Das Herz beginnt zu arbeiten, noch bevor es vollständig geformt ist.

Die Anzahl der Kontraktionen des Herzmuskels eines Menschen während seines gesamten Lebens beträgt ungefähr 2,5 Milliarden. Es ist nicht so schwer herauszufinden, wann sich das Herz zum letzten Mal zusammenzieht, Ärzte tun dies leider sehr oft. Aber wann beginnt das Herz eines Menschen zu schlagen? Darüber ist nicht viel bekannt.

Jetzt haben Wissenschaftler beschlossen, die Bildung des Herzens ausgehend von den frühen Stadien der Embryonalentwicklung zu verfolgen. Experten veröffentlichten die Ergebnisse ihrer Forschung in der Fachzeitschrift eLIFE . Den Projektteilnehmern zufolge wird die Studie für die Entwicklung der regenerativen Medizin wichtig sein und auch dazu beitragen, zu verstehen, wie Sie in einem Labor ein Herz wachsen lassen können.

Das Herz wird zuerst im Embryo gebildet. Dieses Organ beginnt bereits in den ersten Stadien der Embryonalentwicklung zu arbeiten und sendet Sauerstoff und Nährstoffe an alle Gewebe des wachsenden Organismus. Bei Mäusen beispielsweise erscheint das Herz innerhalb einer Woche nach der Empfängnis. Dies ist kein vollwertiges Organ, sondern eine Reihe von Zellen, die sich allmählich aus Stammzellen entwickeln und ein Herz bilden. Nach einem weiteren Tag erscheint im Mausembryo ein vollständig erkennbares Herz, das zum Wohle des gesamten Organismus zu wirken beginnt.

Zunächst wurde angenommen, dass der Herzschlag unmittelbar nach der Bildung des Herzschlauchs beginnt. Aber wie sich herausstellte, ist dies nicht so. Das Gewebe der zukünftigen „Blutpumpe“ ist aktiv, wenn die ersten Kardiomyozyten auftreten - Herzzellen, die noch kein vollwertiges Organ gebildet haben.

Erstens arbeiten Kardiomyozyten anders, die synchrone Kontraktion beginnt, nachdem sich einzelne Zellen zu einem vollwertigen Gewebe des Herzmuskels vereinigt haben. Die Reduktion von Kardiomyozyten ist auf den Übergang von Calciumionen durch die Zellmembran zurückzuführen. Die ersten Kontraktionen können bereits 12 Stunden nach der Empfängnis beobachtet werden. Mausembryonen entwickeln sich sehr schnell, viel schneller als menschliche Embryonen. Die 12. Stunde der Entwicklung des Mausfetus entspricht dem 20. Tag des menschlichen Embryos. Zu diesem Zeitpunkt (20. Tag) hat der Embryo eines Menschen bereits eine wurmartige Form, er hat noch keine Arme, keine Beine, keinen Kopf. Es stimmt, das Gehirn beginnt sich bereits zu bilden. Und zu diesem Zeitpunkt beginnen Kardiomyozyten zu arbeiten.

Mit zunehmender Kalziumkonzentration in Kardiomyozyten zieht sich die Zelle zusammen, mit abnehmender Entspannung entspannt sie sich. Das System solcher Zellen ist ein sich synchron zusammenziehender Herzmuskel. Um die ersten Kontraktionen von Kardiomyozyten zu verfolgen, überwachten die Wissenschaftler ständig Mausembryonen. Der Kontrolleffekt ist ein Anstieg des Kalziumspiegels, der zu einer Verringerung der Herzzellen hätte führen sollen. In den frühen Stadien fehlt dieser Schlüsselmechanismus des Herzens - Kalzium hat fast keinen Einfluss auf die Zellen.

Um die Manifestation der ersten Aktivitätsherde von Kardiomyceten zu erfassen, injizierten Experten eine fluoreszierende Calciumlösung. Sobald dies geschehen war, wurde es sofort möglich, die Arbeit von Kardiomyozyten, sowohl einzelner Zellen als auch ihrer Gesamtheit, zu beobachten.

„Wir waren überrascht, dass Zellen die Calciumkonzentration in sich selbst ändern, noch bevor der„ Calcium “-Kontraktionsmechanismus der Zellen zu wirken beginnt. Es wäre zu erwarten, dass zuerst der Mechanismus der Zellkontraktion gebildet wird, wonach all dies unter dem Einfluss von Kalzium zu funktionieren beginnt, aber nein, das Kalziumionenzirkulationssystem erscheint vorher “, sagt Sankar Srinivas, Professor für Biologie an der Universität Oxford.

Der Körper braucht aus einem bestimmten Grund einen Zyklus von Änderungen der Calciumionenkonzentration. Es scheint, dass das Vorhandensein eines Kalziumzyklus selbst für den Herzbildungsprozess selbst wichtig ist. Bei der Blockierung der Kalziumaufnahme in Kardiomyozyten mit Hilfe spezieller Präparate beobachteten die Wissenschaftler das Fehlen der Bildung vollwertiger Herzmuskelzellen.

Diese Entdeckung wirft ein Licht auf den Beginn der Bildung verschiedener Organe des Embryos. Wie wir sehen können, ist in einigen Fällen die molekulare Wirkung bestimmter Verbindungen oder Elemente für die Bildung eines Organs notwendig.

Bei der Herzbildung beginnt der "Kalziumzyklus" an verschiedenen Stellen des zukünftigen Herzens zu wirken. Nach einigen Stunden (bei Beobachtung des Mausembryos) beginnt der Synchronbetrieb jedoch bereits. Kardiomyozyten "lernen" allmählich, synchron zu arbeiten, beginnen zu pulsieren, und diese Pulsation macht sich bereits bemerkbar. Wissenschaftler forschen weiterhin in diese Richtung, um den Mechanismus der Bildung von Herzgewebe besser zu verstehen. Vielleicht hilft dies, Laborgewebe unter Laborbedingungen zu wachsen, wenn nicht sogar ganze Herzen. Darüber hinaus können die Ergebnisse von Beobachtungen für die Untersuchung von Herzerkrankungen nützlich sein.

„Eines der Hauptprobleme der regenerativen Medizin ist die Entwicklung eines Mechanismus, der Herzmuskelzellen synchron schlagen lässt. Wenn wir diesen Mechanismus besser verstehen, nachdem wir ihn während des Entstehungsprozesses untersucht haben, können wir Stoffe mit synchroner Arbeit herstellen “, sagen die Studienteilnehmer.

DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.17113

Source: https://habr.com/ru/post/de398273/