Il modello 3D mostra come l'esposizione al cadmio può portare a difetti cardiaci congeniti

Il modello 3D mostra come l'esposizione al cadmio può portare a difetti cardiaci congeniti

I ricercatori hanno sviluppato un modello tridimensionale che mostra come l'esposizione al cadmio può portare a difetti cardiaci congeniti. I difetti cardiaci congeniti sono la forma più comune di difetti alla nascita negli Stati Uniti e colpiscono quasi 40.000 neonati ogni anno. Il modello è stato sviluppato dagli scienziati del National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS), parte del National Institutes of Health.

Il cadmio è un metallo che può essere rilasciato nell'ambiente attraverso l'estrazione mineraria e vari processi industriali ed è stato trovato nell'aria, nel suolo, nell'acqua e nel tabacco. Il metallo può entrare nella catena alimentare quando le piante lo assorbono dal terreno. Precedenti studi hanno suggerito che l’esposizione materna al cadmio può essere un fattore di rischio significativo per i difetti cardiaci congeniti.

Utilizzando modelli derivati ​​da cellule e tessuti umani, chiamati modelli in vitro, i ricercatori hanno progettato un modello organoide 3D che imita il modo in cui si sviluppa il cuore umano. I ricercatori hanno visto come l'esposizione a bassi livelli di cadmio può bloccare la normale formazione dei cardiomiociti, che sono il principale tipo di cellule che compongono il cuore. In tal modo, hanno scoperto i meccanismi biologici che potrebbero spiegare come il cadmio possa causare anomalie cardiache.

I modelli che abbiamo creato sono utili non solo per studiare il cadmio, ma anche per studiare altre sostanze chimiche e sostanze”.

Erik Tokar, Ph.D., ricercatore principale, divisione di tossicologia meccanicistica, divisione di tossicologia traslazionale (DTT) del NIEHS

Per lo studio, i ricercatori hanno sviluppato tre diversi modelli per valutare gli effetti del cadmio sulle diverse fasi dello sviluppo del cuore.

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In primo luogo, hanno utilizzato cellule staminali pluripotenti umane per sviluppare corpi embrionali 3D per imitare i primi passi nella formazione di tessuti e organi negli esseri umani. Hanno quindi utilizzato un modello 2D in vitro contenente un sistema di proteina regolatrice fluorescente (NKX2-5) noto per essere coinvolto nello sviluppo del cuore, che ha permesso loro di studiare la tossicità del cadmio dopo l’esposizione.

Il modello organoide cardiaco 3D, in grado di simulare il battito del cuore, ha confermato quanto visto negli altri due modelli e ha mostrato come basse dosi di cadmio possano inibire la corretta funzione dei cardiomiociti.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Environmental Health Perspectives, si basa su decenni di lavoro di ricercatori tossicologi per approfondire la conoscenza di come le esposizioni ambientali possono contribuire a malattie umane come il cancro, le malattie cardiovascolari, l’autismo e altri disturbi.

"Questi nuovi modelli sfruttano i progressi tecnologici che ci consentono di modellare la biologia umana in modo da poter identificare le minacce reali alla salute umana", ha osservato Brian Berridge, DVM, Ph.D., direttore scientifico, DTT. “Contribuiscono anche a ridurre la nostra dipendenza dalla sperimentazione animale”.

"Abbiamo scoperto che l'esposizione precoce a livelli di cadmio rilevanti per l'uomo ha prodotto un drammatico effetto inibitorio sulla differenziazione dei cardiomiociti, mentre le esposizioni in fasi successive non hanno avuto questo effetto", ha affermato Xian Wu, Ph.D., che ha condotto questi studi. “Questa esposizione al cadmio ha anche danneggiato la funzione organoide del cuore”.

Fonte:

Istituti Nazionali di Sanità

Riferimento:

Wu, X., et al. (2022) Sviluppo del cuore in presenza di cadmio: uno studio in vitro con cellule staminali embrionali umane e organoidi cardiaci. Prospettive di salute ambientale. doi.org/10.1289/EHP11208.

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