Każdego roku w samej tylko Europie na choroby układu krążenia (ang. cardiovascular disease, CVD) umierają ponad 4 miliony ludzi. Niemal 80 % przypadków CVD można zapobiec, wymaga to jednak zastosowania nowoczesnych technik, które przyspieszają diagnozę i umożliwiają podjęcie właściwego leczenia.

Obecnie diagnostyka chorób układu krążenia polega na badaniu makroskopowym serca i jego funkcji oraz oznaczeniu w całym ciele markerów zaburzeń metabolicznych. W rezultacie 20 % pacjentów otrzymuje błędną diagnozę, a u 60 % pacjentów w podeszłym wieku choroba układu krążenia pozostaje niezdiagnozowana.

Badanie mikroanatomii serca oraz metabolizmu

Badacze z projektu ANATOMY-FOUND, realizowanego przy wsparciu programu „Maria Skłodowska-Curie”, zaproponowali zbadanie zdarzeń sercowo-naczyniowych, które poprzedzają wystąpienie makropatologii, będących zwykle podstawą do postawienia diagnozy. Klinicyści potrzebują do tego celu specyficznych, nieinwazyjnych technik obrazowania umożliwiających badania mikroskopowe serca i jego metabolizmu oraz skorelowanie wyników z funkcją serca. „Wczesne procesy występujące w przebiegu choroby układu krążenia często rozpoczynają się w komórkach serca, by z czasem objąć cały narząd. Dlatego potrzebne są nowe technologie 3D polegające na mikroskopowym badaniu serca w wysokiej rozdzielczości oraz specyficznej dla narządu ocenie miejscowych przemian metabolicznych”, tłumaczy stypendysta programu „Maria Skłodowska-Curie”, dr Robert Stanley Stephenson.

Aby móc prowadzić badania mikroskopowe serca, badacze zastosowali technikę wzmocnionej kontrastem mikrotomografii rentgenowskiej – metodę ex vivo, w której wykorzystuje się kontrast jodowy. Pomaga ono uwidocznić tkankę tłuszczową, mięsień, układ przewodzący i tkankę łączną w rozdzielczości przestrzennej bliskiej pojedynczej komórce.

Dzięki takiemu podejściu badacze po raz pierwszy zaobserwowali trójwymiarowy system przewodzący serca w zdrowym i zmienionym wskutek wad wrodzonych sercu ludzkim. Zbadali ponadto ułożenie łańcuchów miocytów, wykorzystując mikrotomografię rentgenowską w połączeniu z obrazowaniem tensora dyfuzji (DT-MRI), wykazując przy tym, że w chorym sercu położenie miocytów ulega zmianie. Dane otrzymane w wyniku skanowania pokazały, że głównym czynnikiem przyczyniającym się do zmiany struktury serca, a więc i pracy pompy, nie są zmiany ułożenia łańcucha miocytów, lecz zmiana ułożenia agregatów miocytów.

Dzięki wykorzystaniu techniki obrazowania metabolicznego in vivo z użyciem znakowanego izotopowo pirogronianu badacze wskazali również na ograniczony aerobowy potencjał metaboliczny ze współistniejącą zmianą stanu metabolicznego na niekorzystny stan anaerobowy w sercach objętych chorobą. Co ciekawe ta zmiana była powiązana z obszernym przemodelowaniem morfologicznym.

Wpływ projektu ANATOMY-FOUND

Nowe, technologicznie zaawansowane, nieniszczące metody obrazowania w 3D i 4D pozwoliły badaczom z projektu ANATOMY-FOUND na skuteczne zbadanie mikrostruktury i funkcji serca zdrowego oraz objętego chorobą. Te wyniki przyczyniają się do dokładniejszego zrozumienia pracy układu przewodzącego serca i procesów jego przemodelowania w przypadku wrodzonych wad serca.

Zważywszy, że układ przewodzący serca działa jak jego biologiczny rozrusznik, ważne jest, aby klinicyści nie uszkadzali tych komórek w trakcie operacji czy interwencji. Dzięki opracowaniu dokładnego trójwymiarowego modelu układu przewodzącego serca badacze mają nadzieję wpłynąć na zwiększenie bezpieczeństwa procedur chirurgicznych. W tym celu partnerzy projektu stworzyli metodą druku 3D pierwsze serca o transparentnym, elastycznym miokardium, aby zilustrować układ przewodzący serca w kolorze. Takie podejście pomoże w planowaniu operacji oraz powinno ograniczyć śmiertelność i zachorowalność pacjentów z wrodzonymi wadami serca.

Badacze ustalili również, że zaburzenia metabolizmu mogą mieć związek z przemodelowaniem serca i manifestować się jako zaburzenie pracy pompy oraz niewydolność serca. Technika obrazowania metabolicznego in vivo, wykorzystana w projekcie ANATOMY-FOUND, ma duży potencjał jako narzędzie do szybkiej diagnostyki CVD i ma szansę stać się standardową techniką obrazowania, stosowaną w codziennej praktyce klinicznej. Prof. Michael Pedersen podkreśla, że „projekt ANATOMY-FOUND otwiera nowe możliwości diagnostyki chorób serca, doskonalsze od tradycyjnych metod morfologicznych”. Ponadto zdolność do identyfikacji zmian miejscowych w sercu dodatkowo toruje drogę dla przyszłych terapii celowanych.

© Unia Europejska, [2019] | źródło: CORDIS