3D model ukazuje, ako môže expozícia kadmia viesť k vrodeným srdcovým chybám

3D model ukazuje, ako môže expozícia kadmia viesť k vrodeným srdcovým chybám

Vedci vyvinuli trojrozmerný model, ktorý ukazuje, ako môže expozícia kadmiu viesť k vrodeným srdcovým chybám. Vrodené srdcové chyby sú najbežnejšou formou vrodených chýb v Spojených štátoch, ktoré každoročne postihujú takmer 40 000 novorodencov. Model vyvinuli vedci z Národného inštitútu environmentálnych vied (NIEHS), ktorý je súčasťou Národného inštitútu zdravia.

Kadmium je kov, ktorý sa môže uvoľňovať do životného prostredia pri ťažbe a rôznych priemyselných procesoch a nachádza sa vo vzduchu, pôde, vode a tabaku. Kov sa môže dostať do potravinového reťazca, keď ho rastliny absorbujú z pôdy. Predchádzajúce štúdie naznačili, že expozícia matiek kadmiu môže byť významným rizikovým faktorom pre vrodené srdcové chyby.

Pomocou modelov odvodených z ľudských buniek a tkanív, nazývaných in vitro modely, výskumníci navrhli 3D organoidný model, ktorý napodobňuje vývoj ľudského srdca. Vedci zistili, ako môže vystavenie nízkym hladinám kadmia blokovať normálnu tvorbu kardiomyocytov, ktoré sú hlavným typom buniek, ktoré tvoria srdce. Pritom odhalili biologické mechanizmy, ktoré by mohli vysvetliť, ako môže kadmium spôsobiť srdcové abnormality.

Modely, ktoré sme vytvorili, sú užitočné nielen na štúdium kadmia, ale aj na štúdium iných chemikálií a látok.“

Erik Tokar, Ph.D., hlavný riešiteľ, divízia mechanistickej toxikológie, NIEHS divízia translačnej toxikológie (DTT)

Pre túto štúdiu vedci vyvinuli tri rôzne modely na vyhodnotenie účinkov kadmia na rôzne štádiá vývoja srdca.

Fluorescenčná elektronická kniha

Kompilácia top rozhovorov, článkov a noviniek za posledný rok. Stiahnite si bezplatnú kópiu

Najprv použili ľudské pluripotentné kmeňové bunky na vývoj 3D embryoidných teliesok, aby napodobnili skoré kroky pri tvorbe tkanív a orgánov u ľudí. Potom použili 2D in vitro model obsahujúci fluorescenčný regulačný proteínový systém (NKX2-5), o ktorom je známe, že sa podieľa na vývoji srdca, čo im umožnilo študovať toxicitu kadmia po expozícii.

3D model srdcového organoidu, ktorý dokáže simulovať bijúce srdce, potvrdil to, čo bolo vidieť v ďalších dvoch modeloch, a ukázal, ako nízke dávky kadmia môžu inhibovať správnu funkciu kardiomyocytov.

Štúdia, publikovaná v časopise Environmental Health Perspectives, stavia na desaťročiach práce výskumníkov v oblasti toxikológie s cieľom rozšíriť poznatky o tom, ako môže environmentálna expozícia prispieť k ľudským chorobám, ako je rakovina, kardiovaskulárne choroby, autizmus a iné poruchy.

„Tieto nové modely využívajú pokroky v technológii, ktorá nám umožňuje modelovať ľudskú biológiu spôsobom, ktorý dokáže identifikovať skutočné hrozby pre ľudské zdravie,“ poznamenal Brian Berridge, DVM, Ph.D., vedecký riaditeľ, DTT. "Pomáhajú tiež znížiť našu závislosť od testovania na zvieratách."

„Zistili sme, že skoré vystavenie sa hladinám kadmia relevantným pre ľudí malo za následok dramatický inhibičný účinok na diferenciáciu kardiomyocytov, zatiaľ čo expozície v neskoršom štádiu tento účinok nemali,“ povedal Xian Wu, Ph.D., ktorý tieto štúdie vykonal. "Táto expozícia kadmiu tiež poškodila organoidnú funkciu srdca."

Zdroj:

Národný inštitút zdravia

Referencia:

Wu, X. a kol. (2022) Vývoj srdca v prítomnosti kadmia: Štúdia in vitro s ľudskými embryonálnymi kmeňovými bunkami a srdcovými organoidmi. Environmentálne zdravotné perspektívy. doi.org/10.1289/EHP11208.

.