Can the human heart repair itself after a heart attack?

The heart has a limited, natural capacity to grow new muscle cells post-infarction, confirmed for the first time in human tissue by this study. The regeneration occurs through cardiomyocyte mitosis. However, the new cells produced are far too few to replace the muscle lost during a major attack, so the response exists but is functionally insufficient on its own.

Why can't doctors already fix heart failure?

Heart failure results from irreversible muscle loss. The heart compensates by working harder, which eventually fails. A heart transplant is the only cure, and donor organ supply is severely limited — roughly 144,000 Australians live with heart failure against approximately 115 transplants performed each year.

What did this heart study do differently from previous research?

Previous cardiac studies used post-mortem tissue, losing active molecular signals. This team collected tissue from living bypass surgery patients and preserved it in liquid nitrogen within fifteen minutes, capturing cell division activity that post-mortem sampling misses.

How long until a heart regeneration treatment is available?

There is no clinical treatment yet. The team identified proteins linked to cardiomyocyte division as drug targets, and the living tissue model is now a tool for testing compounds. Clinical translation from this type of foundational finding typically takes years of further research.

Сердечная мышца восстанавливается после инфаркта — впервые подтверждено у людей

Инфаркт уничтожает в среднем около трети мышечных клеток в поражённых камерах сердца. Эта потеря всегда считалась необратимой. Считалось, что сердечная мышца, в отличие от печени или кожи, практически неспособна восполнить то, что забирает серьёзное повреждение. Рубцевание, которое формируется на повреждённой ткани сердца, было финальной главой этой истории.

Оказывается, есть и другая глава. Исследователи из Сиднейского университета, работая с живой тканью сердца, взятой у пациентов во время шунтирования, подтвердили то, что ранее наблюдалось только у мышей: после инфаркта человеческое сердце начинает производить новые мышечные клетки.

Это открытие не означает, что сердце исцеляет себя само. Регенеративный ответ слишком мал, чтобы компенсировать масштаб повреждения. Но доказательство существования такой способности меняет то, на что могут нацелиться исследователи — и открывает возможность того, что когда-нибудь терапия сможет усилить то, что сердце уже пытается сделать.

Как это измерили

Сложность изучения ткани человеческого сердца всегда заключалась в проблеме времени. К тому моменту, как посмертный образец попадает в лабораторию, молекулярные сигналы активного деления клеток в значительной степени исчезают. Доктор Роберт Хьюм (Robert Hume), первый автор исследования и исследователь в Baird Institute for Applied Heart and Lung Research, помог решить эту проблему, разработав метод забора образцов у живых пациентов.

Пациенты, давшие согласие на операцию шунтирования в больнице Королевского принца Альфреда в Сиднее, согласились на забор небольших образцов ткани как из повреждённых, так и из неповреждённых участков сердца во время процедуры. Образцы были законсервированы в течение пятнадцати минут с помощью жидкого азота, что зафиксировало биологическую активность. Такой уровень точности, невозможный при работе с посмертным материалом, позволил команде обнаружить то, что упустили более ранние исследования: статистически значимое увеличение митоза кардиомиоцитов — процесса, при котором мышечные клетки делятся и размножаются — в сердцах пациентов, перенёсших инфаркт.

«Нам удалось показать статистически значимое увеличение митоза кардиомиоцитов в сердцах людей, перенёсших инфаркт», — отметил доктор Хьюм. Ранее учёные наблюдали тот же эффект у мышей. Это первый случай, когда он был задокументирован непосредственно в ткани человека.

Что на самом деле разрушают инфаркты

Масштаб проблемы объясняет, почему это открытие имеет значение, даже если регенеративный сигнал скромен. Тяжёлый инфаркт может уничтожить до миллиарда кардиомиоцитов — клеток, от которых сердце зависит для сокращений и координации работы камер. Выжившая мышца вынуждена компенсировать, часто растягиваясь. С годами эта компенсация даёт сбой. Сердце увеличивается, слабеет, и его способность перекачивать кровь к остальным органам снижается.

Конечная точка этого процесса — сердечная недостаточность, и у неё нет простого решения. Только в Австралии с этим заболеванием живут около 144 000 человек. Трансплантация в настоящее время является единственным радикальным лечением, и в стране проводится примерно 115 таких операций в год. Разрыв между потребностью и доступностью органов невозможно закрыть одной лишь хирургией.

Сердечно-сосудистые заболевания остаются ведущей причиной смерти в мире. Любая терапия, которая изменит исход после инфаркта — даже незначительно — затронет популяцию в десятки миллионов человек.

Почему это не закрывает вопрос

Естественный регенеративный ответ сердца, как сейчас считается, не успевает за повреждением, которое его запускает. Гибель клеток при крупном инфаркте намного превышает количество новых кардиомиоцитов, которые сердце производит в ответ. Доктор Хьюм прямо признал это: регенеративный ответ, хотя и реальный, недостаточен, чтобы предотвратить рубцевание сердца.

Существует также вопрос механизма, который в этой области ещё не до конца решён. Связанные исследования на сердцах людей с сердечной недостаточностью показали, что многие события репликации ДНК в кардиомиоцитах включают полиплоидизацию — накопление клетками дополнительных копий генома без фактического деления — и многоядерность, а не стандартное митотическое деление. Отделение истинной пролиферации от этих родственных, но различных процессов — часть технической задачи, которую модель живой ткани сердца команды из Сиднея теперь готова решать.

Исследование также опиралось на специфическую популяцию пациентов — людей, уже проходящих шунтирование, — которые могут не представлять весь спектр пациентов с инфарктом. Для понимания того, насколько последовательно проявляется этот регенеративный сигнал и различается ли он у более молодых пациентов, у пациентов с разным размером инфаркта или у тех, кто получил лечение рано или поздно, потребуются более масштабные и разнообразные исследования.

Что подсказывают белки

Команда также идентифицировала несколько белков в ткани человека, которые ранее были связаны с регенерацией сердца у мышей. Эти белки дают наиболее конкретную раннюю подсказку для разработки терапии. Если они являются молекулярными переключателями, запускающими деление кардиомиоцитов в ответ на повреждение, они становятся мишенями — тем, что лекарство могло бы активировать или усиливать.

Профессор Шон Лал (Sean Lal), старший автор исследования и кардиолог, специализирующийся на сердечной недостаточности в больнице Королевского принца Альфреда, описал, к чему стремится команда: «В конечном счёте цель состоит в том, чтобы использовать это открытие для создания новых клеток сердца, которые могли бы обратить вспять сердечную недостаточность. Использование моделей живой ткани человеческого сердца в нашей работе означает, что мы будем получать более точные и надёжные данные для разработки новых методов лечения сердечных заболеваний».

Модель живой ткани сама по себе теперь является исследовательским инструментом, независимым от этого единственного результата. Поскольку она сохраняет молекулярное состояние сердца в момент операции, её можно использовать для тестирования соединений, которые могут стимулировать деление клеток — без необходимости, чтобы другой человек сначала перенёс инфаркт.

Часто задаваемые вопросы о регенерации сердца

Может ли человеческое сердце восстанавливаться после инфаркта?

Сердце обладает ограниченной естественной способностью производить новые мышечные клетки после инфаркта, что данное исследование впервые подтверждает на ткани человека. Регенерация происходит за счёт митоза кардиомиоцитов — деления клеток. Количество новых клеток слишком мало, чтобы заменить мышцу, потерянную при крупном инфаркте, поэтому восстановительный ответ сердца существует, но сам по себе функционально недостаточен.

Почему врачи до сих пор не могут вылечить сердечную недостаточность?

Сердечная недостаточность является результатом необратимой потери мышечной ткани: сердце компенсирует ослабленные участки, работая интенсивнее, что в конечном итоге приводит к сбою. Трансплантация сердца — единственное лечение, а донорских органов катастрофически не хватает. Около 144 000 австралийцев живут с сердечной недостаточностью при примерно 115 трансплантациях в год. Разрыв между пациентами и доступными органами стимулирует поиск терапий, способных регенерировать повреждённую мышцу.

Чем это исследование отличается от предыдущих?

Предыдущие исследования регенерации сердца использовали посмертную ткань. К тому времени, как такие образцы попадают в лабораторию, молекулярные сигналы деления клеток исчезают. Команда из Сиднея собирала ткань у живых пациентов во время шунтирования и консервировала её в течение пятнадцати минут с помощью жидкого азота. Этот подход позволил зафиксировать активные биологические процессы, которые упускает посмертный забор — включая сигнал деления клеток, который является центральным результатом исследования.

Когда появится лечение?

Клинического лечения на основе этого открытия пока нет. Команда идентифицировала белки, которые могут регулировать деление кардиомиоцитов, и теперь они являются мишенями для разработки лекарств. Значимость этой работы в том, что она открывает терапевтическое направление, которое ранее считалось закрытым: взрослое человеческое сердце может производить новую мышцу, и у исследователей теперь есть инструмент для изучения того, как заставить его делать это в полезном масштабе.

Следующий этап исследования будет направлен на то, чтобы определить, какие белки можно усилить в модели живой ткани, и приведёт ли это к увеличению скорости деления клеток до уровней, которые могли бы реально компенсировать повреждение от инфаркта.

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