El atlas más completo del corazón humano desvela sus secretos más ocultos

El equipo ha analizado casi medio millón de células individuales para diseñar el atlas celular más extenso del corazón humano hasta la fecha. El atlas muestra la enorme diversidad de células y revela los tipos de células del músculo cardíaco, las células inmunitarias protectoras del corazón y una intrincada red de vasos sanguíneos. También predice cómo se comunican las células para mantener el corazón funcionando .

La investigación es parte de la iniciativa Human Cell Atlas . El nuevo conocimiento molecular y celular del corazón permitirá una mejor comprensión de las enfermedades cardíacas y guiar el desarrollo de tratamientos individualizados. El trabajo también prepara el escenario para las terapias basadas en la medicina regenerativa en el futuro.

Según explica Carlos Talavera-López, del Instituto Wellcome Sanger, «este el primer estudio a gran escala que analiza seis regiones cardíacas en humanos. Esto servirá como referencia del comportamiento celular y provee una recurso incalculable para aplicar técnicas sofisticadas de inteligencia artificial para estudiar como se producen los cambios en la enfermedad cardiovascular».

Cada día, el corazón late alrededor de 100.000 veces con un flujo unidireccional a través de cuatro cámaras diferentes, variando la velocidad con el descanso, el ejercicio y el estrés. Cada latido requiere una sincronización exquisitamente compleja, pero perfecta, entre varias células en diferentes partes del corazón. Cuando esta compleja coordinación falla, puede producir una enfermedad cardiovascular, la principal causa de muerte en todo el mundo, matando a aproximadamente 17,9 millones de personas cada año.

Para comprender qué es lo que va mal en distintas de enfermedades cardíacas, «primero debemos saber qué es normal», asegura la autora del trabajo, Christine Seidman, del Instituto Médico Howard Hughes .

Las células cardíacas son especialmente difíciles de estudiar. A diferencia de algunas células cancerosas y otros tejidos, no hay células cardíacas que puedan cultivarse indefinidamente en el laboratorio y estudiarse. Eso hace que gran parte de la investigación cardíaca se realiza con ratones, cuyos corazones son bastante diferentes a los de los corazones humanos.

Además, es muy complejo trabajar con corazones humanos sanos, ya que la mayoría se utilizan en trasplantes. En esta ocasión, el equipo tuvo la ‘ fortuna ' de disponer de esos casos inusuales en los que los corazones sanos han sido rechazados para trasplantes y han podido congelarse para su uso en la investigación.

En una primera fase, los investigadores emplearon un método de secuenciación de alto rendimiento para definir las características individuales de cada célula del corazón. A continuación, mapearon dichas células en seis regiones de 14 corazones humanos, siete de hombres y siete de mujeres.

Además, analizaron los niveles de ARN de las células del corazón utilizando marcadores fluorescentes para obtener detalles moleculares de su función.

Los investigadores escriben que identificar no solo dónde están las células, sino qué proteínas están produciendo, será de gran ayuda para la investigación. Por ejemplo, al comparar las células de los corazones enfermos con las de los corazones sanos utilizando el atlas, se podrían identificar diferencias y diseñar a nuevas terapias para las enfermedades cardíacas.

Este trabajo, señala Vicente Andrés, del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), «aporta un detalle sin precedentes sobre los patrones de expresión génica en tipos de células abundantes en el corazón, cómo interaccionan entre ellas, y cómo estos parámetros difieren en diferentes zonas del corazón humano».

«El estudio de la comunicación de las células del corazón es importante para entender como estás células se coordinan para mantener al corazón trabajando, y nos da pistas para entender qué pasa en la enfermedad», explica Talavera.

Lo mismo piensa Andrés. «Es fundamental. Pensemos en el motor de un automóvil, compuesto de múltiples piezas (células) que deben 'comunicarse' perfectamente para un buen funcionamiento. Si por ejemplo, un componente eléctrico del motor se estropea, la comunicación falla y el motor no funciona o funciona mal».

Con el corazón pasa lo mismo, explica. «Cuando la comunicación entre células no funciona, se ven afectadas otras células y causa una disfunción en el corazón. Para evitar esto, o corregirlo, hay que entender bien cómo se comunican las células del corazón».

«Esta es la primera vez que alguien observa las células individuales del corazón humano a esta escala», asegura Norbert Hübner, del Centro Max Delbrück. Y añade: «el conocimiento de la gama completa de células cardíacas y su actividad genética es una necesidad fundamental para comprender cómo funciona el corazón y comenzar a desentrañar cómo responde al estrés y la enfermedad».

Aunque los investigadores estudiaron un grupo relativamente pequeño de corazones, el atlas revela algunas sorpresas biológicas al desvelar diversidad celular previamente desconocida en varias partes del corazón.

También mostró diferencias entre los corazones sanos de hombres y mujeres; las mujeres tenían una mayor proporción de células del músculo cardíaco, llamadas cardiomiocitos, que los hombres. Una información intrigante, porque « esas células podrían contener pistas sobre las diferencias en las enfermedades cardíacas entre los sexos », dice Seidman.

Pero lo realmente sorprendente, comenta Hugh Watkins de la Universidad de Oxford «en la gran heterogeneidad, en términos de los diversos tipos de células que ahora sabemos que componen el tejido del corazón humano y en cuanto a las diferencias regionales dentro del corazón». La información, apunta Watkins, indica el corazón es un órgano mucho más complicado de lo que muchos podrían haber imaginado .

Los investigadores también se enfocaron en comprender la reparación cardíaca, observar cómo las células inmunes interactúan y se comunican con otras células en el corazón sano y en qué se diferencia del músculo-esquelético.

Para Vicente Andrés, «este Atlas del corazón sano es un punto de partida para en un futuro poder compararlo, por ejemplo con el del corazón que ha sufrido un infarto, o con el de órganos con mayor capacidad de autorregeneración. El conocimiento de los cambios de expresión génica y comunicación intercelular que se identifiquen en estos estudios pueden ayudar a desarrollar nuevas terapias de regeneración cardíaca basadas por ejemplo en la reprogramación de las células del corazón».

«Todavía no es posible inducir que las células cardíacas humanas se reparen -reconoce Talavera-, pero esperamos que nuestro estudio porporcione a los investigadores información para diseñar terapias más específicas y avanzadas en el futuro».

Y concluye: «Ahora que empezamos a entender la composición celular del corazón humano, el próximo paso es proyectar el comportamiento celular directamente en tejido sano y compararlo con los cambios celulares que ocurren en enfermedad».

La investigación futura servirá para dilucidar si se puede inducir a las células del corazón a repararse a sí mismas.