El sagrado Santo Grial para pacientes con ataque cardíaco ha sido un método para regenerar tejido nuevo sano, pero los componentes básicos necesarios para remodelar un corazón lesionado han estado escondidos, hasta ahora.
Los científicos de la Universidad de Texas Southwestern han descubierto los mecanismos moleculares subyacentes a la regeneración del corazón en los únicos mamíferos que actualmente se sabe que vuelven a crecer una parte significativa de sus corazones después de la lesión: los ratones neonatales.
Estos recién nacidos han guardado durante mucho tiempo el secreto para regenerar aproximadamente el 15 por ciento de su tejido ventricular, una capacidad que ocurre dentro de una ventana fugaz de aproximadamente siete días después del nacimiento. Una vez que se cierra esa ventana, las células cardíacas maduran y los ratones pierden para siempre la capacidad de regenerar las regiones lesionadas de sus corazones.
La investigación está en marcha en el Centro Hamon de Ciencia y Medicina Regenerativa de la universidad, donde los científicos ya han realizado una serie de descubrimientos innovadores sobre la regeneración cardíaca. Trabajando en colaboración con otro equipo de EE. UU., Los investigadores de Texas en 2011 fueron los primeros en el mundo en anunciar que los animales son capaces de regenerar una cantidad significativa de tejido cardíaco. Los minúsculos ratones reinician sus corazones regenerando nuevos cardiomiocitos, células responsables de las potentes fuerzas contráctiles del órgano sano.
Ahora, en un nuevo desarrollo, los científicos han identificado genes, sus productos proteicos y una cascada de células, incluidos los macrófagos del sistema inmune, involucrados en el proceso de regeneración. El avance puede proporcionar la receta para ayudar a los corazones humanos enfermos algún día, dicen los miembros del equipo.
«Nuestro trabajo proporciona un modelo molecular detallado de la regeneración del corazón del ratón neonatal, y representa un recurso rico para la identificación de genes que pueden facilitar la reparación cardíaca frente a la lesión», dijo Zhaoning Wang, autor principal de un informe sobre la última investigación del equipo. publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
La investigación es importante, dijo Wang, debido a las implicaciones para posibles aplicaciones en humanos.
La enfermedad cardíaca es la principal causa de muerte en todo el mundo, y una vez dañadas, las células contráctiles no se regeneran. En un ataque cardíaco, un corazón humano adulto puede perder hasta mil millones de cardiomiocitos porque las células no proliferan, lo que significa que no se reponen. La pérdida de cardiomiocitos conduce a una disminución de la contractilidad del corazón, la formación de cicatrices y la insuficiencia cardíaca, dijo Wang.
Por el contrario, el corazón del ratón neonatal puede regenerar eficientemente el tejido sano, permitiendo que el órgano funcione eficientemente después. Los animales pierden la capacidad después de la primera semana de vida porque los componentes regenerativos «experimentan una maduración estructural y funcional», dijo Wang.
«El corazón neonatal experimenta un rápido desarrollo durante la primera semana después del nacimiento, la ventana del tiempo de regeneración», dijo Wang, investigador en el laboratorio del Dr. Eric Olson.
«Mostramos que dentro de este intervalo de tiempo, los genes involucrados en el desarrollo del corazón están activos, pero se atenúan rápidamente cuando el corazón sale de este intervalo de tiempo. Esto sugiere que el corazón neonatal aprovecha este programa genético transitorio del desarrollo durante la regeneración del corazón», dijo. .
En otras palabras, un corazón de ratón lesionado dentro del marco dorado de los primeros días de la vida puede regenerar el tejido cardíaco porque los animales aún retienen «un programa de genes cardiogénicos embrionarios», que sale irremediablemente después de siete días.
Aunque los huesos rotos se pueden reparar y la piel, el cabello y millones de células se reemplazan constantemente, ningún órgano humano que no sea el hígado puede regenerarse. Fuera de esa capacidad, otra forma notable de regeneración entre los humanos es la capacidad de algunos niños muy pequeños que vuelven a crecer la punta de un dedo si la uña permanece intacta después de la lesión. Otras especies también poseen poderes dramáticos de regeneración: los tiburones reemplazan constantemente sus dientes asesinos; las arañas pueden reemplazar una pata perdida, y los lagartos reproducen la mayor parte o la totalidad de una cola cortada. La salamandra mexicana, conocida como axolotl, puede regenerar espectacularmente las extremidades y los órganos.
Wang y sus colegas han desarrollado uno de los catálogos de datos más profundos sobre la regeneración de un corazón de mamífero, aunque el pequeño órgano de un ratón neonatal. En su investigación, profundizaron en el estudio del transcriptoma del animal, el total de todos los ARN mensajeros en el genoma del ratón. También analizaron histonas, proteínas que se encuentran en el núcleo de las células eucariotas que ayudan en el empaquetamiento del ADN.
«El transcriptoma del corazón neonatal es la colección completa de ARNm», dijo Wang. «Estos ARNm transportan información genética del ADN a la síntesis directa de proteínas. Al estudiar el transcriptoma podemos identificar directamente los genes que se expresan durante la regeneración del corazón».
«Las histonas son proteínas que se asocian con el ADN para formar cromatina», agregó, refiriéndose al material biológico que forma los cromosomas. Las histonas, como los transcriptomos, dijo, influyen en el medio molecular involucrado en la regeneración de un corazón lesionado.
Wang y su equipo hicieron descubrimientos adicionales al comparar corazones de ratones regenerativos y no regenerativos durante un período de siete días. Encontraron que los corazones regenerativos que sufrieron lesiones desarrollaron una respuesta inmune única.
Lo más destacado fue la liberación de un factor denominado CcL24, liberado por los macrófagos, que promueve la regeneración. También presente durante la regeneración está la proteína de unión a ARN, Igf2bp3.
«Hemos identificado CcL24 e Igfbp3 como reguladores previamente no caracterizados de la proliferación de cardiomiocitos, que pueden tener implicaciones terapéuticas potenciales», dijo Wang.
«Al proporcionar este recurso al campo, esperamos que pueda avanzar … el conocimiento de los mecanismos de regeneración cardíaca neonatal y conducir a la identificación de más objetivos terapéuticos para las enfermedades cardíacas humanas», dijo.
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