Los científicos del Instituto de Investigación de Virginia Tech Carilion VTCRI han encontrado evidencia que puede alterar la comprensión convencional sobre cómo viaja la actividad eléctrica en el corazón, un descubrimiento que potencialmente puede conducir a una nueva visión de los problemas médicos como la arritmia cardíaca y la enfermedad cardíaca repentinamuerte.
El estudio de investigación, ahora en línea pero programado para aparecer como versión final el martes 4 de septiembre en la revista eLife , puede informar el desarrollo de nuevas clases de medicamentos para tratar los trastornos del ritmo cardíaco, que ocurren cuando el corazón de alguien late demasiado rápido, lento o irregularmente.
Dirigido por Rob Gourdie, profesor de VTCRI, el equipo internacional de científicos reveló cómo los impulsos eléctricos pueden viajar a través del músculo cardíaco en pasos, saltando entre las células de una manera rápida, casi intermitente, como una onda digital, en lugar dea través de un flujo continuo y suave de corriente, como una onda analógica.
"Nuestro objetivo es encontrar formas de controlar las alteraciones del ritmo cardíaco", dijo Gourdie, quien también es profesor en el Departamento de Ingeniería Biomédica y Mecánica de la Facultad de Ingeniería de Virginia Tech. "Aprender cómo funciona la bioelectricidad en el corazón en elEl nivel molecular es importante para la salud humana, ya que nos ayudará a entender por qué el corazón a veces late sin ritmo y potencialmente apunta a un nuevo camino para el tratamiento. Con los trastornos cardíacos que aumentan a medida que la población envejece, nuevosse necesitan urgentemente estrategias para prevenir las arritmias, incluidos nuevos medicamentos, para ayudar a los pacientes cardíacos "
La fibrilación auricular es el tipo más común de arritmia, que afecta a un estimado de 2.7 millones a 6.1 millones de personas en los Estados Unidos, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de los EE. UU.
Y si bien se espera que la cantidad de personas que viven con algún tipo de arritmia aumente con el envejecimiento de la población de EE. UU., El movimiento de nuevos medicamentos potenciales para tratar las afecciones está rezagado en la línea de desarrollo, incluso en ensayos clínicos.
Gourdie dijo que el nuevo descubrimiento podría ser un cambio de paradigma en la comprensión de la activación eléctrica en el músculo cardíaco.
Los investigadores mostraron que los canales de sodio de las células del músculo cardíaco vecino pueden cooperar para mover la corriente eléctrica que conduce a impulsos regenerativos de una célula del músculo cardíaco a la siguiente.
"Los canales de sodio están literalmente pegados entre las células de una manera que parece garantizar que el disparo de los canales en una célula provoca canales asociados en la célula vecina", dijo Gourdie. "La maquinaria molecular parece estar en su lugar para las señales bioeléctricas parapaso entre las células del corazón, no muy diferente de cómo los impulsos saltan entre las células nerviosas de una manera similar a un escalón en las sinapsis neurales "
Se cree comúnmente que las señales bioeléctricas fluyen suavemente en el corazón de manera análoga, moviéndose continuamente de una célula a otra a través de estructuras conductoras, llamadas uniones huecas, que juntan directamente las células.
El nuevo estudio de Gourdie y sus colegas cuestiona esta idea.
Los investigadores, que incluyen al ex asociado postdoctoral de Gourdie, Rengasayee Veeraraghavan, ahora en la Universidad Estatal de Ohio; y su actual asociado postdoctoral, Daniel Hoagland; realizaron experimentos en cultivos de células cardíacas a partir de modelos animales utilizando una variedad de técnicas de análisis.
Junto con Steven Poelzing, profesor asociado, y James Smyth, profesor asistente, ambos en VTCRI, junto con investigadores de la Universidad de Michigan, la Universidad Case Western y el Imperial College de Londres, el equipo mostró la clave de esta célula:La interacción eléctrica entre células es un componente del canal de sodio de la membrana llamado subunidad beta, que también cumple una función de adhesión para unir el complejo del canal de sodio, formando una estructura que el equipo llama una efapsia.
"Durante nuestros experimentos, hemos demostrado que podemos despegar las ephapses y causar arritmias cardíacas", dijo Gourdie. "Lo que estamos buscando ahora es un medicamento para evitar que las ephapses se peguen. Creemos que si podemos encontrar unmedicamento que puede mantener esta pequeña área entre las células del músculo cardíaco juntas en estados de enfermedad, podríamos tener una nueva forma de estabilizar los ritmos cardíacos que han salido mal "
Durante el curso de la investigación, los científicos utilizaron una variedad de técnicas de análisis sofisticadas que incluyen microscopía de súper resolución, espectroscopía de impedancia de sustrato de células eléctricas, microscopía electrónica de transmisión, electrofisiología de miocitos aislados, microscopía confocal de escaneo de superficie y mapeo óptico y electrocardiografía.
"Nuestro paradigma para la propagación de impulsos en el corazón es muy simplista", dijo Igor Efimov, profesor y presidente del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad George Washington, quien comentó sobre el estudio pero no participó en la investigación."Enseñamos que la conducción eléctrica en el corazón está regulada principalmente por la conexina 43 o canales de sodio. Pero es más complicado que eso. Este documento revela con elegancia el papel de una subunidad reguladora que no solo está involucrada en la conducción eléctrica, sino que también regulaadhesión y, por lo tanto, crea una hendidura o espacio para proporcionar una base para la comunicación de célula a célula "
Efimov y Gourdie mencionaron que la investigación respalda una teoría del fisiólogo Nicholas Sperelakis en 1977 en la Universidad de Virginia. Sperelakis propuso un mecanismo de campo eléctrico de actividad eléctrica entre las células cardíacas excitadas, como una teoría precursora de lo que se ha venido a describir.como conducción ephaptic.
"Gourdie y sus colegas están mostrando una base sólida para la teoría de la conducción ephaptic", dijo Efimov. "La visión tradicional del acoplamiento eléctrico a través de canales de baja resistencia no es la única explicación. Este nuevo punto de vista podría cambiar la forma en que nosotrosenseñar a los estudiantes, y la evidencia presentada en el estudio también explica por qué varios medicamentos contra el cáncer no pueden usarse debido a su cardiotoxicidad ".
El estudio fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud, la Asociación Estadounidense del Corazón y el Instituto de Investigación Virginia Tech Carilion.
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Materiales proporcionado por Virginia Tech . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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