Molekulare und zelluläre Charakterisierung von Herzgewebe in der postnatalen Entwicklung

Die Extrapolation pharmakologischer und chirurgischer Therapien aus Studien an Erwachsenen (AD) auf Säuglingspatienten (INF) ist problematisch, da das Wissen über die zelluläre Elektrophysiologie und Molekularbiologie menschlicher INF-Herzzellen begrenzt ist. Die Forscher haben Entwicklungsunterschiede in ventrikulären Zellen von Kaninchen untersucht und weiten diese Studien nun auf atriale und ventrikuläre Zellen aus, die aus AD-, jungen Erwachsenen- (YAD) oder INF-Patienten isoliert wurden.

Die Studienziele sind wie folgt:

1. Entwicklungsunterschiede im vorübergehenden Auswärtsstrom von Vorhofzellen. Die Forscher werden ihre Studien auf isolierte Zellen und Gewebe von YADs (Alter 14–20) ausweiten. Darüber hinaus wurden in Herzmuskelzellen mehrere andere akzessorische Beta-Untereinheiten gefunden, die möglicherweise mit Kv-Kanälen interagieren und die Funktion dieser Kanäle regulieren. Das Studienteam wird die relativen Mengen dieser mutmaßlichen Regulatoren des menschlichen atrialen Ito bestimmen, um festzustellen, welche mit entwicklungsbedingten Veränderungen der Ito-Kinetik korrelieren.
2. Entwicklungsbedingte Unterschiede in der Amplitude und Regulierung des Kalziumstroms in Vorhofzellen. Die Forscher gehen davon aus, dass INF-Vorhofzellen eine tonische Hemmung der Adenylylcyclase (und damit von ICa) aufweisen, die durch inhibitorische G-Proteine ​​vermittelt wird, was möglicherweise mit der konstitutiven Aktivität des Adenosin-A1-Rezeptors zusammenhängt, und dass sie im Vergleich zu AD- oder YAD-Zellen eine größere Empfindlichkeit gegenüber Inhibitoren aufweisen von Phosphatasen und Phosphodiesterasen und dass entwicklungsbedingte Veränderungen der basalen ICa-Amplitude und der beta-sympathischen Modulation mit inhibitorischen G-Protein-Spiegeln, Rezeptorzahlen für M2- und A1-Rezeptoren und konstitutiver inhibitorischer Aktivität korrelieren.
3. Modulation von Kalziumtransienten in Vorhofzellen durch Änderungen der AP-Wellenform und des Entwicklungsalters. Das Studienteam wird die Hypothese testen, dass eine Verlängerung der frühen Repolarisationsphase des Nachpotentials (AP) den Ca2+-Eintrag erhöht und dass YAD-Zellen Ca2+ schneller aus dem Zytoplasma entfernen als INF-Zellen und wird bestimmen, ob der Na-Ca2+-Austauschstrom (INCX ) ist in INF-Zellen größer als in AD- oder YAD-Zellen.
4. Entwicklungsunterschiede im Ca-Strom und in Transienten sowie in der Kontraktilität in ventrikulären Zellen. Die Forscher schlagen vor, dass INF-Zellen und -Gewebe einen niedrigeren Basal-ICa, eine geringere Wirksamkeit für die Isoproterenol-Stimulation, höhere Werte an Gialpha3- und A1-Rezeptoren, eine größere Hemmwirkung für Adenosin und eine tonische Hemmung von ICa aufweisen. Wir schlagen außerdem vor, dass die YAD-Zellen niedrigere NCX- und INCX-Werte, höhere SERCA-Werte und eine schnellere Entfernung von Ca2+ aus dem Zytoplasma aufweisen. Frühere Tierstudien haben auf verschiedene Entwicklungsveränderungen in Herzzellen hingewiesen. Wir werden speziell menschliche postnatale Entwicklungsveränderungen in Ito, die Regulierung von ICa und intrazelluläre Ca2+-Transienten untersuchen.
5. Strukturelle, funktionelle und metabolische Reifung von hPSC-CMs. Forscher schlagen vor, dass Kombinationen von 3D-Herzsphären mit mehreren Umweltreizen zur Verbesserung des Signalwegs der mitochondrialen Fettsäureoxidation (FAO oder Beta-Oxidation) die funktionelle und metabolische Reifung von hPSC-CMs fördern und ein klinisch relevanteres Modell generieren werden. Verwendung von Tissue Engineering in Kombination mit pharmakologischen Wirkstoffen zur Regulierung von Signalen, die am FAO-Metabolismus beteiligt sind, sowie geeigneter Wachstumsfaktor- und Hormonsignale, die die Mikroumgebung für die Reifung von CMs nachahmen.