Model 3D pokazuje, jak narażenie na kadm może prowadzić do wrodzonych wad serca

Naukowcy opracowali model 3D pokazujący, jak narażenie na kadm może prowadzić do wrodzonych wad serca. Wrodzona wada serca, która dotyka około 40 000 noworodków rocznie, jest najczęstszą wadą wrodzoną w Stanach Zjednoczonych. Model został stworzony przez naukowców z Narodowego Instytutu Nauk o Zdrowiu Środowiskowym (NIEHS), będącego częścią Narodowych Instytutów Zdrowia.

Kadm jest metalem, który może być uwalniany do środowiska podczas górnictwa i różnych procesów przemysłowych, a znaleziono go w powietrzu, glebie, wodzie i tytoniu. Minerał może dostać się do łańcucha pokarmowego, gdy rośliny wchłoną go z gleby. Wcześniejsze badania wykazały, że narażenie matki na kadm może być istotnym czynnikiem ryzyka wrodzonych wad serca.

Wykorzystując modele pochodzące z ludzkich komórek i tkanek, zwane modelami in vitro, naukowcy zbudowali trójwymiarowy model organoidalny, który symulował rozwój ludzkiego serca. Naukowcy zobaczyli, jak narażenie na niski poziom kadmu może zapobiegać normalnemu tworzeniu się kardiomiocytów, głównego typu komórek tworzących serce. W ten sposób ujawnili mechanizmy biologiczne, które mogą wyjaśniać, w jaki sposób kadm może powodować nieprawidłowości w sercu.

Stworzone przez nas modele są przydatne nie tylko do badania kadmu, ale także do badania innych chemikaliów i materiałów”.

Dr Eric Toker, kierownik badań, Oddział Toksykologii Mechanicznej, Wydział Toksykologii Translacyjnej NIEHS (DTT)

Na potrzeby badania naukowcy opracowali trzy różne modele do oceny wpływu kadmu na różne etapy rozwoju serca.

Najpierw wykorzystali ludzkie pluripotencjalne komórki macierzyste do stworzenia trójwymiarowych ciał embrionalnych, aby naśladować wczesne etapy tworzenia tkanek i narządów u ludzi. Następnie wykorzystali dwuwymiarowy model in vitro zawierający fluorescencyjny system białek regulatorowych (NKX2-5), o których wiadomo, że bierze udział w rozwoju serca, co pozwoliło im rozważyć toksyczność kadmu po ekspozycji.

Model organoidalny 3D serca, który może symulować bijące serce, potwierdził to, co zaobserwowano w pozostałych dwóch modelach, pokazując, jak niskie dawki kadmu mogą uniemożliwić prawidłową pracę komórek mięśnia sercowego.

Badanie, opublikowane w czasopiśmie Environmental Health Perspectives, opiera się na dziesięcioleciach pracy naukowców toksykologicznych, aby poszerzyć wiedzę o tym, jak narażenie środowiskowe przyczynia się do chorób człowieka, w tym raka, chorób układu krążenia, autyzmu i innych schorzeń.

„Te nowe modele wykorzystują postęp technologiczny, który pozwala nam modelować biologię człowieka w sposób, który identyfikuje prawdziwe zagrożenia dla ludzkiego zdrowia” – zauważył dr Brian Berridge, DVM. , dyrektor naukowy, DTT. Pomaga również zmniejszyć naszą zależność od testów na zwierzętach.

„Odkryliśmy, że wczesna ekspozycja na poziom kadmu związany z człowiekiem wywiera znaczący wpływ hamujący na różnicowanie kardiomiocytów, podczas gdy ekspozycja na późniejszych etapach nie miała takiego efektu” – powiedział dr Xian Wu, który przeprowadził te badania. „Ta ekspozycja na kadm uszkodziła również funkcję organelli sercowych”.