Различные изображения кальцифицированных узелков, окрашенных в темно-красный цвет, с окружающими клапанными интерстициальными клетками серым цветом. Изображения B и D получили самую высокую степень обработки гентамицином.
(Medical Xpress) – С возрастом или в результате плохого питания сердечные клапаны могут быть повреждены из-за накопления отложений кальция в тканях. Эта кальцификация вызывает утолщение и затвердевание ткани до такой степени, что ограничивает нормальный кровоток.
Исследователи в области биоинженерии в лаборатории доцента Райса Джейн Гранде-Аллен анализируют биомеханику ткани сердечного клапана и лежащие в основе клеточные и генетические причины клапанной болезни. Одно текущее исследование, проводимое ее группой, изучает роли клеточных и матричных компонентов в нормальной биологии клапана и дегенеративные процессы, которые могут вызывать образование кальцинированных узелков в створках аортального клапана.
«Очень мало известно о внутриклеточной динамике генов, белков и метаболических путей, которые направляют либо нормальные процессы, либо вызывают аномалии», – сказал Гранде-Аллен. «Накопленные усилия в нашей лаборатории включают исследования морфологии клапанных клеток и заболеваний с более механической точки зрения. В частности, мы ищем признаки того, как изменения в клетках и клеточной среде вызваны механическим стрессом перекачивающего сердца на протяжении многих лет.”
По уникальной иронии судьбы Гранде-Аллен, аспирантка Дена Уилтц и студентка Адитья Кумар обнаружили, что гентамицин, аминогликозидный антибиотик, используемый для лечения многих типов бактериальных инфекций, значительно уменьшил количество и размер кальцифицированных узелков, образованных межклеточными клетками клапана.
Исследование, подробное описание которого было опубликовано в журнале Cardiovascular Engineering and Technology, первоначально было инициировано лабораторными исследованиями различных антибиотиков для периодической профилактики бактериальных инфекций в клеточных культурах.
«Загрязнение клеточных культур – постоянная проблема для исследователей, – сказал Уилтц, студент шестого курса аспирантуры лаборатории Гранде-Аллена в Научно-исследовательском коллаборации Rice’s BioScience. Исследования Вильца в области клапанных заболеваний поддерживаются грантом Медицинского колледжа Бейлора.
«Примеси не только отрицательно влияют на результаты, но и можно потратить огромное количество времени и денег на борьбу с бактериальными загрязнениями», – сказал Вилтц. «Гентамицин широко используется для предотвращения заражения культур клеток и тканей in vitro, но, как сообщается, он влияет на уровень кальция в различных типах клеток. Поэтому мы решили добавить его в наши культуры – не столько для предотвращения заражения, сколько для того, чтобы посмотреть, регулирует ли он минерализацию кальция клетками клапана.”
Их исследования окупились. «Мы не только обнаружили, что дозозависимое увеличение гентамицина вызывает изменения клеточной минерализации, но и полученные данные, наряду с литературными исследованиями, подтолкнули к пониманию роли клеточных компонентов, таких как липиды и митохондрии, которые могут играть в развитии патологических заболеваний. кальциноз “, – сказал Кумар. Он является старшим и соавтором исследовательской работы и является членом группы Гранд-Аллена с лета своего первого курса.
Ткань аортального клапана состоит из трехслойных соединительных тканей, и Гранде-Аллен и ее ученики применяют инженерный анализ для расшифровки того, как отдельные части этого комплекса взаимодействуют, реагируют на клеточные сигналы и на них влияют общая клапанная функция, рост и развитие аномалий.
«Используя восходящий подход, мы смотрим, как клапанные интерстициальные клетки – первичные клетки в этих тканевых слоях – взаимодействуют как биологически, так и механически с окружающей средой», – сказал Гранд-Аллен. «Хотя гентамицин имеет ограниченное клиническое применение из-за его токсических побочных эффектов, наши результаты могут оказаться полезными для связи этих процессов и, в конечном итоге, для разработки многообещающих фармацевтических препаратов, которые сдерживают прогрессирование болезни сердечного клапана.”