Un nuevo estudio publicado en la revista Nature revela un avance significativo en nuestra comprensión de la formación y el funcionamiento del corazón humano, lo que podría ayudar a entender las enfermedades cardíacas que aparecen durante el desarrollo de un feto (congénitas).
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A pesar de ser el primer órgano que se forma durante el desarrollo embrionario, hasta la fecha no se han definido completamente los tipos de células que crean el corazón humano y, lo que es más importante, cómo interactúan y se organizan para formar y mantener estructuras cardíacas funcionales.
En el nuevo estudio dirigido por investigadores de la Universidad de California en Estados Unidos, los científicos utilizaron técnicas de vanguardia, basados en material genético e imágenes, para revelar las complejas interacciones celulares que forman el corazón.
Primero, el equipo realizó una secuencia de ARN, el material genético encargado de sintetizar las proteínas, de más de 142 000 células individuales recolectadas de corazones humanos donados. Las muestras cardíacas tenían 9 y 16 semanas de desarrollo cuando los científicos diseccionaron sus partes.
Además utilizaron un método de obtención de imágenes llamado hibridación fluorescente in situ resistente a errores multiplexados (MERFISH), un método capaz de medir simultáneamente el número de copias y la distribución espacial de cientos a miles de especies de ARN en cada célula individual.
Con esto, se identificaron 12 clases principales de células, que a su vez se subdivieron en 39 poblaciones y 75 subpoblaciones distintas.
Los resultados revelan una notable diversidad celular en el corazón en desarrollo. Las células exhiben diferencias tanto en su ubicación anatómica como en su etapa de desarrollo, dice el artículo.
El análisis también reveló una amplia gama de linajes celulares que se organizan en comunidades celulares para crear estructuras distintas del corazón humano, incluidas poblaciones de células cardíacas no observadas previamente.
«En general, nuestros hallazgos proporcionan un atlas de células cardíacas de alta resolución que detalla las interacciones entre distintos tipos de células que se especializan y organizan en estructuras que son cruciales para mantener la función cardíaca», escribieron los autores.
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De acuerdo con los datos, se observó que los cardiomiocitos, las células musculares del corazón, representaban la mayoría de las células identificadas. Estos cardiomiocitos no solo mostraron distribuciones regionales específicas, sino que también exhibieron variaciones estructurales dentro de las diferentes regiones del corazón. Por ejemplo, los cardiomiocitos ventriculares mostraron una mayor complejidad celular y se subdividieron en aquellos que ocupaban específicamente no sólo el ventrículo izquierdo y el ventrículo derecho, sino también dentro de sus capas externa e interna.
Además de los cardiomiocitos, las imágenes MERFISH revelaron la presencia de una variedad de células no cardiomiocíticas, como fibroblastos (células que conectan o soportan a otras células) y células relacionadas con los vasos sanguíneos, que contribuyen a la estructura y función del corazón en desarrollo. Estas células se distribuyeron de manera específica dentro de las diferentes regiones del corazón, sugiriendo una organización altamente coordinada para crear las distintas estructuras cardíacas.
Por ejemplo, el equipo observó distintos fibroblastos que poblaban específicamente las aurículas o los ventrículos; mientras que las células relacionadas con los vasos sanguíneos se distribuyeron por todo el ventrículo, pero hubo menos dentro de las aurículas, lo que sugiere que las aurículas pueden estar menos vascularizadas (poca vasos sanguíneos), lo que puede deberse a sus paredes más delgadas.
En otro hallazgo del estudio, se identificaron distintas comunidades celulares dentro del corazón en desarrollo, aproximadamente 250 000 zonas celulares que se agruparon en 13 comunidades distintas según la composición celular. Algunas comunidades contenían sólo una o dos poblaciones de células, mientras que otras comprenden más de diez poblaciones distintas. La cámara ventricular, por ejemplo, exhibió una mayor complejidad en comparación con la cámara auricular.
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El análisis revela a alta resolución celular cómo diversas células cardíacas, incluidas aquellas que están ampliamente presentes o más especializadas que se ensamblan en comunidades celulares para formar el corazón. Estas comunidades no solo mostraron combinaciones distintas en complejidad celular, sino también células cardíacas distintas que se enriquecen en comunidades específicas, lo que respalda la idea de que las células cardíacas pueden adoptar una especialización celular en función de su entorno y función en cada comunidad o estructura cardíaca.
En general, el estudio ofrece el atlas celular más completo de un corazón en sus primeras etapas de formación, y «ofrece información sobre las interacciones sociales detalladas entre distintos tipos de células que se especializan y organizan en estructuras cardíacas cruciales para mantener la función del corazón» concluyen los autores.
Una información que puede ser utilizada en el futuro no sólo para comprender las enfermedades, sino también para diseñar tejidos cardíacos complejos para la reparación del corazón, y abrir nuevas vías para la medicina regenerativa.
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