Tak jak inne organy naszego ciała, serce jest kontrolowane przez autonomiczny układ nerwowy i mózg. Niemniej, posiada ono pewne zabezpieczenie w postaci własnego „małego mózgu” zwanego wewnątrzsercowym układem nerwowym. Ten integruje i reguluje informacje przekazywane między sercem a autonomicznym układem nerwowym. Jego prawidłowe działanie jest kluczowe dla odpowiedniego zdrowia serca, ale niestety wciąż nie jest do końca jasne, w jaki sposób ów układ spełnia swoje rolę. To dlatego, że organizacja jego neuronów nie jest dobrze poznana, a przynajmniej nie była dobrze poznana do teraz. Uczeni z Uniwersytetu Thomasa Jeffersona przeprowadzili bowiem w tej kwestii przełomowe badania, które pozwoliły na stworzenie pierwszej trójwymiarowej mapy serca przedstawiającej wewnątrzsercowy układ nerwowy.
Wewnątrzsercowy układ nerwowy składa się w sercu z całej sieci neuronów, ale dotychczas nie było wiadomo, gdzie dokładnie te neurony były zlokalizowane, jak były ze sobą połączone i jakie są ich cząsteczkowe właściwości. Aby ten problem rozwiązać, badacze z Uniwersytetu Thomasa Jeffersona postanowili wziąć na warsztat serce szczura.
„W efekcie stworzyliśmy pierwszą kompleksową mapę układu nerwowego serca, do której inni badacze mogą odwoływać się w celu uzyskania odpowiedzi na pytania o funkcji, fizjologii i połączeń różnych neuronów wewnątrzsercowego układu nerwowego.”, powiedział doktor Raj Vadigepalli, jeden z autorów mapy. „Jedynym innym narządem, które otrzymało tak szczegółową mapę 3D, jest mózg.”
Trójwymiarowa mapa serca szczura. Neurony wewnątrzsercowego układu nerwowego są zaznaczone na żółto. | Źródło: S. Achanta et al. A Comprehensive Integrated Anatomical and Molecular Atlas of Rat Intrinsic Cardiac Nervous System. iScience 2020.
Czegoś takiego jeszcze nie było
Aby stworzyć mapę, uczeni zastosowali jednocześnie dwa podejścia. W ramach pierwszego wykorzystano nowatorską technikę obrazowania KSEM (Knife-Edge Scanning Microscopy). Z jej pomocą wykonano aż 750 tysięcy fotografii struktur tkankowych serca, które złożono w pojedynczy trójwymiarowy atlas. Drugie podejście polegało na użyciu techniki zwanej Laserowym Pozyskiwaniem Mikroskrawków (LCM). Ta pozwoliła uczonym pobrać próbki neuronów serca, by następnie dokonać analizy ekspresji ich genów i dokładnie określić lokalizację każdego z neuronów wewnątrz organu.
„Ponieważ nikt wcześniej czegoś takiego nie robił, na bieżąco rozwiązywaliśmy jakiekolwiek napotkane problemy związane z protokołem.”, stwierdziła Sirisha Achanta, współautorka mapy.
Informatywna wizualizacja
Trójwymiarowa mapa pokazała, że neurony wewnątrzsercowego układu nerwowego są zlokalizowane głównie w górnej części serca, w pobliżu ujść żył i tętnic. Potwierdzono też jednak, że można odnaleźć je również w pobliżu węzła zatokowo-przedsionkowego.
„Wiemy, że węzeł zatokowo-przedsionkowy jest ważny w regulowaniu tętna.”, dodał kolejny autor mapy, doktor Jonathan Gorky. „Spodziewaliśmy się, że ujrzymy wokół niego neurony [wewnątrzsercowego układu nerwowego], ale do teraz nie byliśmy pewni, że są tam zlokalizowane.”
Co ciekawe, badacze zauważyli, że struktura wewnątrzsercowego układu nerwowego jest nieco inna u szczurów płci męskiej i żeńskiej. To może wyjaśniać różnice w przebiegu chorób serca u kobiet i mężczyzn.
Plany na przyszłość
Oczywiście, mapa przedstawia serce szczura i póki co na razie można tylko zgadywać, jak bardzo wewnątrzsercowy układ nerwowy szczura przypomina wewnątrzsercowy układ nerwowy człowieka. Niemniej, badacze już tworzą trójwymiarową mapę serca świni, które jest bardziej zbliżone pod względem budowy do serca ludzkiego. Poza tym, uczeni mają nadzieję, że w przyszłości uda im się opracować mapę serca człowieka – zarówno zdrowego, jak i chorego. Taka mapa może wiele wnieść do świata kardiologii i neurologii.
Źródło: Uniwersytet Thomasa Jeffersona