Shkencëtarët kanë kapërcyer pengesat për rigjenerimin e zemrës së njeriut

Studiuesit në Shkollën e Mjekësisë të Universitetit të Uashingtonit në Seattle kanë krijuar me sukses qeliza burimore që nuk shkaktojnë aritmi të rrezikshme, një ndërlikim që deri më sot ka penguar përpjekjet për të zhvilluar terapi me qeliza burimore për zemrat e dëmtuara.

“Ne kemi gjetur atë që duhet të trajtojmë për t’i bërë këto qeliza të sigurta,” tha Silvia Marchiano, një studente postdoktorale në laboratorin e Chuck Murry në Institutin e Mjekësisë UW për Qelizat Staminale dhe Mjekësinë Rigjeneruese. Marchiano është autori kryesor i një punimi që përshkruan gjetjet e botuara të enjten, 6 prill, në revistën Cell Stem Cell. Puna u krye në bashkëpunim me kompaninë e Seattle Sana Biotechnology.

Në hulumtimet e mëparshme, ekipi i Murry-t përdori qeliza të muskujve të zemrës që rrjedhin nga qelizat burimore për të ndrequr lëndimet e indeve të zemrës që rezultojnë nga infarkti i miokardit. Kjo formë e sulmit në zemër ndodh kur furnizimi me gjak i muskujve kardiak pengohet, duke çuar në vdekjen e qelizave të zemrës. Meqenëse qelizat kardiake nuk rigjenerohen, indi i dëmtuar zëvendësohet nga indi mbresë. Kjo komprometon forcën e zemrës dhe pengon funksionin e saj të pompimit të gjakut. Dëmi i gjerë mund të kulmojë në dështimin e zemrës dhe madje edhe vdekjen.

Për të krijuar qelizat e tyre terapeutike të zemrës, studiuesit e Seattle përdorën qeliza burimore pluripotente. Ndryshe nga qelizat burimore të rritura, të cilat janë specializuar për t’u bërë lloje specifike qelizash, qelizat burimore pluripotente mund të bëhen çdo lloj qelize në trup.

Nga viti 2012 deri në 2018, ekipi i Seattle injektoi me sukses qeliza burimore pluripotente në muret e dëmtuara të zemrës për të krijuar muskuj të rinj për të zëvendësuar atë të humbur gjatë një infarkti. Në studimet e kafshëve, ata treguan se qelizat e shartuara do të integroheshin me muskulin e zemrës, do të rrihnin në sinkron me qelizat e tjera të zemrës dhe do të përmirësonin kontraktueshmërinë e zemrës. Këto gjetje treguan se terapia me qeliza staminale mund të përdoret potencialisht për të shpëtuar zemrat e dëmtuara.

Por kishte një ndërlikim të madh. Gjatë javëve të para të transplantimit, zemrat prireshin të rrihnin me një shkallë të lartë të rrezikshme. Nëse nuk mund të gjendet një mënyrë për të parandaluar ose shtypur këtë problem, qelizat staminale nuk mund të bëhen një trajtim i sigurt për infarktin e miokardit dhe dështimin e zemrës.

“Qëllimi ynë është të krijojmë qeliza kontraktuese që funksionojnë që nuk do të përpiqen të vendosin ritmin e tyre”, tha Murry.

Në zemrën e pjekur, rrahjet e zemrës rregullohen nga qeliza të specializuara të quajtura qeliza stimuluese. Këto qeliza gjenerojnë sinjale elektrike në intervale të rregullta që nxisin qelizat e tjera të zemrës të kontraktohen.

Në qelizat e stimuluesit kardiak, voltazhi shkon përpara dhe mbrapa nga negativ (hiperpolarizuar) në pozitiv (depolarizuar). Murry e krahason atë me një metronom me jone pozitive që derdhen brenda dhe jashtë qelizës përmes këtyre kanaleve. Shpejtësia me të cilën ndodh ky cikël i repolarizimit dhe depolarizimit përcakton ritmin e zemrës.

Megjithatë, në zemrat e hershme embrionale, ky sistem, në të cilin relativisht pak qeliza janë bërë qeliza të specializuara stimuluese të stimulimit, ndërsa pjesa tjetër janë bërë qeliza kontraktile të qeta, nuk është zhvilluar. Të gjitha qelizat janë stimulues kardiak. Murry dhe kolegët e tij dyshuan se qelizat burimore të transplantuara po silleshin si qeliza të hershme embrionale, duke gjeneruar në mënyrë kaotike sinjale dhe duke shkaktuar ritme të rrezikshme të zemrës.

Për të përcaktuar se çfarë po i shkaktonte këto qeliza të silleshin në këtë mënyrë, studiuesit përdorën një teknikë të quajtur sekuenca e ARN-së për të zbuluar se cilat kanale jonike po krijoheshin në periudha të ndryshme ndërsa qelizat maturoheshin. Sekuenca zbuloi se disa lloje të kanaleve jonike shfaqen herët në zhvillim dhe më pas zhduken ndërsa qeliza maturohet ndërsa llojet e tjera të kanaleve jonike shfaqen më vonë në zhvillim. Si një mister i shpalosur, kjo u dha studiuesve listën e tyre të të dyshuarve.

Për të përcaktuar se cilat kanale jonike ishin fajtorët që mbanin rrymën që shkakton aritminë, shkencëtarët përdorën modifikimin e gjenomit të bazuar në CRISPR për të eliminuar sistematikisht gjenet depolarizuese ose për të aktivizuar gjenet ripolarizuese. Kjo doli çuditërisht komplekse. Ata kishin hipotezuar se do të kishte një kanal të vetëm jonik që do të shkaktonte aritminë, por asnjë nga modifikimet me një gjen nuk eliminoi ritmet e shpejta të zemrës. Studiuesit më pas ndërmorën një proces të mundimshëm të “luajtjes së kombinimeve” duke kryer modifikime të dyfishta dhe të trefishta të gjeneve. Në mënyrë shqetësuese, asnjë nga këto modifikime nuk e eliminoi aritminë dhe disa dukej se e përkeqësuan atë.

Më në fund, shkencëtarët krijuan një linjë të qelizave staminale në të cilën tre gjene depolarizues u eliminuan dhe një gjen repolarizues u aktivizua. Kjo e bëri mashtrimin. Qelizat e muskujve të zemrës të krijuara nga këto qeliza burimore ishin elektrikisht të qeta, si muskuli i zemrës së të rriturve, por ato tkurren kur iu dha një sinjal elektrik për të imituar një stimulues kardiak natyral. Studiuesit i quajtën këto qeliza “MEDUSA” (për modifikimin e ADN-së elektrofiziologjike për të kuptuar dhe shtypur aritmitë). Kardiomiocitet MEDUSA transplantohen në zemër, maturohen në qeliza të rritura, integrohen elektrikisht në muskujt e zemrës dhe rrahin në sinkron me stimulimin natyror të ritmit, të gjitha pa gjeneruar ritme të rrezikshme të zemrës. Kjo, thotë Murry, është sine qua non për rigjenerimin e zemrës.