Los genes ajustados tomados de bacterias excitan las células cardíacas en ratones vivos
Esta sección transversal del corazón de un ratón (rojo) muestra qué tan bien la terapia génica entregó los genes del canal de iones de sodio (cian) a las células cardíacas objetivo después de que los investigadores inyectaron un virus con los genes en las venas del ratón. Crédito: Universidad de Duke
Ingenieros biomédicos de la Universidad de Duke han demostrado una terapia génica que ayuda a las células del músculo cardíaco a activarse eléctricamente en ratones vivos. La primera demostración de este tipo, el enfoque presenta genes bacterianos diseñados que codifican los canales de iones de sodio y podría conducir a terapias para tratar una amplia variedad de enfermedades y trastornos eléctricos del corazón.
Los resultados aparecieron en línea el 2 de febrero en la revista Nature Communications.
«Pudimos mejorar la forma en que las células del músculo cardíaco pueden iniciar y propagar la actividad eléctrica, lo cual es difícil de lograr con medicamentos u otras herramientas ”, dijo Nenad Bursac, profesor de ingeniería biomédica en Duke. «Se ha demostrado previamente que el método que usamos para administrar genes en las células del músculo cardíaco de los ratones persiste durante mucho tiempo, lo que significa que podría ayudar de manera efectiva a los corazones que luchan por latir con la regularidad que deberían».
Los canales de iones de sodio son proteínas en las membranas externas de las células excitables eléctricamente, como las células del corazón o del cerebro, que transmiten cargas eléctricas a la célula. En el corazón, estos canales le indican a las células musculares cuándo contraerse y transmiten la instrucción para que el órgano bombee sangre como una unidad cohesiva. Sin embargo, las células cardíacas dañadas, ya sea por enfermedad o trauma, a menudo pierden toda o parte de su capacidad para transmitir estas señales y unirse al esfuerzo.
Un enfoque que los investigadores pueden tomar para restaurar esta funcionalidad es la terapia génica. Al entregar los genes responsables de crear las proteínas de los canales de sodio, la técnica puede producir más canales iónicos en las células enfermas para ayudar a impulsar su actividad.
Desafortunadamente, en los mamíferos, los genes de los canales de sodio son demasiado grandes para caber dentro de los virus. Actualmente se utiliza en terapias génicas modernas en humanos. Para eludir este problema, Bursac y su laboratorio recurrieron a genes más pequeños que codifican canales de iones de sodio similares en bacterias. Si bien estos genes bacterianos son diferentes a sus contrapartes humanas, la evolución ha conservado muchas similitudes en el diseño del canal desde que los organismos multicelulares se separaron de las bacterias hace cientos de millones de años.
Hace varios años, Hung Nguyen, un El exestudiante de doctorado en el laboratorio de Bursac que ahora trabaja para Fujifilm Diosynth Biotechnologies, mutó estos genes bacterianos para que los canales que codifican pudieran activarse en las células humanas. En el nuevo trabajo, el actual estudiante de doctorado Tianyu Wu optimizó aún más el contenido de los genes y los combinó con un «promotor» que restringe exclusivamente la producción de canales a las células del músculo cardíaco. Luego, los investigadores probaron su enfoque administrando un virus cargado con el gen bacteriano en las venas de un ratón para que se propagara por todo el cuerpo.
«Trabajamos para encontrar dónde se formaron realmente los canales de iones de sodio y, como esperábamos, encontramos que solo entraron en las células musculares activas del corazón dentro de las aurículas y los ventrículos», dijo Wu. «También descubrimos que no terminaban en las células del corazón que originan los latidos del corazón, algo que también queríamos evitar».
Esta imagen detallada de una sola célula del músculo cardíaco de ratón muestra su membrana celular expresando el nuevo ion de sodio. genes del canal (magenta) después de que los investigadores aplicaran la terapia a través de una inyección en las venas del ratón. Crédito: Universidad de Duke
Este enfoque de terapia génica solo entrega genes adicionales dentro de una célula; no intenta cortar, reemplazar o reescribir el ADN existente de ninguna manera. Los científicos creen que estos tipos de genes entregados producen proteínas mientras flotan libremente dentro de la célula, haciendo uso de la maquinaria bioquímica existente. Investigaciones anteriores con este enfoque de administración de genes virales sugieren que los genes trasplantados deben permanecer activos durante muchos años.
Como prueba de concepto, las pruebas en células en un entorno de laboratorio sugieren que el tratamiento mejora la excitabilidad eléctrica lo suficiente como para evitar que los humanos anomalías como arritmias. Dentro de ratones vivos, los resultados demuestran que los canales de iones de sodio están activos en los corazones, mostrando tendencias hacia una mejor excitabilidad. Sin embargo, se necesitan más pruebas para medir cuánto de la mejora se logra a nivel de todo el corazón y si es suficiente para rescatar la función eléctrica en el tejido cardíaco dañado o enfermo para usarlo como un tratamiento viable.
Cardiaco Las arritmias ocurren cuando las células del músculo cardíaco no transmiten señales eléctricas de manera uniforme para bombear la sangre de manera coherente y ordenada. El video de la izquierda muestra células arrítmicas en caos de taquicardia, mientras que el video de la derecha muestra que las células tratadas con la nueva terapia génica se comportan normalmente, ya que son mucho más difíciles de expulsar de su actividad normal de latidos cardíacos. Crédito: Tianyu Wu, Universidad de Duke
En el futuro, los investigadores ya han identificado diferentes genes de canales de sodio bacterianos que funcionan mejor en estudios de laboratorio preliminares. El equipo también está trabajando con los laboratorios de Craig Henriquez, profesor de ingeniería biomédica en Duke, y Andrew Landstrom, director del Programa de becarios de investigación pediátrica de Duke, para probar la capacidad de estos genes para restaurar la funcionalidad del corazón en modelos de ratones que imitan el corazón humano. enfermedades.
«Creo que este trabajo es realmente emocionante», dijo Bursac. «Hemos estado aprovechando lo que la naturaleza hizo hace miles de millones de años para ayudar a los humanos con las enfermedades modernas».
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Los genes bacterianos aumentan la corriente en las células humanas Más información: Hung X. Nguyen et al, plataforma de canal de sodio dependiente de voltaje bacteriano diseñada para la terapia génica cardíaca, Nature Communications (2022) ). DOI: 10.1038/s41467-022-28251-6 Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por la Universidad de Duke Cita: Los genes ajustados tomados de bacterias excitan las células del corazón en vivo mice (4 de febrero de 2022) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-tweaked-genes-bacteria-heart-cells.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.