3D-modell viser hvordan kadmiumeksponering kan føre til medfødte hjertefeil

3D-modell viser hvordan kadmiumeksponering kan føre til medfødte hjertefeil

Forskere har utviklet en tredimensjonal modell som viser hvordan eksponering for kadmium kan føre til medfødte hjertefeil. Medfødte hjertefeil er den vanligste formen for fødselsdefekter i USA, og påvirker nesten 40 000 nyfødte hvert år. Modellen ble utviklet av forskere ved National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS), en del av National Institutes of Health.

Kadmium er et metall som kan slippes ut i miljøet gjennom gruvedrift og ulike industrielle prosesser og er funnet i luft, jord, vann og tobakk. Metallet kan komme inn i næringskjeden når planter absorberer det fra jorda. Tidligere studier antydet at mors eksponering for kadmium kan være en betydelig risikofaktor for medfødte hjertefeil.

Ved å bruke modeller avledet fra menneskelige celler og vev, kalt in vitro-modeller, designet forskerne en 3D-organoid modell som etterligner hvordan det menneskelige hjertet utvikler seg. Forskerne så hvordan eksponering for lave nivåer av kadmium kan blokkere normal dannelse av kardiomyocytter, som er hovedtypen av celler som utgjør hjertet. Ved å gjøre det avdekket de de biologiske mekanismene som kan forklare hvordan kadmium kan forårsake hjerteabnormiteter.

Modellene vi laget er nyttige ikke bare for å studere kadmium, men også for å studere andre kjemikalier og stoffer.»

Erik Tokar, Ph.D., hovedetterforsker, Mechanistic Toxicology Division, NIEHS Division of Translational Toxicology (DTT)

For studien utviklet forskere tre forskjellige modeller for å evaluere effekten av kadmium på forskjellige stadier av hjerteutvikling.

Fluorescens eBok

Sammenstilling av de beste intervjuene, artikler og nyheter fra det siste året. Last ned en gratis kopi

Først brukte de menneskelige pluripotente stamceller for å utvikle 3D embryoidlegemer for å etterligne tidlige trinn i vev og organdannelse hos mennesker. De brukte deretter en 2D in vitro-modell som inneholdt et fluorescerende regulatorisk proteinsystem (NKX2-5) kjent for å være involvert i hjerteutvikling, noe som tillot dem å studere toksisiteten til kadmium etter eksponering.

3D-hjerteorganoidmodellen, som kan simulere det bankende hjertet, bekreftet det som ble sett i de to andre modellene og viste hvordan lave doser kadmium kan hemme riktig kardiomyocyttfunksjon.

Studien, publisert i tidsskriftet Environmental Health Perspectives, bygger på flere tiår med arbeid fra toksikologiforskere for å fremme kunnskap om hvordan miljøeksponering kan bidra til menneskelige sykdommer som kreft, hjerte- og karsykdommer, autisme og andre lidelser.

"Disse nye modellene utnytter fremskritt innen teknologi som lar oss modellere menneskelig biologi på en måte som kan identifisere reelle trusler mot menneskers helse," bemerket Brian Berridge, DVM, Ph.D., vitenskapelig leder, DTT. "De bidrar også til å redusere vår avhengighet av dyreforsøk."

"Vi fant at tidlig eksponering for humanrelevante nivåer av kadmium resulterte i en dramatisk hemmende effekt på kardiomyocyttdifferensiering, mens eksponeringer i senere stadier ikke hadde denne effekten," sa Xian Wu, Ph.D., som utførte disse studiene. "Denne kadmiumeksponeringen skadet også hjertets organoide funksjon."

Kilde:

National Institutes of Health

Referanse:

Wu, X., et al. (2022) Hjerteutvikling i nærvær av kadmium: En in vitro-studie med menneskelige embryonale stamceller og hjerteorganoider. Miljøhelseperspektiver. doi.org/10.1289/EHP11208.

.