Perché il pesce zebra può rigenerare il tessuto cardiaco danneggiato, mentre altre specie di pesci non possono?

Gli scienziati hanno cercato di capire come funziona il potere speciale nella speranza di far progredire i trattamenti medici per i pazienti cardiaci umani, ma le grandi differenze fisiologiche tra pesci e mammiferi rendono difficili tali indagini.

Così i biologi dell’Università dello Utah, guidati dal professore assistente Jamie Gagnon, hanno affrontato il problema confrontando due specie di pesci: il pesce zebra, che può rigenerare il cuore, e il medaka, che non può.

La storia di due pesci

Secondo una ricerca appena pubblicata, il team ha identificato alcune possibili spiegazioni, per lo più associate al sistema immunitario, sul modo in cui il pesce zebra ripara il tessuto cardiaco.

“Abbiamo pensato che confrontando questi due pesci che hanno una morfologia cardiaca simile e vivono in habitat simili, avremmo potuto avere maggiori possibilità di scoprire effettivamente quali sono le differenze principali”, ha affermato Clayton Carey, ricercatore post-dottorato nel laboratorio Gagnon e autore principale dello studio. il nuovo studio.

Il team di Gagnon non è stato ancora in grado di risolvere il mistero, ma il loro studio ha gettato nuova luce sui meccanismi molecolari e cellulari in gioco nella rigenerazione del cuore del pesce zebra.

“Ci ha detto che questi due cuori che sembrano molto simili sono in realtà molto diversi”, ha detto Gagnon.

Entrambi i membri della famiglia dei teleostei dei pesci con le pinne raggiate, il pesce zebra (Danio rerio) e medaka (Oryzia latipes) discende da un antenato comune vissuto milioni di anni fa. Entrambi sono lunghi circa 1,5 pollici, vivono in acqua dolce e sono dotati di cuori a due camere. I Medaka sono originari del Giappone e i pesci zebra sono originari del bacino del fiume Gange.

Secondo lo studio, l’esistenza di pesci che non si rigenerano offre un’opportunità per contrastare le diverse risposte alle lesioni per identificare le caratteristiche cellulari uniche delle specie che si rigenerano. Gagnon sospetta che la rigenerazione del cuore sia una caratteristica ancestrale comune a tutti i teleostei.

Comprendere il percorso evolutivo che ha portato alla perdita di questa capacità in alcune specie di teleostei potrebbe offrire spunti paralleli sul motivo per cui i mammiferi non possono rigenerarsi da adulti.

Con le loro caratteristiche strisce orizzontali, i pesci zebra sono da tempo popolari come animali domestici negli Stati Uniti. Negli anni ’70 il pesce zebra fu adottato dai biologi come organismo modello per studiare lo sviluppo embrionale dei vertebrati.

Agli scienziati piacciono i pesci zebra perché possono essere propagati rapidamente a migliaia nei laboratori, sono facili da studiare e si sono rivelati estremamente resistenti.

Shock di freddo al cuore

Per condurre i propri esperimenti, il laboratorio Gagnon ha utilizzato un dispositivo chiamato criosonda per ferire i cuori dei pesci in modi che imitano gli attacchi di cuore negli esseri umani, quindi ha estratto i cuori dopo determinati intervalli di tempo per scoprire come le due specie rispondevano in modo diverso.

Carey ha realizzato la criosonda da un pezzo di filo di rame, che è stato raffreddato in azoto liquido a circa meno 170 gradi Celsius. I membri del team hanno praticato piccole incisioni nel ventre dei pesci per esporre i loro cuori, quindi hanno applicato la sonda per 23 secondi sul bordo del cuore.

Nel 95% dei casi il pesce è sopravvissuto alla procedura, anche se non per molto. Dopo tre o 14 giorni, i loro cuori sono stati estratti e sciolti in una soluzione unicellulare, che è stata poi sottoposta a sequenziamento dell’RNA alla ricerca di marcatori che indicassero come il pesce ha risposto alla lesione.

“I pesci zebra hanno questa risposta immunitaria che è tipica di ciò che potresti vedere durante un’infezione virale, chiamata risposta all’interferone”, ha detto Carey. “Quella risposta è completamente assente in Medaka.”

Lo studio ha documentato differenze nel reclutamento e nel comportamento delle cellule immunitarie, nella segnalazione delle cellule epicardiche ed endoteliali e nelle alterazioni nella struttura e nella composizione del cuore. Ad esempio, i medaka mancano di un certo tipo di cellule muscolari presenti nel pesce zebra.

Come il pesce zebra guarisce il tessuto cardiaco danneggiato

“La mia impressione è che l’antenato di tutti gli animali potesse rigenerare il suo cuore dopo un infortunio, e poi questo è stato ripetutamente perso in diversi tipi di animali”, ha detto Gagnon. “Vorrei capire perché. Perché perdere questa fantastica funzionalità che ti permette di rigenerare il cuore dopo un infortunio?”

Lo studio indica che la capacità del pesce zebra di rigenerarsi ha qualcosa a che fare con il suo sistema immunitario, ma capire esattamente come richiederebbe ulteriori ricerche. Ad esempio, nel pesce zebra sono migrati molti più macrofagi, cellule immunitarie specializzate, nel sito della ferita che nel medaka.

A differenza del medaka, il pesce zebra forma una cicatrice transitoria che non si calcifica nel tessuto rigido.

“Ciò che fai con quella cicatrice è ciò che conta”, ha detto Gagnon. “Pensiamo che la risposta all’interferone faccia sì che queste cellule macrofagiche specializzate entrino nel sito della ferita e inizino a promuovere la crescita di nuovi vasi sanguigni.”

Nel tempo il nuovo muscolo sostituisce il tessuto cardiaco danneggiato e il cuore guarisce.

“Più impariamo su come gli animali possono rigenerare i tessuti, su come queste caratteristiche sono andate perse in noi e in altri animali, questo ci aiuterà a pensare ai nostri limiti e a come potremmo progettare strategie per aiutarci a superarli”, ha detto Gagnon. “La nostra speranza è quella di costruire questa base di conoscenze sugli animali che siano realmente accessibili e possano essere studiati in modo incredibilmente dettagliato, quindi utilizzare tale conoscenza per generare esperimenti più mirati sui mammiferi, e forse un giorno sui pazienti umani.”