Ген, который ломает сердце, оказался виновником ещё одной беды — никто такого не ожидал

Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка установили, что генетическая мутация, вызывающая врожденный порок сердца, способна провоцировать и раннее повреждение почек. Об этом сообщает портал medicalxpress. com. Исследование, опубликованное 3 ноября в журнале Nature Biomedical Engineering, предлагает новое понимание связи между сердечно-сосудистыми и почечными нарушениями, открывая перспективы для ранней диагностики и профилактики.

Совместное происхождение органов

Врожденный порок сердца (ВПС) — одна из самых частых причин детской смертности. На каждую тысячу новорождённых приходится примерно один случай, когда сердце формируется неправильно ещё до рождения. Это может привести к негерметичности клапанов, дефектам сосудов и отверстиям в сердечных перегородках. Несмотря на достижения медицины, многие дети с тяжелыми формами ВПС нуждаются в хирургических операциях или даже трансплантации сердца. Более четверти пациентов при этом сталкиваются с поражением других органов, прежде всего почек, что значительно сокращает продолжительность жизни.

"Исследования показали, что дети с диагнозом ВПС почти всегда имеют проблемы с почками к четырём годам", — рассказала Самира Муса, доцент биомедицинской инженерии и медицины Университета Дьюка, старший автор работы.

По её словам, близость путей развития сердца и почек заставила исследователей задуматься: не лежит ли в основе этих патологий общая генетическая причина.

Модели органов и технологии "орган на чипе"

Лаборатория Мусы стала одной из первых, кто смог вырастить функциональную почечную ткань из стволовых клеток. Эти эксперименты позволили создать так называемую модель "органа на чипе" — микросистему, имитирующую работу почек и других органов человека. Подобные технологии особенно важны, поскольку современные диагностические методы часто не способны уловить минимальные изменения, происходящие в тканях на ранних этапах развития.

Для проверки гипотезы Муса объединила усилия с Таршей Уорд, научным сотрудником лабораторий Кристины и Джонатана Сейдманов из Гарвардской медицинской школы. Совместная команда сосредоточилась на мутации гена SMAD2, ранее связанного с детскими и взрослыми формами сердечных заболеваний. Учёные предположили, что этот же ген может быть ответственен и за дефекты в почках.

"Существует острая необходимость в создании моделей стволовых клеток человека, которые позволят комплексно изучать врожденные заболевания и прокладывать путь к персонализированной терапии", — отметил Уорд.

Он подчеркнул, что раннее выявление нарушений сердца и почек может радикально изменить подход к лечению детей с ВПС.

От стволовых клеток к функциональным тканям

Исследователи создали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека, несущие мутацию SMAD2, и направили их развитие в сторону почечной ткани. С помощью технологии "орган на чипе" клетки подвергались имитации кровотока и взаимодействовали с другими типами клеток. Это позволило наблюдать, как формируется структура почек при наличии мутации.

Результаты оказались показательными. Клетки с нарушением гена плохо организовывались при формировании тканей, а анализ экспрессии генов и белков выявил значительные отклонения, влияющие на развитие и функции органов. Эти процессы происходили на самых ранних стадиях формирования почечной ткани, затрагивая почти все типы клеток.

Особое внимание учёные обратили на подоциты — ключевые клетки, отвечающие за фильтрацию крови. У мутантных клеток нарушались связи и ветвление, что снижало способность тканей эффективно выполнять функции почек.

Первое экспериментальное доказательство раннего повреждения

"Это первое прямое экспериментальное доказательство того, что повреждение почек начинается на столь ранних стадиях развития", — отметила Муса.

Результаты исследования не только укрепляют представление о тесной связи между пороками сердца и нарушениями функции почек, но и демонстрируют необходимость регулярного скрининга у пациентов с ВПС.

По словам Рохана Бхаттачарьи, первого автора статьи и бывшего сотрудника лаборатории Мусы, снижение фильтрационной способности почек тесно связано с повышенным риском летального исхода у таких пациентов. Поэтому ранняя диагностика становится жизненно важной.

Учёные подчеркивают, что в будущем подобные исследования помогут выстроить систему профилактического контроля. Уже сейчас становится очевидно, что уязвимость почек при ВПС не случайна — её корни лежат в общих генетических механизмах развития органов.

Поиск решений и перспективы терапии

Дальнейшие работы лаборатории направлены на выявление биомаркеров, указывающих на начинающееся повреждение почек задолго до появления клинических симптомов. Учёные также планируют изучить возможность стимуляции клеток, чтобы те восстанавливали повреждённые ткани. Одним из направлений станет изменение стволовых клеток с целью их превращения в подоциты — те самые клетки, которые обеспечивают фильтрацию крови.

Кроме того, исследователи рассматривают мутацию SMAD2 как потенциальную мишень для будущей генной терапии. В долгосрочной перспективе это может позволить корректировать генетические дефекты ещё на эмбриональном уровне или в первые годы жизни ребёнка.

Среди приоритетных направлений команда выделяет:

• создание чувствительных систем скрининга для новорождённых;

• разработку методов точечной генной коррекции;

• моделирование процессов восстановления почечных клеток;

• сотрудничество с клиницистами для внедрения результатов в практику.

Важность профилактики и раннего вмешательства

На данном этапе, по признанию исследователей, ключевую роль играют профилактика и своевременное вмешательство. Возможности хирургии позволяют устранять многие формы ВПС, но повреждение почек пока остаётся необратимым.

"Если мы сможем разработать надёжные методы для раннего выявления тех, кто восприимчив к почечным осложнениям, мы сможем вмешаться раньше", — пояснила Муса.

По её словам, сохранить функцию органа или остановить прогресс болезни гораздо проще, чем пытаться восстановить уже повреждённую ткань.

Исследование команды из Университета Дьюка открывает новый путь к пониманию взаимосвязанных механизмов развития органов и подчёркивает, насколько важно рассматривать организм как единую систему. Генетическая мутация, поражающая сердце, может стать ключом к разгадке того, как формируются и другие жизненно важные органы.