Προς ένα καρδιακό μέλλον

Από τον Ζιώγα Απόστολο, βιολόγο

Πώς σχηματίστηκε η καρδιά σου;

Τι πυροδότησε τον πρώτο σου καρδιακό παλμό; Μέχρι σήμερα, οι μηχανισμοί ανάπτυξης της ανθρώπινης καρδιάς παραμένουν ασύλληπτοι. Γνωρίζουμε ότι η καρδιά είναι το πρώτο όργανο που λειτουργεί πλήρως στο αναπτυσσόμενο ανθρώπινο έμβρυο. Ξεκινά ως ένας απλός σωλήνας που αρχίζει να αντλεί αίμα από την τέταρτη εβδομάδα κύησης. Μέχρι την ένατη εβδομάδα, η καρδιά έχει σχηματιστεί πλήρως. Η καρδιά είναι κρίσιμη για την πρώιμη ανάπτυξη, γιατί παρέχει βασικά θρεπτικά συστατικά σε όλο το αναπτυσσόμενο έμβρυο. Όμως, λόγω του πρώιμου σχηματισμού της, η καρδιά εκτίθεται για μεγάλο χρονικό διάστημα σε ουσίες με τις οποίες μπορεί να έρθει σε επαφή μια έγκυος, όπως φάρμακα ή ρύπους. Αυτός μπορεί να είναι ο κύριος λόγος για τον οποίο η συγγενής καρδιοπάθεια είναι ο πιο κοινός τύπος γενετικής ανωμαλίας στους ανθρώπους, που εμφανίζεται σε περισσότερες από 1 στις 100 γεννήσεις παγκοσμίως.
Τα συγγενή καρδιακά ελαττώματα συνήθως απαιτούν χειρουργική επέμβαση για να διορθωθούν. Παραδοσιακά, οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει ζωικά και κυτταρικά μοντέλα για να μελετήσουν την ανάπτυξη της καρδιάς και τις ασθένειες. Ωστόσο, οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να παράγουν μια θεραπεία για τη συγγενή καρδιοπάθεια εν μέρει, επειδή αυτά τα μοντέλα δεν είναι σε θέση να συλλάβουν την πολυπλοκότητα της ανθρώπινης καρδιάς. Λόγω ηθικών περιορισμών, η χρήση ανθρώπινων εμβρύων για αυτές τις μελέτες αποκλείεται. Για να βοηθήσουν τις μελέτες πάνω στην ανάπτυξη της καρδιάς και τις επιπλοκές στην εγκυμοσύνη, ομάδες βιοϊατρικών μηχανικών και επιστημόνων καρδιαγγειακής επιστήμης, τα τελευταία χρόνια, προσπαθούν να δημιουργήσουν μίνι ανθρώπινες καρδιές στο εργαστήριο. Τα οργανοειδή είναι πολύπλοκες τρισδιάστατες κυτταρικές δομές που αναπαράγουν σημαντικές πτυχές της δομής και της λειτουργίας ενός συγκεκριμένου οργάνου στο σώμα σου. Ενώ τα οργανοειδή δεν είναι εντελώς συνθετικά, λειτουργικά όργανα (ακόμα), εξακολουθούν να διαθέτουν τεράστιο πλεονέκτημα στο να μιμούνται βασικές πτυχές της φυσιολογίας και των ασθενειών στο εργαστήριο. Έτσι, δημιούργησαν τα οργανοειδή της καρδιάς, χρησιμοποιώντας έναν τύπο κυττάρου που ονομάζεται πολυδύναμο βλαστοκύτταρο. Αν και η χρήση αυτών των κυττάρων στην έρευνα ήταν αμφιλεγόμενη, επειδή αρχικά προέρχονταν από ανθρώπινα έμβρυα, αυτό δεν αποτελεί πλέον ανησυχία, καθώς μπορούν να παραχθούν από οποιονδήποτε ενήλικα. Τα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα έχουν τη δυνατότητα να γίνουν οποιοδήποτε είδος κυττάρου στο σώμα. Αυτό σημαίνει ότι κύτταρα από σχεδόν οποιοδήποτε μέρος του σώματός σου -συνήθως κύτταρα αίματος ή δέρματος- μπορούν να μετατραπούν σε δικά σου βλαστοκύτταρα προκειμένου να αναπτύξουν τη δική σου μίνι καρδιά.
Με τον χειρισμό της ικανότητας των πολυδύναμων βλαστοκυττάρων να γίνουν οποιοδήποτε είδος κυττάρου στο σώμα, καθοδηγούν αυτά τα κύτταρα να γίνουν καρδιακά κύτταρα. Τα κύτταρα είναι σε θέση να αυτοσυναρμολογηθούν, αναπαράγοντας τα κύρια στάδια της ανάπτυξης της ανθρώπινης καρδιάς κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης. Τα οργανοειδή της καρδιάς έχουν αιμοφόρα αγγεία και όλους τους τύπους κυττάρων που βρίσκονται στην ανθρώπινη καρδιά, όπως τα καρδιομυοκύτταρα και τα κύτταρα βηματοδότη, τα οποία τους δίνουν ένα πλεονέκτημα έναντι των δισδιάστατων κυτταρικών μοντέλων. Επιπλέον, η ηλεκτροφυσιολογία και η βιοενέργεια αυτών των οργανοειδών καρδιάς είναι παρόμοια με τις ανθρώπινες εμβρυϊκές καρδιές, κι όχι όπως στα ζωικά μοντέλα. Τα οργανοειδή της καρδιάς χτυπούν σαν μια μικροσκοπική καρδιά μωρού, ενώ όλα είναι μικρότερα από έναν κόκκο ρυζιού.
Ένας τομέας που διερευνούν με τα οργανοειδή της καρδιάς είναι η καρδιακή υγεία της μητέρας και του εμβρύου. Μητρικοί παράγοντες, όπως ο διαβήτης, η υπέρταση ή ακόμη και η κατάθλιψη, μπορούν να αυξήσουν τον κίνδυνο καρδιακής νόσου στα νεογνά. Η μελέτη καταστάσεων που αυξάνουν τον κίνδυνο συγγενούς καρδιοπάθειας μπορεί να αποτρέψει και να μειώσει τη συχνότητα εμφάνισης καρδιαγγειακών παθήσεων παγκοσμίως. Οπότε μπορούν να μιμηθούνε αυτά τα μητρικά περιβάλλοντα και να τα προσομοιώσουν ως προς το πώς επηρεάζουν την ανάπτυξη της εμβρυϊκής καρδιάς με οργανοειδή της καρδιάς. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνε οργανοειδή καρδιά για να δείξουν ότι ο διαβήτης, μια πολύ κοινή πάθηση, αυξάνει τον κίνδυνο καρδιακών παθήσεων στα έμβρυα. Σε σύγκριση με τα οργανοειδή της καρδιάς που δημιουργούνται σε υγιείς συνθήκες, οι μίνι καρδιές που εκτέθηκαν σε διαβητικές καταστάσεις ανέπτυξαν καρδιακές ανωμαλίες, όπως αυτές των ανθρώπινων εμβρύων και των νεογνών με διαβητική μυοκαρδιοπάθεια. Διάφορες μελέτες διαπίστωσαν ότι οι αναπτυξιακές ανωμαλίες της καρδιάς που σχετίζονται με τον διαβήτη πιθανότατα προκαλούνται από μια ανισορροπία των ωμέγα-3 λιπαρών οξέων, των δομικών στοιχείων των κυτταρικών μεμβρανών και των μορίων σηματοδότησης. Ωστόσο, η διατροφική συμπλήρωση ωμέγα-3 λιπαρών οξέων θα μπορούσε να αποκαταστήσει κάπως αυτήν την ανισορροπία και να αποτρέψει τα συγγενή καρδιακά ελαττώματα που προκαλούνται από τον διαβήτη.
Επίσης, τα φάρμακα που παίρνουν οι έγκυες μπορεί να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην υγεία τόσο στον γονέα όσο και στο έμβρυο. Τα φάρμακα που έχουν εγκριθεί για χρήση κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης δεν είναι πάντα ασφαλή, καθώς ο επαρκής έλεγχος είναι περίπλοκος. Οι ηθικές ανησυχίες περιορίζουν την εργασία με βιολογικό υλικό προερχόμενο από ανθρώπους, επομένως οι ερευνητές μελετούν ζωικά μοντέλα που δεν είναι σε θέση να αναπαράγουν αρκετά στενά την ανθρώπινη φυσιολογία. Η δοκιμή φαρμάκων σε οργανοειδή ανθρώπινης καρδιάς επιτρέπει στους ερευνητές να διερευνήσουν και να προβλέψουν καλύτερα πιθανές επιβλαβείς επιπτώσεις κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης. Ένα παράδειγμα: Η σεροτονίνη είναι ένα σημαντικό μόριο στην καρδιακή ανάπτυξη. Η μητρική σεροτονίνη, μαζί με τα αντικαταθλιπτικά, περνά εύκολα στο έμβρυο και μεταβάλλει τα επίπεδα σεροτονίνης στην αναπτυσσόμενη καρδιά. Στο μέλλον, σκοπεύουν να εκθέσουν τα οργανοειδή της καρδιάς σε αντικαταθλιπτικά και να μελετήσουν τις επιπτώσεις τους στη συχνότητα εμφάνισης συγγενών καρδιακών ελαττωμάτων. Τα αποτελέσματα μιας τέτοιας έρευνας σε οργανοειδή ανθρώπινης καρδιάς μπορεί να παρέχουν συστάσεις για αντικατάσταση ή επαναχρησιμοποίηση ενός φαρμάκου.
Επομένως, τα οργανοειδή της καρδιάς έχουν τη δυνατότητα να βοηθήσουν τους επιστήμονες να μελετήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια το πώς σχηματίζεται η ανθρώπινη καρδιά και πώς αναπτύσσει διάφορες ασθένειες. Ως εκ τούτου, στον τομέα της ιατρικής καινοτομίας, τα οργανοειδή ανθρώπινης καρδιάς που αναπτύσσονται από βλαστοκύτταρα αποτελούν την υπόσχεση για ένα πιο υγιές μέλλον - ο Επίκτητος έγραψε κάποτε πως «ει βούλει άλυπον βίον ζην, τα μέλλοντα συμβαίνειν ως ήδη συμβεβηκότα λογίζου», δηλαδή αν θες να ζεις χωρίς άγχος, να αντιμετωπίζεις τα μέλλοντα να συμβούν σαν να έχουν ήδη συμβεί.