Los investigadores han elaborado el Atlas de Células Cardíacas humanas más detallado y completo hasta la fecha, incluyendo el tejido especializado del sistema de conducción cardíaco, donde se origina el latido del corazón, que proporciona nuevos conocimientos sobre la salud y la enfermedad cardiacas, según publican en la revista ´Nature´.

El equipo multicéntrico está dirigido por el Instituto Wellcome Sanger y el Instituto Nacional del Corazón y los Pulmones del Imperial College de Londres, en Reino Unido, y también ha presentado una nueva herramienta computacional de adaptación de fármacos llamada Drug2cell, que puede proporcionar información sobre los efectos de los fármacos en el ritmo cardíaco.

Este estudio forma parte de la iniciativa internacional Human Cell Atlas (HCA), que está cartografiando todos los tipos celulares del cuerpo humano para transformar nuestra comprensión de la salud y la enfermedad, y constituirá la base de un Atlas de Células Cardíacas Humanas HCA plenamente integrado.

El trabajo, que representa ocho regiones del corazón humano, describe 75 estados celulares diferentes, incluidas las células del sistema de conducción cardiaca -el grupo de células responsables de los latidos del corazón-, que hasta ahora no se conocían con tanto detalle en el ser humano. El sistema de conducción cardiaca humana, el "cableado" del corazón, envía impulsos eléctricos de la parte superior a la inferior del corazón y coordina los latidos.

Gracias a la transcriptómica espacial, que proporciona un "mapa" de la ubicación de las células en un tejido, los investigadores también pudieron comprender por primera vez cómo se comunican entre sí. Este mapa actúa como una guía molecular, mostrando el aspecto de las células sanas y proporcionando una referencia crucial para entender lo que falla en las enfermedades. Los hallazgos ayudarán a comprender enfermedades como las que afectan al ritmo cardiaco.

La creación de un atlas de células cardiacas humanas es fundamental, ya que las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en el mundo. Comprender la biología de las células del sistema de conducción y sus diferencias con las células musculares allana el camino a terapias que mejoren la salud cardiaca y desarrollen tratamientos específicos para las arritmias.

El equipo también presenta una nueva herramienta computacional llamada Drug2cell, que puede predecir dianas farmacológicas y efectos secundarios de los fármacos. Aprovecha los perfiles unicelulares y los 19 millones de interacciones fármaco-objetivo de la base de datos ChEMBL de EMBL-EBI.

En contra de lo esperado, esta herramienta identificó que las células marcapasos expresan la diana de ciertos medicamentos, como los fármacos GLP1, que se utilizan para la diabetes y la pérdida de peso y se sabe que aumentan la frecuencia cardiaca como efecto secundario, cuyo mecanismo no estaba claro.

Este estudio sugiere que el aumento de la frecuencia cardíaca podría deberse en parte a una acción directa de estos fármacos sobre las células marcapasos, un hallazgo que el equipo también demostró en un modelo experimental de células madre de marcapasos.

El doctor James Cranley, coautor del estudio, cardiólogo especializado en trastornos del ritmo cardiaco y estudiante de doctorado en el Instituto Wellcome Sanger, explica que "el sistema de conducción cardiaca es fundamental para el latido regular y coordinado de nuestros corazones, pero las células que lo componen no se conocen bien. Este estudio arroja nueva luz al definir los perfiles de estas células, así como los nichos multicelulares que habitan. Este conocimiento más profundo abre la puerta a mejores terapias antiarrítmicas específicas en el futuro".

Por su parte, el doctor Kazumasa Kanemaru, coautor y becario posdoctoral del equipo de Genómica de la Expresión Génica del Instituto Wellcome Sanger, añade que "el mecanismo de activación y supresión de los genes de las células marcapasos no está claro, especialmente en humanos".

"Esto es importante para mejorar la terapia celular con el fin de facilitar la producción de células marcapasos o evitar el disparo espontáneo excesivo de las células --destaca--. Si comprendemos estas células a nivel genético individual, podremos desarrollar potencialmente nuevas formas de mejorar los tratamientos cardíacos".

El estudio reveló un descubrimiento inesperado, como es la estrecha relación entre las células del sistema de conducción y las células gliales. Esta investigación sugiere que las células gliales están en contacto físico con las células del sistema de conducción y pueden desempeñar una importante función de apoyo: comunicarse con las células marcapasos, guiar las terminaciones nerviosas hacia ellas y favorecer su liberación de glutamato, un neurotransmisor.

Otro hallazgo clave del estudio es una estructura inmunitaria en la superficie externa del corazón, que contiene células plasmáticas, que liberan anticuerpos en el espacio que rodea al corazón para evitar infecciones procedentes de los pulmones cercanos. Los investigadores también identificaron un nicho celular en el que se enriquece una hormona que podría interpretarse como una señal de alerta temprana de insuficiencia cardiaca.

La doctora Michela Noseda, profesora titular de Patología Molecular Cardíaca en el Instituto Nacional del Corazón y los Pulmones del Imperial College de Londres, coordinadora de la Human Cell Atlas Heart BioNetwork y autora principal del estudio, reconoce que "a menudo desconocemos por completo el impacto que tendrá un nuevo tratamiento en el corazón y sus impulsos eléctricos, lo que puede suponer la retirada de un fármaco o el fracaso de su comercialización".

"Nuestro equipo ha desarrollado la plataforma Drug2cell para mejorar la evaluación de nuevos tratamientos y saber cómo pueden afectar al corazón y, potencialmente, a otros tejidos --destaca--. Esto podría proporcionarnos una herramienta inestimable para identificar nuevos fármacos dirigidos a células específicas, así como ayudar a predecir cualquier posible efecto secundario en una fase temprana del desarrollo del medicamento".

Por su parte, el Profesor Metin Avkiran, Director Médico Asociado de la Fundación Británica del Corazón, que ha cofinanciado la investigación con el Centro Alemán de Investigación Cardiovascular (DZHK), ha declarado que, "gracias a la utilización de tecnologías de vanguardia, esta investigación aporta nuevos detalles sobre las células que componen las regiones especializadas del corazón humano y la forma en que se comunican entre sí".

Destaca que "es probable que los nuevos descubrimientos sobre el sistema de conducción eléctrica del corazón y su regulación abran nuevos enfoques para prevenir y tratar alteraciones del ritmo que pueden perjudicar el funcionamiento del corazón e incluso poner en peligro su vida".

"La colaboración internacional es clave para el progreso científico --subraya--. Este impactante estudio y otros descubrimientos de la iniciativa más amplia del Atlas de Células Humanas son excelentes ejemplos de lo que puede lograrse cuando la comunidad investigadora internacional trabaja unida más allá de las fronteras. Nuestros esfuerzos combinados pueden, en última instancia, producir mejores resultados para los pacientes de todo el mundo".

Finalmente, Sarah Teichmann, autora principal del estudio del Instituto Wellcome Sanger y copresidenta del Comité Organizador del Atlas de Células Humanas, destaca que "se trata de una importante contribución a la iniciativa mundial del Atlas Celular Humano, que está cartografiando todos los tipos celulares del organismo para comprender la salud y la enfermedad. Además, nuestro conjunto de métodos computacionales ayudará a identificar posibilidades de reutilización de fármacos existentes para tratar enfermedades en otros tejidos".