiomiocita.

Studija, objavljena u časopisu Environmental Health Perspectives, temelji se na desetljećima rada toksikoloških istraživača na unapređenju znanja o tome kako izloženost okolišu može doprinijeti ljudskim bolestima kao što su rak, kardiovaskularne bolesti, autizam i drugi poremećaji.

"Ovi novi modeli koriste napredak u tehnologiji koji nam omogućuje modeliranje ljudske biologije na način koji može identificirati stvarne prijetnje ljudskom zdravlju", istaknuo je Brian Berridge, DVM, Ph.D., znanstveni direktor, DTT. "Oni također pomažu smanjiti naše oslanjanje na testiranja na životinjama."

"Otkrili smo da je rano izlaganje razinama kadmija relevantnim za ljude rezultiralo dramatičnim inhibicijskim učinkom na diferencijaciju kardiomiocita, dok izlaganje u kasnijoj fazi nije imalo taj učinak", rekao je Xian Wu, Ph.D., koji je proveo ove studije. "Ova izloženost kadmiju također je oštetila organoidnu funkciju srca."

Izvor:

Nacionalni instituti za zdravlje

Referenca:

Wu, X. i sur. (2022) Razvoj srca u prisutnosti kadmija: In vitro studija s ljudskim embrionalnim matičnim stanicama i srčanim organoidima. Perspektive zdravlja okoliša. doi.org/10.1289/EHP11208.

.