Por que o peixe-zebra pode regenerar tecido cardíaco danificado, enquanto outras espécies de peixes não conseguem
Clayton Carey lida com um tanque contendo peixes medaka no laboratório Gagnon. Crédito:Brian Maffly, Universidade de Utah Um ataque cardíaco deixará uma cicatriz permanente no coração humano, mas outros animais, incluindo alguns peixes e anfíbios, podem limpar o tecido cicatricial cardíaco e regenerar músculos danificados quando adultos.
Os cientistas têm procurado descobrir como funciona o poder especial na esperança de avançar nos tratamentos médicos para pacientes cardíacos humanos, mas as grandes diferenças fisiológicas entre peixes e mamíferos tornam essas investigações difíceis.
Assim, biólogos da Universidade de Utah, liderados pelo professor assistente Jamie Gagnon, abordaram o problema comparando duas espécies de peixes:o peixe-zebra, que consegue regenerar o seu coração, e o medaka, que não consegue.
Uma história de dois peixes
A equipe identificou algumas explicações possíveis, principalmente associadas ao sistema imunológico, sobre como o peixe-zebra fixa o tecido cardíaco, de acordo com uma pesquisa publicada na Biology Open. .
“Pensamos que, comparando estes dois peixes que têm morfologia cardíaca semelhante e vivem em habitats semelhantes, poderíamos ter uma melhor chance de realmente descobrir quais são as principais diferenças”, disse Clayton Carey, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Gagnon e autor principal do estudo. o novo estudo.
A equipa de Gagnon não foi capaz de resolver o mistério – ainda – mas o seu estudo lançou uma nova luz sobre os mecanismos moleculares e celulares em jogo na regeneração do coração do peixe-zebra.
“Isso nos disse que esses dois corações que parecem muito semelhantes são, na verdade, muito diferentes”, disse Gagnon.
Ambos os membros da família dos peixes com nadadeiras raiadas, o peixe-zebra (Danio rerio) e o medaka (Oryzias latipes) descendem de um ancestral comum que viveu há milhões de anos. Ambos têm cerca de 1,5 centímetros de comprimento, habitam água doce e estão equipados com corações de duas câmaras. Medaka são nativos do Japão e os peixes-zebra são nativos da bacia do rio Ganges.
De acordo com o estudo, a existência de peixes não regeneradores apresenta uma oportunidade para contrastar as diferentes respostas às lesões para identificar as características celulares únicas das espécies em regeneração. Gagnon suspeita que a regeneração cardíaca seja uma característica ancestral comum a todos os teleósteos.
Compreender o caminho evolutivo que levou à perda desta capacidade em algumas espécies de teleósteos poderia oferecer insights paralelos sobre por que os mamíferos não conseguem se regenerar quando adultos.
Com suas listras horizontais distintas, os peixes-zebra são populares como animais de estimação nos Estados Unidos. Na década de 1970, o peixe-zebra foi adotado pelos biólogos como organismo modelo para estudar o desenvolvimento embrionário de vertebrados.
Os cientistas gostam do peixe-zebra porque eles podem ser propagados rapidamente aos milhares em laboratórios, são fáceis de estudar e provaram ser extremamente resistentes.
Peixe-zebra utilizado em pesquisa na Universidade de Utah. Crédito:Brian Maffly, Universidade de Utah
Choque frio no coração
Para conduzir as suas experiências, o laboratório de Gagnon utilizou um dispositivo chamado criossonda para ferir os corações dos peixes de uma forma que imita ataques cardíacos em humanos, depois extraiu os corações após determinados períodos de tempo para aprender como as duas espécies responderam de forma diferente.
Carey fez a criossonda com um pedaço de fio de cobre, que foi resfriado em nitrogênio líquido a cerca de 170 graus Celsius negativos. Os membros da equipe fizeram pequenas incisões na barriga dos peixes para expor seus corações e depois aplicaram a sonda por 23 segundos na borda do coração.
Em 95% dos casos, os peixes sobreviveram ao procedimento, embora não por muito tempo. Após três ou 14 dias, seus corações foram extraídos e dissolvidos em uma solução unicelular, que foi então submetida ao sequenciamento de RNA em busca de marcadores que indicassem como os peixes responderam à lesão.
“O peixe-zebra tem uma resposta imunológica típica daquela que você pode ver durante uma infecção viral, chamada resposta de interferon”, disse Carey. "Essa resposta está completamente ausente no medaka."
O estudo documentou diferenças no recrutamento e comportamento de células imunológicas, sinalização de células epicárdicas e endoteliais e alterações na estrutura e composição do coração. Por exemplo, os medaka não possuem um certo tipo de células musculares que estão presentes no peixe-zebra.
Como o peixe-zebra cura tecido cardíaco danificado
“Meu palpite é que o ancestral de todos os animais poderia regenerar seu coração após uma lesão, e isso foi repetidamente perdido em diferentes tipos de animais”, disse Gagnon. "Eu gostaria de entender por quê. Por que você perderia esse ótimo recurso que permite regenerar seu coração após uma lesão?"
O estudo indica que a capacidade de regeneração do peixe-zebra tem algo a ver com o seu sistema imunológico, mas entender exatamente como exigiria mais pesquisas. Por exemplo, muito mais macrófagos, células imunológicas especializadas, migraram para o local da ferida no peixe-zebra do que no medaka.
Ao contrário do medaka, o peixe-zebra forma uma cicatriz transitória que não se calcifica em tecido rígido.
“O que você faz com essa cicatriz é o que importa”, disse Gagnon. “Achamos que a resposta do interferon faz com que essas células macrófagas especializadas entrem no local da ferida e comecem a promover o crescimento de novos vasos sanguíneos”.
Com o tempo, um novo músculo substitui o tecido cardíaco danificado e o coração cicatriza.
"Quanto mais aprendemos sobre como os animais podem regenerar tecidos, como essas características foram perdidas em nós e em outros animais, isso nos ajudará a pensar sobre nossas limitações e como podemos criar estratégias para nos ajudar a superá-las", disse Gagnon.
“Nossa esperança é que construamos essa base de conhecimento em animais que sejam realmente acessíveis e possam ser estudados com detalhes incríveis, e então usemos esse conhecimento para gerar experimentos mais focados em mamíferos, e então talvez algum dia em pacientes humanos”.
