Un ataque cardíaco dejará una cicatriz permanente en el corazón humano; sin embargo, otros animales, incluidos algunos peces y anfibios, pueden limpiar el tejido cicatricial cardíaco y regenerar el músculo dañado en la edad adulta.
Los científicos han tratado de descubrir cómo funciona el poder especial con la esperanza de avanzar en los tratamientos médicos para pacientes cardíacos humanos, pero las grandes diferencias fisiológicas entre peces y mamíferos dificultan esas investigaciones.
Entonces, los biólogos de la Universidad de Utah, dirigidos por el profesor asistente Jamie Gagnon, abordaron el problema comparando dos especies de peces:el pez cebra, que puede regenerar su corazón, y el medaka, que no puede.
El equipo identificó algunas explicaciones posibles, en su mayoría asociadas con el sistema inmunológico, de cómo el pez cebra repara el tejido cardíaco, según una investigación publicada en Biology Open. .
"Pensamos que al comparar estos dos peces que tienen una morfología cardíaca similar y viven en hábitats similares, podríamos tener más posibilidades de encontrar realmente cuáles son las principales diferencias", dijo Clayton Carey, investigador postdoctoral en el laboratorio de Gagnon y autor principal del estudio. el nuevo estudio.
El equipo de Gagnon no pudo resolver el misterio (todavía), pero su estudio arrojó nueva luz sobre los mecanismos moleculares y celulares que intervienen en la regeneración del corazón del pez cebra.
"Nos dijo que estos dos corazones que parecen muy similares son en realidad muy diferentes", dijo Gagnon.
Ambos miembros de la familia teleósteos de peces con aletas radiadas, el pez cebra (Danio rerio) y el medaka (Oryzias latipes), descienden de un ancestro común que vivió hace millones de años. Ambos miden aproximadamente 1,5 pulgadas de largo, habitan en agua dulce y están equipados con corazones de dos cámaras. Los medaka son nativos de Japón y el pez cebra es nativo de la cuenca del río Ganges.
Según el estudio, la existencia de peces no regenerados presenta una oportunidad para contrastar las diferentes respuestas a las lesiones para identificar las características celulares exclusivas de las especies en regeneración. Gagnon sospecha que la regeneración del corazón es un rasgo ancestral común a todos los teleósteos.
Comprender el camino evolutivo que condujo a la pérdida de esta capacidad en algunas especies de teleósteos podría ofrecer información paralela sobre por qué los mamíferos no pueden regenerarse cuando son adultos.
Con sus distintivas rayas horizontales, el pez cebra ha sido popular durante mucho tiempo como mascota en los Estados Unidos. En la década de 1970, los biólogos adoptaron el pez cebra como organismo modelo para estudiar el desarrollo embrionario de los vertebrados.
A los científicos les gusta el pez cebra porque pueden propagarse por miles rápidamente en los laboratorios, son fáciles de estudiar y han demostrado ser extremadamente resistentes.
Choque de frío en el corazón
Para llevar a cabo sus experimentos, el laboratorio de Gagnon utilizó un dispositivo llamado criosonda para dañar los corazones de los peces de manera que imitan los ataques cardíacos en humanos, luego extrajeron los corazones después de ciertos períodos de tiempo para aprender cómo las dos especies respondieron de manera diferente.
Carey hizo la criosonda a partir de un trozo de alambre de cobre, que se enfrió en nitrógeno líquido a aproximadamente -170 grados Celsius. Los miembros del equipo hicieron pequeñas incisiones en el vientre de los peces para exponer sus corazones y luego aplicaron la sonda durante 23 segundos en el borde del corazón.
En el 95% de los casos, los peces sobrevivieron al procedimiento, aunque no por mucho tiempo. Después de tres o 14 días, se extrajeron sus corazones y se disolvieron en una solución unicelular, que luego se sometió a secuenciación de ARN en busca de marcadores que indicaran cómo respondieron los peces a la lesión.
"El pez cebra tiene esta respuesta inmune que es típica de lo que se puede ver durante una infección viral, llamada respuesta de interferón", dijo Carey. "Esa respuesta está completamente ausente en medaka."
El estudio documentó diferencias en el reclutamiento y el comportamiento de las células inmunitarias, la señalización de las células epicárdicas y endoteliales y alteraciones en la estructura y composición del corazón. Por ejemplo, los medaka carecen de cierto tipo de células musculares que están presentes en el pez cebra.
"Mi corazonada es que el ancestro de todos los animales podía regenerar su corazón después de una lesión, y eso se ha perdido repetidamente en diferentes tipos de animales", dijo Gagnon. "Me gustaría entender por qué. ¿Por qué perderías esta gran característica que te permite regenerar tu corazón después de una lesión?"
El estudio indica que la capacidad del pez cebra para regenerarse tiene algo que ver con su sistema inmunológico, pero comprender exactamente cómo se necesitaría más investigación. Por ejemplo, muchos más macrófagos, células inmunes especializadas, migraron al sitio de la herida en el pez cebra que en el medaka.
A diferencia del medaka, el pez cebra forma una cicatriz transitoria que no se calcifica formando tejido rígido.
"Lo que importa es lo que hagas con esa cicatriz", dijo Gagnon. "Creemos que la respuesta del interferón hace que estas células macrófagas especializadas entren en el sitio de la herida y comiencen a promover el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos".
Con el tiempo, nuevos músculos reemplazan el tejido cardíaco dañado y el corazón sana.
"Cuanto más aprendamos sobre cómo los animales pueden regenerar tejidos, cómo esas características se han perdido en nosotros y en otros animales, eso nos ayudará a pensar en nuestras limitaciones y cómo podríamos diseñar estrategias que nos ayuden a superarlas", dijo Gagnon. /P>
"Nuestra esperanza es que construyamos esta base de conocimiento en animales que sean realmente accesibles y que puedan estudiarse con increíble detalle, luego usemos ese conocimiento para generar experimentos más enfocados en mamíferos, y quizás algún día en pacientes humanos".
Más información: Clayton M. Carey et al, Características distintivas del corazón en regeneración descubiertas mediante perfiles comparativos unicelulares, Biology Open (2024). DOI:10.1242/bio.060156
Proporcionado por la Universidad de Utah
