Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка обнаружили, что генетическая мутация, вызывающая врожденный порок сердца, может также вызвать преждевременное повреждение почек. Об этом сообщает портал Medicalxpress. ком. Исследование, опубликованное 3 ноября в журнале Природные биомедицинские технологиидает новое понимание взаимосвязи между сердечно-сосудистыми и почечными заболеваниями, открывая перспективы для ранней диагностики и профилактики.
Совместное происхождение органов
Врожденный порок сердца (ВПС) является одной из наиболее частых причин детской смертности. На каждую тысячу новорожденных приходится примерно один случай неправильного формирования сердца еще до рождения. Это может привести к несостоятельности клапанов, дефектам сосудов и отверстиям в перегородке сердца. Несмотря на достижения медицины, многим детям с тяжелыми формами врожденных пороков сердца требуется хирургическое вмешательство или даже пересадка сердца. Более четверти больных испытывают поражение других органов, особенно почек, что значительно сокращает продолжительность жизни.
«Исследования показали, что дети с врожденным пороком сердца почти всегда имеют проблемы с почками к четырем годам», — сказала Самира Муса, доцент кафедры биомедицинской инженерии и медицины в Университете Дьюка и старший автор исследования.
По ее словам, близость путей развития сердца и почек заставила исследователей задуматься о том, могут ли эти патологии иметь общую генетическую причину.
Модели органов и технологии «орган-на-чипе»
Лаборатория Мусы была одной из первых, кто вырастил функциональную ткань почки из стволовых клеток. Эти эксперименты позволили создать так называемую модель «органа на чипе»: микросистему, имитирующую функционирование почек и других органов человека. Такие технологии особенно важны, поскольку современные методы диагностики часто не могут уловить тонкие изменения, происходящие в тканях на ранних стадиях развития.
Чтобы проверить гипотезу, Муса сотрудничал с Таршей Уорд, научным сотрудником лаборатории Кристины и Джонатана Сейдман в Гарвардской медицинской школе. Объединенная группа сосредоточилась на мутации гена SMAD2, который ранее был связан с формами сердечно-сосудистых заболеваний у детей и взрослых. Ученые предположили, что один и тот же ген может быть ответственен за аномалии почек.
«Существует острая необходимость в разработке моделей стволовых клеток человека, которые позволят проводить комплексные исследования врожденных заболеваний и проложат путь к персонализированной терапии», — сказал Уорд.
Он подчеркнул, что раннее выявление заболеваний сердца и почек может радикально изменить подход к лечению детей с врожденными пороками сердца.
От стволовых клеток к функциональным тканям
Исследователи создали индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки, несущие мутацию SMAD2, и направили их развитие на ткань почек. Используя технологию «орган-на-чипе», клетки подвергались моделируемому кровотоку и взаимодействовали с другими типами клеток. Это позволило наблюдать, как формируется структура почек при наличии мутации.
Результаты были показательными. Клетки с нарушенными генами были плохо организованы для формирования тканей, а анализ экспрессии генов и белков выявил значительные аномалии, которые влияли на развитие и функцию органов. Эти процессы происходили на самых ранних этапах формирования почечной ткани и затрагивали практически все типы клеток.
Особое внимание ученые уделили подоцитам — ключевым клеткам, ответственным за фильтрацию крови. Мутировавшие клетки нарушили связи и разветвления, что снизило способность тканей эффективно выполнять функции почек.
Первые экспериментальные доказательства раннего повреждения
«Это первое прямое экспериментальное доказательство того, что повреждение почек начинается на столь ранней стадии развития», — сказал Муса.
Результаты исследования не только укрепляют понимание тесной связи между пороками сердца и снижением функции почек, но и демонстрируют необходимость регулярного обследования пациентов с врожденными пороками сердца.
По словам Рохана Бхаттачарья, первого автора статьи и бывшего сотрудника лаборатории Мусы, снижение фильтрационной способности почек тесно связано с повышенным риском смерти у таких пациентов. Поэтому ранняя диагностика становится решающей.
Ученые подчеркивают, что такие исследования помогут построить систему превентивного контроля в будущем. Уже становится ясно, что уязвимость почек при врожденных пороках сердца не случайна; ее корни лежат в общих генетических механизмах развития органов.
Поиск решений и перспектив терапии
Дальнейшая работа лаборатории направлена на выявление биомаркеров, которые указывают на начинающееся повреждение почек задолго до появления клинических симптомов. Ученые также планируют изучить возможность стимуляции клеток для восстановления поврежденных тканей. Одним из направлений может быть модификация стволовых клеток, чтобы превратить их в подоциты – те самые клетки, которые фильтруют кровь.
Кроме того, исследователи рассматривают мутацию SMAD2 как потенциальную мишень для будущей генной терапии. В отдаленной перспективе это может позволить исправить генетические дефекты на эмбриональном уровне или в первые годы жизни ребенка.
Среди приоритетных направлений команда выделяет:
-
разработка чувствительных систем скрининга новорожденных;
-
разработка методов адресной генной коррекции;
-
моделирование процессов репарации клеток почек;
-
сотрудничество с врачами для внедрения результатов на практике.
Важность профилактики и раннего вмешательства
На этом этапе, по мнению исследователей, ключевую роль играют профилактика и своевременное вмешательство. Хирургическое вмешательство позволяет устранить многие формы врожденных пороков сердца, однако поражение почек остается необратимым.
«Если мы сможем разработать надежные методы раннего выявления людей, склонных к почечным осложнениям, мы сможем вмешаться раньше», — объясняет Муса.
По ее словам, сохранить функцию органа или остановить прогрессирование заболевания гораздо проще, чем пытаться восстановить уже поврежденные ткани.
Исследование команды Университета Дьюка открывает новый путь к пониманию взаимосвязанных механизмов развития органов и подчеркивает важность рассмотрения тела как единой системы. Генетическая мутация, поражающая сердце, может дать подсказку о том, как формируются другие жизненно важные органы.
.jpg)
.png)
