Il muscolo cardiaco si rigenera dopo un infarto — confermato per la prima volta negli esseri umani

Un infarto distrugge, in media, circa un terzo delle cellule muscolari nei ventricoli colpiti. Quella perdita è sempre stata considerata irreversibile. Il muscolo cardiaco, a differenza del fegato o della pelle, si riteneva sostanzialmente incapace di sostituire ciò che un danno importante sottrae. La cicatrice che si forma sul tessuto cardiaco danneggiato era il capitolo finale della storia.

Sembra che ci sia un altro capitolo. I ricercatori dell’Università di Sydney, lavorando con tessuto cardiaco vivo prelevato da pazienti durante un intervento di bypass, hanno confermato ciò che era stato osservato solo nei topi: dopo un infarto, il cuore umano inizia a produrre nuove cellule muscolari.

La scoperta non significa che il cuore si ripari da solo. La risposta rigenerativa è troppo esigua per compensare l’entità del danno. Ma dimostrare che questa capacità esiste cambia ciò su cui i ricercatori possono puntare e apre la possibilità che una terapia possa un giorno amplificare ciò che il cuore già tenta di fare.

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Come l’hanno misurato

La difficoltà nello studiare il tessuto cardiaco umano è sempre stata un problema di tempistiche. Quando un campione autoptico arriva in laboratorio, i segnali molecolari della divisione cellulare attiva si sono in gran parte dissipati. Il dott. Robert Hume, primo autore dello studio e ricercatore presso il Baird Institute for Applied Heart and Lung Research, ha contribuito a risolvere questo problema sviluppando un approccio di campionamento che raccoglie tessuto da pazienti vivi.

I pazienti consenzienti sottoposti a bypass al Royal Prince Alfred Hospital di Sydney hanno accettato che durante l’intervento venissero prelevati piccoli campioni di tessuto sia dalle aree danneggiate che da quelle integre del cuore. I campioni sono stati conservati entro quindici minuti utilizzando azoto liquido, che ha bloccato l’attività biologica in posizione. Questo livello di fedeltà, impossibile con materiale autoptico, ha permesso al team di rilevare ciò che studi precedenti avevano perso: un aumento statisticamente significativo della mitosi dei cardiomiociti — il processo mediante il quale le cellule muscolari si dividono e si riproducono — nei cuori di pazienti che avevano subito infarti.

«Siamo stati in grado di dimostrare un aumento statisticamente significativo della mitosi dei cardiomiociti nei cuori umani infartuati», ha osservato il dott. Hume. Gli scienziati avevano precedentemente osservato lo stesso effetto nei topi. Questa è la prima volta che viene documentato direttamente nel tessuto umano.

Cosa distruggono realmente gli infarti

La portata del problema spiega perché questa scoperta è importante anche se il segnale rigenerativo è modesto. Un infarto grave può eliminare fino a un miliardo di cardiomiociti — cellule di cui il cuore ha bisogno per battere e coordinare i tempi tra le camere. Il muscolo che sopravvive deve compensare, spesso stirandosi. Negli anni, questa compensazione fallisce. Il cuore si ingrandisce, si indebolisce e la sua capacità di pompare sangue al resto del corpo diminuisce.

Questo esito è l’insufficienza cardiaca, e non ha una soluzione semplice. Solo in Australia circa 144.000 persone vivono con questa condizione. Il trapianto è attualmente l’unico trattamento definitivo, e il Paese esegue circa 115 procedure di questo tipo ogni anno. Il divario tra bisogno e offerta non può essere colmato solo con la chirurgia.

Le malattie cardiovascolari rimangono la principale causa di morte nel mondo. Qualsiasi terapia che modifichi le probabilità dopo un infarto — anche in modo modesto — raggiungerebbe una popolazione di decine di milioni di persone.

Perché questo non risolve la questione

La risposta rigenerativa naturale del cuore, come attualmente compresa, non riesce a tenere il passo con il danno che la innesca. La morte cellulare causata da un infarto grave supera di gran lunga il numero di nuovi cardiomiociti che il cuore genera in risposta. Il dott. Hume lo ha riconosciuto direttamente: la risposta rigenerativa, sebbene reale, non è sufficiente a impedire che il cuore rimanga cicatrizzato.

C’è anche un problema di meccanismo che il settore non ha ancora risolto del tutto. Ricerche correlate su cuori umani in insufficienza hanno scoperto che molti degli eventi di replicazione del DNA nei cardiomiociti comportano poliploidizzazione — cellule che accumulano copie extra del loro genoma senza effettivamente dividersi — e multinucleazione, piuttosto che la tipica divisione mitotica. Separare la proliferazione genuina da questi processi correlati ma distinti fa parte della sfida tecnica che il modello di tessuto vivente del team di Sydney è ora in grado di affrontare.

La ricerca si è basata anche su una popolazione specifica di pazienti — persone già sottoposte a bypass — che potrebbero non rappresentare l’intero spettro dei pazienti colpiti da infarto. Saranno necessari studi più ampi e diversificati per capire con quale coerenza questo segnale rigenerativo si manifesti e se differisca in pazienti più giovani, con dimensioni dell’infarto diverse, o trattati precocemente rispetto a tardivamente.

Cosa suggeriscono le proteine per il futuro

Il team ha anche identificato diverse proteine nel tessuto umano che in precedenza erano state collegate alla rigenerazione cardiaca nei topi. Quelle proteine offrono la pista iniziale più concreta per lo sviluppo di terapie. Se sono gli interruttori molecolari che innescano la divisione dei cardiomiociti in risposta al danno, diventano bersagli — cose che un farmaco potrebbe attivare o amplificare.

Il professor Sean Lal, autore senior dello studio e cardiologo specializzato in insufficienza cardiaca presso il Royal Prince Alfred Hospital, ha descritto ciò a cui il team sta lavorando: «In definitiva, l’obiettivo è usare questa scoperta per creare nuove cellule cardiache in grado di invertire l’insufficienza cardiaca. Usare modelli di tessuto cardiaco umano vivo nel nostro lavoro significa che avremo dati più accurati e affidabili per sviluppare nuove terapie per le malattie cardiache».

Il modello di tessuto vivente è di per sé uno strumento di ricerca indipendente da questo singolo risultato. Poiché preserva lo stato molecolare del cuore al momento dell’intervento, può essere utilizzato per testare composti che potrebbero potenziare la divisione cellulare — senza bisogno che un altro essere umano abbia prima un infarto.

Domande comuni sulla rigenerazione cardiaca

Il cuore umano può ripararsi da solo dopo un infarto?

Il cuore ha una capacità limitata e naturale di produrre nuove cellule muscolari dopo un infarto, come questo studio conferma per la prima volta nel tessuto umano. La rigenerazione avviene attraverso la mitosi dei cardiomiociti — la divisione cellulare. Il numero di nuove cellule prodotte è troppo esiguo per sostituire il muscolo perso durante un infarto grave, quindi la risposta riparativa del cuore esiste ma è funzionalmente insufficiente da sola.

Perché i medici non possono già curare l’insufficienza cardiaca?

L’insufficienza cardiaca deriva da una perdita muscolare irreversibile: il cuore compensa le aree indebolite lavorando di più, il che alla fine fallisce. L’unica cura è un trapianto di cuore, e la disponibilità di organi donati è estremamente limitata. Circa 144.000 australiani vivono con insufficienza cardiaca a fronte di circa 115 trapianti eseguiti ogni anno. Il divario tra pazienti e organi disponibili spinge la ricerca di terapie in grado di rigenerare il muscolo danneggiato.

Cosa ha fatto di diverso questo studio rispetto alle ricerche precedenti?

Studi precedenti sulla rigenerazione cardiaca utilizzavano tessuto autoptico. Quando quei campioni arrivano in laboratorio, i segnali molecolari della divisione cellulare sono svaniti. Il team di Sydney ha raccolto tessuto da pazienti vivi durante un intervento di bypass e lo ha conservato entro quindici minuti usando azoto liquido. Questo approccio ha catturato processi biologici attivi che il campionamento autoptico non coglie — incluso il segnale di divisione cellulare che è il risultato centrale dello studio.

Quanto tempo ci vorrà prima che un trattamento sia disponibile?

Non esiste ancora un trattamento clinico basato su questa scoperta. Il team ha identificato proteine che potrebbero regolare la divisione dei cardiomiociti, e queste sono ora bersagli per lo sviluppo di farmaci. Il significato di questo lavoro è che apre una direzione terapeutica precedentemente considerata chiusa: il cuore umano adulto può produrre nuovo muscolo, e i ricercatori ora hanno uno strumento per studiare come farglielo fare in quantità utili.

La fase successiva della ricerca tenterà di identificare quali proteine possono essere amplificate nel modello di tessuto vivente e se ciò aumenti il tasso di divisione cellulare a livelli che potrebbero realisticamente compensare il danno da infarto.

Tag: biology, cardiac regeneration, cardiology, cardiomyocyte, heart attack, heart failure

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