Hybridní biomateriál ukazuje, jak by se stárnutí v srdci mohlo zvrátit

Nový materiál pěstovaný laboratoří odhalil, že některé účinky stárnutí v srdci mohou být zpomaleny a dokonce zvráceny. Objev by mohl otevřít dveře terapiím, které omlazují srdce změnou jeho buněčného prostředí, spíše než se zaměřit na samotné srdeční buňky.

Výzkum, publikovaný v Přírodní materiálybyl proveden týmem vedeným docentkou profesorem Jennifer Youngovou z oddělení biomedicínského inženýrství na College of Design and Engineering (CDE) na Národní univerzitě v Singapuru (NUS). Asst Prof Young je také vědcem v NUS Mechanobiology Institute (MBI).

Tým se zaměřil na Extracelulární matice (ECM) – Komplexní rámec, který obklopuje a podporuje Srdeční buňky. Toto síťové lešení vyrobené z proteinů a jiných složek drží buňky na místě a vysílá Chemické signály to vede, jak buňky fungují.

Jak srdce stárne, ECM se stane tužší a jeho biochemické složení se mění. Tyto změny mohou vyvolat škodlivou aktivitu v srdečních buňkách, přispívat k zjizvení, ztrátě flexibility a snížené funkce.

„Většina stárnoucího výzkumu se zaměřuje na to, jak se buňky v průběhu času mění,“ řekl Asst Prof Young. „Naše studie místo toho vypadá na ECM a jak změny v tomto prostředí ovlivňují stárnutí srdce.“

Abychom to prozkoumali, tým vyvinul hybridní biomateriál s názvem Decipher (decelularizovaný in situ polyakrylamid hydrogel-ecm hybrid), vyrobený kombinací přirozeného srdce tkáň se syntetickým gelem, který úzce napodobuje tuhost a složení ECM.

„Až dosud bylo obtížné určit, které z těchto změn – fyzikální tuhost nebo biochemické signály – hraje větší roli při řízení tohoto poklesu, protože k nim obvykle dochází současně,“ řekla Avery Rui Sun, Ph.D. Student NUS CDE a MBI a první autor studie.

„Dešifrovaná platforma řeší tento problém a umožňuje vědcům samostatně řídit tuhost a biochemické signály prezentované buňkám – něco předchozího systému s nativní tkání nebyl schopn.“

Když tým umístil stárnoucí srdce na dešifrované lešení, které napodobovaly „mladé“ narážky ECM, zjistili, že buňky se začaly chovat spíše jako mladé buňky – i když materiál zůstal tuhý. Bližší zkoumání odhalilo, že to zahrnovalo posun v genové aktivitě přes tisíce genů spojených se stárnutím a funkcí buněk.

Naproti tomu mladé buňky umístěné na „stárnutí“ ECM začaly vykazovat známky dysfunkce, i když lešení bylo měkké.

„To nám ukázalo, že biochemické prostředí kolem stárnoucích srdečních buněk záleží více než na tuhost, zatímco mladé buňky berou obě narážky,“ řekl Asst Prof Young.

„I když byla tkáň velmi tuhá, protože obvykle je ve stárnoucích srdcích, stačila přítomnost„ mladých “biochemických signálů k tlačení stárnoucích buněk zpět směrem ke zdravějšímu a funkčnějšímu stavu,“ dodala. „To naznačuje, že pokud najdeme způsob, jak tyto signály obnovit ve stárnoucím srdci, mohli bychom být schopni zvrátit některé poškození a zlepšit to, jak srdce funguje v průběhu času.“

„Na druhé straně jsme pro mladé buňky srdce zjistili, že vyšší tuhost může způsobit předčasně„ věk “, což naznačuje, že pokud se zaměříme na konkrétní aspekty stárnutí ECM, můžeme v průběhu času zpomalit nebo zabránit dysfunkci srdce.“

Zatímco práce je stále ve výzkumné fázi, tým říká, že jejich zjištění otevírají nový směr pro terapie zaměřené na zachování nebo obnovení zdraví srdce během stárnutí – zaměřením na samotný ECM.

Doufají, že metoda by mohla být také přizpůsobena ke studiu dalších tkání postižených stárnutím a nemocí. Kromě srdce se tým domnívá, že by se metoda dešifrovala použita ke studiu stárnutí a nemoci v jiných orgánech, a to díky hlavní roli ECM v buněčné funkci ve všech našich tkáních.

„Mnoho onemocnění souvisejících s věkem zahrnuje změny v tuhosti tkání-nejen v srdci,“ řekl Asst Prof Young. „Například stejný přístup lze použít na tkáň ledvin a kůže a mohlo by být přizpůsobeno studijním podmínkám, jako je fibróza nebo dokonce rakovina, kde mechanické prostředí hraje hlavní roli v tom, jak se buňky chovají.“