Un attacco di cuore lascerà una cicatrice permanente sul cuore umano, ma altri animali, tra cui alcuni pesci, come il pesce zebra, possono eliminare il tessuto cicatrizzato cardiaco e far ricrescere i muscoli danneggiati da adulti.
Il pesce zebra rigenera il tessuto cicatrizzato cardiaco
Gli scienziati hanno cercato di capire come funziona questa attitudine 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 suo cuore, e il medaka, che non può.
Secondo una ricerca pubblicata su Biology Open, 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 del laboratorio Gagnon e autore principale dello 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.
“Abbiamo capito che questi due cuori che sembrano molto simili sono in realtà molto diversi“, ha spiegato Gagnon.
Entrambi i membri della famiglia dei teleostei dei pesci con pinne raggiate, il pesce zebra (Danio rerio) e il medaka (Oryzias latipes) discendono da un antenato comune vissuto milioni di anni fa. Entrambi sono lunghi circa 45 cm, vivono in acqua dolce e sono dotati di cuori a due camere. I Medaka sono originari del Giappone e l pesce zebra è originario 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 ha ipotizzato 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 è stato adottato dai biologi come organismo modello per studiare lo sviluppo embrionale dei vertebrati.
Gli scienziati si sono interessati al pesce zebra perché si riproduce rapidamente, è facile da studiare e si è rivelato estremamente resistente.
Lo studio
Per condurre i propri esperimenti, il laboratorio Gagnon ha utilizzato un dispositivo chiamato criosonda per ferire i cuori dei pesci in modi che simulino 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, 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 i pesci sono sopravvissuti 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.
“Il pesce zebra ha questa risposta immunitaria che è tipica di quello che si potrebbe vedere durante un’infezione virale, chiamata risposta all’interferone“, ha spiegato Carey: “Quella risposta è completamente assente nel 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.
“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 ha indicato 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.
Conclusioni
A differenza del medaka, il pesce zebra forma una cicatrice transitoria che non si calcifica nel tessuto rigido: “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 aggiunto 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“.
