¿Por qué el pez cebra puede regenerar el tejido cardíaco dañado, mientras que otras especies de peces no pueden?

Así, los biólogos de la Universidad de Utah, dirigidos por el profesor asistente Jamie Gagnon, abordaron el problema comparando dos especies de peces: el pez cebra, que puede regenerar su corazón, y el medaka, que no puede.

Un cuento de dos peces.

El equipo identificó algunas explicaciones posibles, en su mayoría asociadas con el sistema inmunológico, de cómo el pez cebra repara el tejido cardíaco, según una investigación recientemente publicada.

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«Pensamos que al comparar estos dos peces que tienen una morfología cardíaca similar y viven en hábitats similares, podríamos tener más posibilidades de encontrar realmente cuáles son las principales diferencias», dijo Clayton Carey, investigador postdoctoral en el laboratorio de Gagnon y autor principal del estudio. el nuevo estudio.

El equipo de Gagnon no ha podido resolver el misterio (todavía), pero su estudio ha arrojado nueva luz sobre los mecanismos moleculares y celulares que intervienen en la regeneración del corazón del pez cebra.

«Nos dijo que estos dos corazones que parecen muy similares son en realidad muy diferentes», dijo Gagnon.

Ambos miembros de la familia teleósteos de peces con aletas radiadas, el pez cebra (danio rerio) y medaka (Oryzias latipes) descendió de un ancestro común que vivió hace millones de años. Ambos miden aproximadamente 1,5 pulgadas de largo, viven en agua dulce y están equipados con corazones de dos cámaras. Los medaka son originarios de Japón y el pez cebra es originario de la cuenca del río Ganges.

Según el estudio, la existencia de peces que no se regeneran presenta una oportunidad para contrastar las diferentes respuestas al daño para identificar las características celulares únicas de las especies que se están regenerando. Gagnon sospecha que la regeneración del corazón es un rasgo ancestral común a todos los teleósteos.

Comprender el camino evolutivo que condujo a la pérdida de esta capacidad en algunas especies de teleósteos puede ofrecer información paralela sobre por qué los mamíferos no pueden regenerarse como adultos.

Con sus distintivas rayas horizontales, el pez cebra ha sido popular durante mucho tiempo como mascota en los Estados Unidos. En la década de 1970, los biólogos adoptaron el pez cebra como organismo modelo para el estudio del desarrollo embrionario de los vertebrados.

A los científicos les gusta el pez cebra porque pueden propagarse por miles rápidamente en los laboratorios, son fáciles de estudiar y han demostrado ser extremadamente resistentes.

Un shock frío para el corazón.

Para llevar a cabo sus experimentos, el laboratorio de Gagnon utilizó un dispositivo llamado criosonda para dañar los corazones de los peces de manera que imitan los ataques cardíacos en humanos, luego extrajeron los corazones después de ciertos períodos de tiempo para aprender si las dos especies respondían de manera diferente.

Carey hizo la criosonda a partir de un trozo de alambre de cobre, que se enfrió en nitrógeno líquido a aproximadamente -170 grados Celsius. Los miembros del equipo hicieron pequeñas incisiones en el vientre del pez para exponer sus corazones y luego aplicaron la sonda durante 23 segundos en el borde del corazón.

En el 95% de los casos, los peces sobrevivieron al procedimiento, aunque no por mucho tiempo. Después de tres o 14 días, se extrajeron sus corazones y se disolvieron en una solución unicelular, que luego se sometió a secuenciación de ARN en busca de marcadores que indicaran cómo respondieron los peces a la lesión.

«El pez cebra tiene esta respuesta inmune que es típica de lo que se puede ver durante una infección viral, llamada respuesta de interferón», dijo Carey. «Esa respuesta está completamente ausente en medaka».

El estudio documentó diferencias en el reclutamiento y el comportamiento de las células inmunitarias, la señalización de las células epicárdicas y endoteliales y alteraciones en la estructura y forma del corazón. Por ejemplo, los medaka no tienen cierto tipo de células musculares que están presentes en el pez cebra.

Cómo el pez cebra cura el tejido cardíaco dañado

«Mi pensamiento es que el ancestro de todos los animales puede regenerar su corazón después de una lesión, y luego esto se ha perdido repetidamente en diferentes tipos de animales», dijo Gagnon. “Me gustaría entender por qué. ¿Por qué perderías esta gran característica que te permite regenerar tu corazón después de una lesión?

El estudio indica que la capacidad del pez cebra para regenerarse tiene algo que ver con su sistema inmunológico, pero entender exactamente cómo requerirá más investigación. Por ejemplo, muchos más macrófagos, células inmunes especializadas, migraron al sitio de la herida en el pez cebra que en el medaka.

A diferencia del medaka, el pez cebra forma una cicatriz temporal que no se calcifica formando tejido rígido.

«Lo que haces con esa cicatriz es lo importante», dijo Gagnon. «Creemos que la respuesta del interferón hace que estas células macrófagas especializadas entren en el sitio de la herida y comiencen a promover el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos».

Con el tiempo, nuevos músculos reemplazan el tejido cardíaco dañado y el corazón sana.

«Cuanto más aprendamos sobre cómo los animales pueden regenerar tejido, cómo esos rasgos se perdieron en nosotros y en otros animales, nos ayudará a pensar en nuestras limitaciones y en cómo podemos idear estrategias que nos ayuden a superarlas», dijo Gagnon. «Nuestra esperanza es construir esta base de conocimiento en animales que sean realmente accesibles y que puedan estudiarse con increíble detalle, luego usar ese conocimiento para generar experimentos más enfocados en mamíferos, y tal vez algún día en pacientes humanos».

CRÉDITO DE LA IMAGEN: Brian Maffly, Universidad de Utah

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