Immagine: Public Domain.
I ricercatori hanno studiato la funzione di una complessa rete di fibre muscolari che rivestono la superficie interna del cuore. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature, fa luce sulle domande poste da Leonardo da Vinci 500 anni fa e mostra come la forma di questi muscoli influisce sulle prestazioni cardiache e sull’insufficienza cardiaca.
Questo progetto ha incluso collaboratori dell’EMBL’s European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), del Cold Spring Harbor Laboratory,MRC London Institute of Medical Sciences, l’Università di Heidelberg e il Politecnico di Milano.
Negli esseri umani, il cuore è il primo organo funzionale a svilupparsi e inizia a battere spontaneamente solo quattro settimane dopo il concepimento. All’inizio dello sviluppo, il cuore sviluppa una rete intricata di fibre muscolari – chiamate trabecole – che formano motivi geometrici sulla superficie interna del cuore. Si pensa che aiutino a ossigenare il cuore in via di sviluppo, ma la loro funzione negli adulti è rimasta un enigma irrisolto dal XVI secolo.
Per comprendere i ruoli e lo sviluppo delle trabecole, un team internazionale di ricercatori ha utilizzato l’intelligenza artificiale per analizzare 25.000 scansioni di risonanza magnetica (MRI) del cuore, insieme alla morfologia cardiaca associata e ai dati genetici. Lo studio rivela come funzionano e si sviluppano le trabecole e come la loro forma può influenzare le malattie cardiache. UK Biobank ha reso i dati dello studio apertamente disponibili.
Soluzioni all’enigma biologico di Leonardo da Vinci
Leonardo da Vinci fu il primo a disegnare le trabecole e i loro modelli frattali simili a fiocchi di neve nel XVI secolo. Ipotizzò che riscaldano il sangue mentre scorre attraverso il cuore, ma la loro vera importanza non è stata riconosciuta fino ad ora.
“I nostri risultati rispondono a domande molto vecchie nella biologia umana di base. Con il progredire delle analisi genetiche su larga scala e dell’intelligenza artificiale, stiamo riavviando la nostra comprensione della fisiologia a una scala senza precedenti “, dice Ewan Birney, vice-Direttore Generale dell’EMBL.
La ricerca suggerisce che la superficie ruvida dei ventricoli cardiaci consente al sangue di fluire in modo più efficiente durante ogni battito cardiaco, proprio come le fossette su una pallina da golf riducono la resistenza dell’aria e aiutano la pallina a viaggiare ulteriormente.
Lo studio evidenzia anche sei regioni nel DNA umano che influenzano il modo in cui si sviluppano i modelli frattali in queste fibre muscolari. Curiosamente, i ricercatori hanno scoperto che due di queste regioni regolano anche la ramificazione delle cellule nervose, suggerendo che un meccanismo simile potrebbe essere all’opera nel cervello in via di sviluppo.
“Il nostro lavoro ha notevolmente migliorato la nostra comprensione dell’importanza delle trabecole miocardiche“, spiega Hannah Meyer, Principal Investigator presso il Cold Spring Harbor Laboratory. “Forse ancora più importante, abbiamo anche dimostrato il valore di un team di ricercatori veramente multidisciplinare. La combinazione di genetica, ricerca clinica e bioingegneria ci ha portato a scoprire il ruolo inaspettato delle trabecole miocardiche nella funzione del cuore adulto”.
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Trabecole e rischio di insufficienza cardiaca
I ricercatori hanno scoperto che la forma delle trabecole influisce sulle prestazioni del cuore, suggerendo un potenziale collegamento con le malattie cardiache. A conferma di ciò, i ricdercatori hanno analizzato i dati genetici di 50.000 pazienti e hanno scoperto che diversi modelli frattali in queste fibre muscolari influivano sul rischio di sviluppare insufficienza cardiaca.
Ulteriori ricerche sulle trabecole possono aiutare gli scienziati a capire meglio come si sviluppano le malattie cardiache comuni e ad esplorare nuovi approcci al trattamento.
“Leonardo da Vinci ha abbozzato questi muscoli intricati all’interno del cuore 500 anni fa, ed è solo ora che stiamo iniziando a capire quanto siano importanti per la salute umana. Questo lavoro offre una nuova direzione entusiasmante per la ricerca sull’insufficienza cardiaca che colpisce quasi 1 milione di persone nel Regno Unito “, afferma Declan O’Regan, scienziato clinico e consulente radiologo presso l’MRC London Institute of Medical Sciences.
Fonte: Nature
