(Medical Xpress) – биоинженеры из Университета Райса обнаружили новые доказательства возможной связи между диабетом и затвердеванием сердечных клапанов.
Лаборатория риса в сотрудничестве с Медицинским научным центром Техасского университета в Хьюстонской медицинской школе (UTHealth) обнаружила, что интерстициальным клеткам, которые превращают сырье в сердечные клапаны, требуется только нужное количество питательных веществ для правильного метаболизма.
Сюрпризом было то, что скармливание им слишком большого количества глюкозы, сахара, замедлило работу клеток.
Диабет – это нарушение обмена веществ, характеризующееся высоким уровнем сахара в крови в течение длительного периода; исследование атеросклероза, проведенное в 2006 году исследователями Вашингтонского университета, обнаружило корреляцию между диабетом и кальцификацией аортального клапана.
В новой работе лаборатории Джейн Гранде-Аллен из отдела биоинженерии Райс, недавно занявшей No. 5 в стране от U.S. Новости & World Report, исследователи впервые непосредственно увидели влияние высокого уровня сахара в крови на метаболизм клеток сердечного клапана. Исследование появится в этом месяце в Журнале интерфейса Королевского общества.
"Наиболее значимый результат исследования заключается в том, что высокая концентрация глюкозы на самом деле может быть пагубной для клеток аортального клапана и их поведения при взаимодействии с внеклеточным матриксом," сказал ведущий автор Питер Камел, который проводил эксперименты, будучи студентом Райса. Он учится на третьем курсе медицинского колледжа Бейлора, где завершает программу двойного диплома, предлагаемую соседними учреждениями Хьюстона.
"Мы видели на множестве других типов клеток, таких как клетки почек, сетчатки и нервов, что высокие концентрации глюкозы могут напрямую повредить эти клетки и их деятельность," он сказал. "Это приводит к тому, что у пациентов с диабетом возникают проблемы со зрением, а также с нервами и почками.
"Результаты, согласно которым высокая концентрация глюкозы также может вызывать патологическое ремоделирование клетками аортального клапана, могут свидетельствовать о том, что диабет также является непосредственной причиной заболевания аортального клапана," он сказал.
Лаборатория Гранд-Аллена изучает биомеханику сердечных клапанов, в частности, их кальцификацию или отвердение, состояние, которое снижает приток крови к сердцу. В новом исследовании исследователи рассмотрели малоизученный процесс межклеточного метаболизма межклеточных клапанов.
"О метаболизме сердечных клапанов почти ничего не известно, но метаболизм лежит в основе всего," Гранд-Аллен сказал. "Это одно из основных направлений деятельности ячейки."
Идея исследования возникла, когда она встретилась с Генрихом Тэгтмайером, кардиологом и профессором UTHealth. Эксперименты Камела объединили идеи Тэгтмейера о клеточном метаболизме и возможности лаборатории Гранд-Аллена по исследованию способов манипулирования интерстициальными клетками. Инженер-химик из Райса Дипак Награт также поделился ключевой информацией о том, как исследовать метаболизм этих клеток.
Камель начал с растворов коллагена, самого распространенного белка в организме, и клеток, взятых из сердечных клапанов аорты свиней. Большинство растворов также содержали питательные вещества – глюкозу, пируват, глутамин или смесь добавок под названием F-12 – для стимуляции метаболизма клеток.
По словам Гранде-Аллена, когда клетки работали на пике, они превращали жидкость в гель, поглощая и метаболизируя питательные вещества, а затем превращали сырой коллаген в соединительную ткань. "Клетки стянули коллаген и сжали его в упакованные структуры," она сказала.
"Этот тест чрезвычайно чувствителен к тому, сколько глюкозы вы даете клеткам," она сказала. "Когда мы не давали им глюкозу, ничего не происходило. Если бы мы дали им немного, мы бы ждали и ждали. Иногда, примерно через две недели, клетки начинали сокращаться.
"Глюкоза помогает клеткам делать много вещей. Он обеспечивает необходимое топливо для их функции и помогает им производить углеводы, входящие в состав гликопротеинов, протеогликанов и гликолипидов, но клеткам приходится очень много работать, чтобы переработать все это," Гранд-Аллен сказал. "Может быть, именно это происходит с сокращением коллагенового геля, когда мы даем им больше глюкозы."
Исследователи обнаружили, что растворы с 2 граммами глюкозы на литр были оптимальными для сокращения. Поскольку стандартные растворы бывают стандартной концентрации 1 и 4.5 граммов на литр, исследователи, которые не смешивают свои собственные растворы, могут легко упустить связь между уровнем глюкозы и метаболизмом, сказал Камель.
"Интересно, что стандартные концентрации были не лучшими," Гранд-Аллен сказал.
"Я также хочу отслеживать влияние более высоких концентраций глюкозы," она сказала. "Мы знаем, что кальцифицированная болезнь аортального клапана тесно связана с метаболическим синдромом, который может привести к диабету 2 типа. Это не так часто, как связь между атеросклерозом и диабетом, но это определенно заметная и сильная подгруппа."
Чтобы понять любое заболевание, связанное с сердечным клапаном, "нам нужно понять механизм того, как клетки взаимодействуют с избытком липидов и сахаров, и мы только начинаем царапать поверхность," она сказала. "Так что такая работа довольно фундаментальна."