Ядерные испытания помогли узнать о работе сердца

Ядерные испытания 50-х годов прошлого века неожиданно дали науке метод определения способности к делению клеток человека, с помощью которого удалось ответить на давнишние вопросы, такие как, могут ли размножаться клетки сердечной мышцы.

Для изучения активности деления клеток ученые используют метод введения радиоактивных меток в организм, которые встраиваются в ДНК изучаемых клеток. С помощью этого метода определяют долю делящихся клеток в данный момент и узнают, сколько новых клеток образовалось в данной ткани в течение длительного периода. Эти знания чрезвычайно важны, так как лечение многих опаснейших заболеваний станет возможным, если научиться регулировать способность тех или иных клеток к размножению. Например, это направление перспективно для лечения инфаркта миокарда или при тяжелых отравлениях печени.

Однако «радиоактивные» клеточные исследования обычно проводят на животных, результаты которых автоматически не могут быть перенесены на человека. Неожиданное «счастье» принесли испытания ядерного оружия, проводившиеся в 1950-х и начале 1960-х годов – человечество невольно осуществило эксперимент по радиоактивному мечению своих клеток. Ведь ядерные испытания вызвали многократное увеличение содержания в атмосфере радиоактивного изотопа 14С, концентрация которого там стала снижаться быстрыми темпами (по экспоненте) после 1963 года, когда США, СССР и Великобритания подписали договор о запрещении ядерных испытаний в атмосфере, под водой и в космосе.

Радиоактивный изотоп углерода в составе углекислого газа аккумулировался в растениях, откуда по пищевым цепям (напрямую и через домашний скот и птицу) попадал в организм человека, т. е. в его клетки и ДНК. Таким образом, уровень изотопа 14С в геномной ДНК отражает возраст клетки. Сопоставляя содержание радиоизотопа углерода в той или иной клеточной популяции с его концентрацией в атмосфере, можно примерно узнать возраст клетки. При этом концентрация изотопа 14С в клетках с низкой способностью (или неспособностью) к размножению должна быть близка к его уровню в атмосфере в год рождения человека. Напротив, в активно делящихся клетках содержание изотопа будет близко к его концентрации в атмосфере в момент взятия биологического материала на анализ.

Впервые метод выявления способности клеток к обновлению на основе изучения содержания в них 14С в 2005 году предложили в своей работе исследователи из Каролинского института в Стокгольме (Швеция). Позже та же научная группа, с успехом использовала предложенный подход для доказательства неспособности нейронов коры головного мозга к делению (после рождения человека) и показали, что клетки жировой ткани (адипоциты) регулярно обновляются со скоростью 10% в год. И, наконец, в этом году были опубликованы результаты исследования способности к делению сердечных клеток кардиомиоцитов.

Сначала авторы работы проанализировали содержание радиоактивного изотопа в образцах тканей сердца (взятых при вскрытии или из Британского банка тканей человека) у людей, родившихся в период ядерных испытаний, т.е. когда содержание 14С в атмосфере было высоким. Уровень радиоизотопа в исследованных клетках миокарда соответствовал его концентрации в атмосфере, наблюдавшейся через несколько лет после их рождения. Это говорит о синтезе ДНК в кардиомиоцитах человека, т.е. об их способности к размножению.

Затем аналогичный анализ был проведен у людей, родившихся в разные годы до начала ядерных испытаний. Оказалось, что во всех образцах, в том числе и взятых у людей, родившихся за 22 года до ядерных испытаний, содержание 14С было повышенным. Это означает, что обновление клеток сердца происходит на протяжении всей жизни человека.

После этого дополнительные эксперименты ученых подтвердили, что размножаются именно кардиомициты, а не другие клетки миокарда. Также углубленные исследования показали, что накопление радиоизотопа в кардиомиоцитах происходит именно вследствие их регенерации. Другие процессы или болезни, как удалось доказать, могут вносить лишь весьма незначительные изменения в содержание 14С в тканях – ниже границы чувствительности метода.

Затем исследователям предстояло решить вопрос, как быстро могут обновляться кардиомиоциты. Для этого они испробовали несколько математических моделей, подбирая ту, что наилучшим образом описывает экспериментальные данные. Выбранная модель позволила рассчитать, что в возрасте 25 лет у человека делятся примерно 1% кардиомиоцитов в год. С возрастом их активность становится меньше, и к 75 годам составляет около 0,45%. Таким образом, обновляемость кардиомиоцитов в течение жизни низкая, однако так называемый регенеративный потенциал у ткани сердца есть. Это означает, что есть прочное основание для создания лекарственных препаратов, усиливающих обновление кардиомиоцитов, то есть способствующих восстановлению сердечной мышцы.