A 3D modell megmutatja, hogy a kadmium expozíció hogyan vezethet veleszületett szívhibákhoz

A 3D modell megmutatja, hogy a kadmium expozíció hogyan vezethet veleszületett szívhibákhoz

A kutatók egy háromdimenziós modellt fejlesztettek ki, amely megmutatja, hogy a kadmiumnak való kitettség hogyan vezethet veleszületett szívhibákhoz. A veleszületett szívhibák a születési rendellenességek leggyakoribb formája az Egyesült Államokban, évente közel 40 000 újszülöttet érint. A modellt az Országos Egészségügyi Intézethez tartozó National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) tudósai fejlesztették ki.

A kadmium egy fém, amely bányászat és különféle ipari folyamatok során kerülhet a környezetbe, és megtalálható a levegőben, a talajban, a vízben és a dohányban. A fém akkor kerülhet be a táplálékláncba, amikor a növények felszívják a talajból. Korábbi tanulmányok azt sugallták, hogy az anya kadmiumexpozíciója jelentős kockázati tényező lehet a veleszületett szívelégtelenségben.

Az emberi sejtekből és szövetekből származó, in vitro modelleknek nevezett modellek felhasználásával a kutatók olyan 3D-s organoid modellt terveztek, amely utánozza az emberi szív fejlődését. A kutatók azt tapasztalták, hogy az alacsony kadmiumszintnek való kitettség hogyan akadályozza meg a szívizomsejtek normális képződését, amelyek a szívet alkotó sejtek fő típusai. Ennek során feltárták azokat a biológiai mechanizmusokat, amelyek megmagyarázhatják, hogy a kadmium miként okozhat szívelégtelenséget.

Az általunk készített modellek nemcsak a kadmium, hanem más vegyi anyagok és anyagok tanulmányozására is hasznosak.”

Erik Tokar, Ph.D., vezető kutató, Mechanisztikus Toxikológiai Osztály, NIEHS Division of Translational Toxicology (DTT)

A tanulmányhoz a kutatók három különböző modellt fejlesztettek ki, hogy értékeljék a kadmium hatását a szívfejlődés különböző szakaszaira.

Fluoreszcencia e-könyv

Összeállítás az elmúlt év legjobb interjúiból, cikkeiről és híreiről. Tölts le egy ingyenes példányt

Először is humán pluripotens őssejteket használtak 3D embriótestek kifejlesztésére, amelyek utánozzák az emberben a szövet- és szervképződés korai lépéseit. Ezután egy 2D in vitro modellt használtak, amely egy fluoreszcens szabályozó fehérjerendszert (NKX2-5) tartalmazott, amelyről ismert, hogy részt vesz a szív fejlődésében, és lehetővé tette számukra a kadmium expozíció utáni toxicitásának tanulmányozását.

A 3D-s szívorganoid modell, amely képes szimulálni a dobogó szívet, megerősítette a másik két modellben látottakat, és megmutatta, hogy alacsony dózisú kadmium gátolhatja a szívizomsejtek megfelelő működését.

Az Environmental Health Perspectives folyóiratban megjelent tanulmány a toxikológiai kutatók több évtizedes munkájára épít annak ismereteinek fejlesztésére, hogy a környezeti expozíció hogyan járulhat hozzá az olyan emberi betegségekhez, mint a rák, a szív- és érrendszeri betegségek, az autizmus és más rendellenességek.

„Ezek az új modellek olyan technológiai fejlődést kölcsönöznek, amely lehetővé teszi számunkra, hogy az emberi biológiát olyan módon modellezzük, amely képes azonosítani az emberi egészséget fenyegető valós veszélyeket” – jegyezte meg Brian Berridge, a DVM Ph.D., a DTT tudományos igazgatója. „Ezek is segítenek csökkenteni az állatkísérletek iránti függőségünket.”

"Azt találtuk, hogy a korai expozíció az ember számára releváns kadmiumszinttel drámai gátló hatást gyakorolt ​​a szívizomsejtek differenciálódására, míg a későbbi stádiumú expozíciónak nem volt ilyen hatása" - mondta Xian Wu, Ph.D., a tanulmányok vezetője. "Ez a kadmiumexpozíció a szív organoid működését is károsította."

Forrás:

Országos Egészségügyi Intézetek

Referencia:

Wu, X. és mtsai. (2022) Szívfejlődés kadmium jelenlétében: In vitro vizsgálat emberi embrionális őssejtekkel és szívorganoidokkal. Környezet-egészségügyi perspektívák. doi.org/10.1289/EHP11208.

.