Wissenschaftler haben eine detaillierte Karte des menschlichen Herzens erstellt, die als Richtschnur für personalisierte Behandlungen dienen könnte.
Die zelluläre und molekulare Karte eines gesunden menschlichen Herzens ermöglicht es Forschern zu verstehen, wie das Organ funktioniert, und ermöglicht es ihnen, Licht ins Dunkel zu bringen, was bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen schief läuft, sagten sie.
Die Forscher analysierten fast eine halbe Million einzelne Zellen, um einen umfassenden Entwurf eines Zellatlas des menschlichen Herzens zu erstellen.
Sie sagen, dass es eine große Vielfalt an Zellen zeigt und Herzmuskelzelltypen, herzschützende Immunzellen und das komplizierte Netzwerk von Blutgefäßen enthüllt. Es sagt auch voraus, wie die Zellen kommunizieren, um das Herz am Laufen zu halten.
„Wir haben den bisher detailliertesten Atlas des menschlichen erwachsenen Herzens erstellt, indem wir Einzelzelltechnologien mit Methoden der künstlichen Intelligenz kombiniert haben, um fast eine halbe Million Einzelzellen zu charakterisieren“, sagte Dr. Carlos Talavera-Lopez, einer der ersten Autoren von Wellcome Sanger Institut.
„Zum ersten Mal konnten wir genau sehen, was jede Zelle im menschlichen Herzen tut.
„Dieser Atlas zeigt, dass sich die Zellen in jeder der vier Herzkammern unterschiedlich verhalten, die unterschiedlichen Funktionen der einzelnen Bereiche widerspiegeln und uns helfen, das gesunde menschliche Herz zu verstehen.“
Veröffentlicht in Natur , ist die Studie Teil der Human Cell Atlas-Initiative zur Kartierung aller Zelltypen im menschlichen Körper.
Forscher sagen, dass das Wissen über das Herz ein besseres Verständnis von Herzerkrankungen ermöglichen und eine stärker personalisierte Medizin anleiten wird. Sie fügen hinzu, dass dies in Zukunft möglicherweise auch zu regenerativer Medizin führen könnte.
In der Studie untersuchten die Wissenschaftler fast 500.000 einzelne Zellen und Zellkerne aus sechs verschiedenen Regionen gesunder Herzen von 14 Organspendern.
Mithilfe modernster Einzelzelltechnologie, maschinellem Lernen und bildgebender Verfahren konnte das Team genau sehen, welche Gene in jeder Zelle eingeschaltet waren.
Die Forscher entdeckten, dass es große Unterschiede in den Zellen in verschiedenen Bereichen des Herzens gab und dass jeder Bereich des Organs spezifische Zellsätze aufwies, was unterschiedliche Entwicklungsursprünge und möglicherweise unterschiedliche Reaktionen auf Behandlungen hervorhob.
Die sechs Bereiche des Herzens enthielten 11 verschiedene Zelltypen und die Forscher entdeckten mehr als 62 verschiedene Zellzustände, die noch nie zuvor in diesem Detail gesehen worden waren.
„Dies ist das erste Mal, dass sich jemand einzelne Zellen des menschlichen Herzens in diesem Maßstab angeschaut hat, was erst durch groß angelegte Einzelzellsequenzierung möglich geworden ist“, sagte Professor Norbert Hübner, Seniorautor vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Deutschland.
„Diese Studie zeigt die Leistungsfähigkeit der Einzelzellgenomik und der internationalen Zusammenarbeit. Die Kenntnis des gesamten Spektrums von Herzzellen und ihrer Genaktivität ist eine grundlegende Notwendigkeit, um zu verstehen, wie das Herz funktioniert, und um zu verstehen, wie es auf Stress und Krankheiten reagiert.“
Die sechs Bereiche des Herzens enthielten 11 verschiedene Zelltypen und die Forscher entdeckten mehr als 62 verschiedene Zellzustände, die noch nie zuvor in diesem Detail gesehen worden waren.
„Unsere internationalen Bemühungen liefern der wissenschaftlichen Gemeinschaft unschätzbare Informationen, indem sie die zellulären und molekularen Details von Herzzellen beleuchten, die zusammenarbeiten, um Blut durch den Körper zu pumpen“, sagte Dr. Michela Noseda, eine leitende Autorin vom National Heart and Lung Institute am Imperial College London.
„Wir haben die Herzzellen kartiert, die potenziell durch SARS-CoV-2 infiziert werden können, und festgestellt, dass spezialisierte Zellen der kleinen Blutgefäße ebenfalls Virusziele sind.“
„Unsere Datensätze sind eine Goldgrube an Informationen, um die Feinheiten von Herzerkrankungen zu verstehen.“
Die Studie wurde von Forschern des Wellcome Sanger Institute, des Max-Delbrück-Zentrums für Molekularmedizin, der Harvard Medical School, des Imperial College London und ihrer globalen Mitarbeiter durchgeführt.