Cô ấy nghiên cứu các động mạch đang phát triển để hỗ trợ phục hồi cơn đau tim

Người ta ước tính rằng cơ thể con người chứa khoảng 60,000 dặm mạch máu. Tim phải bơm máu qua mỗi inch của chúng không ngừng để đáp ứng nhu cầu vô tận của cơ thể về oxy và chất dinh dưỡng. Nhưng vì tim cũng có những nhu cầu riêng của nó, một số mạch máu đó tạo thành một dải động mạch vành chạy qua cơ tim. Nếu có vấn đề xảy ra với các động mạch đó - chẳng hạn như khi một mảng bám cholesterol phát triển trên lớp lót của chúng bị vỡ và làm tắc nghẽn chúng - các phần của tim có thể gặp trục trặc và đôi khi chết. Ngay cả khi ai đó sống sót sau cơn đau tim như vậy, mô sẹo tạo ra có thể làm suy giảm vĩnh viễn sức mạnh và hiệu quả của tim. Do đó, hiểu được sự tăng trưởng, phát triển và duy trì của các động mạch vành là rất quan trọng để giảm số người mắc bệnh tim.

ngựa đỏ Kristy, phó giáo sư sinh học tại Đại học Stanford và là thành viên của Viện Sinh học tế bào gốc và Y học tái tạo của trường, đã trở thành người đi đầu trong việc theo đuổi sự hiểu biết đó. Cô đã công bố những nghiên cứu mang tính đột phá về nguồn gốc của các mạch máu trong tim của động vật có vú. Hy vọng là những gì cô ấy và các đồng nghiệp đã học được về sự phát triển của những mạch máu đó trong quá trình phát triển của thai nhi có thể giúp giải cứu trái tim sau cơn đau tim.

Vào năm 2021, Viện Y khoa Howard Hughes (HHMI) đã chọn Red Horse cho giải thưởng uy tín của mình Chương trình Điều tra viên, có lẽ là giải thưởng phong phú nhất trong sinh học. Phòng thí nghiệm Stanford của cô sẽ nhận được 9 triệu đô la trong khoảng thời gian bảy năm để tài trợ cho nghiên cứu của mình. Khoản tài trợ này mang lại lợi ích cho khoa học của cô ấy, nhưng nó cũng tạo cơ hội cho Red Horse, người gốc Cherokee, nhân đôi sự ủng hộ và vận động của cô ấy đối với các nhà khoa học người Mỹ bản địa.

Quanta đã nói chuyện với Red Horse vào mùa hè năm ngoái khi cô ấy đến thăm New York và sau đó là các cuộc gọi video. Các cuộc phỏng vấn đã được cô đọng và chỉnh sửa cho rõ ràng.

Vào năm 2021, bạn được bổ nhiệm làm Điều tra viên HHMI cho nghiên cứu của bạn liên quan đến quá trình tái tạo và sửa chữa mô tim. Bạn có thể vui lòng mô tả những nghiên cứu?

Công việc đó tập trung vào tim và các mạch máu của nó — quá trình phát triển phôi thai và các chức năng sinh học của chúng. Cụ thể, chúng tôi đang tập trung vào cách hệ thống tim mạch được hình thành và các mạch máu chuyên biệt được gọi là động mạch phụ. Chúng có thể được tìm thấy ở động vật như chuột và chuột lang, và cả một số (nhưng không phải tất cả) con người.

Thông thường, tài sản thế chấp hình thành để đáp ứng với chấn thương tim. Khi mạch vành đưa máu đến cơ tim bị tổn thương, các động mạch phụ sẽ tạo ra các kết nối mới ở vùng bị thương. Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã thấy rằng khi các động mạch vành bị tắc nghẽn, các nhánh phụ trong một số trường hợp có thể trở thành một con đường thay thế cho lưu lượng máu đến cơ tim. Chúng có thể hoạt động như những đường tránh tự nhiên.

Điều này có thể quan trọng để điều trị bệnh tim?

Vâng, chúng tôi hy vọng rằng việc hiểu các tài sản thế chấp có thể là chìa khóa cho một loại liệu pháp tái tạo mới. Những gì chúng tôi đang xem xét là loại mạch máu này phát triển như thế nào và liệu tại một thời điểm nào đó trong tương lai, việc kích thích chúng phát triển có thể là một liệu pháp hiệu quả cho những người bị tắc nghẽn động mạch vành hay không.

Các cơn đau tim xảy ra khi máu không thể đi xung quanh tắc nghẽn mạch máu. Giống như đột quỵ, chúng xảy ra trong mạch máu. Khi cơ tim bị thiếu oxy và chất dinh dưỡng, mô tim sẽ chết. Đó là lý do tại sao, trong nhiều trường hợp, suy tim xảy ra. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể tìm ra cách tạo ra các động mạch vành mới để mang chất dinh dưỡng đến tim? Chúng ta có thể ngăn chặn cái chết của cơ tim?

Một trong những khám phá lớn của chúng tôi là các tài sản thế chấp trong tim của động vật có vú dễ dàng hình thành ngay sau khi sinh - tức là ở trẻ sơ sinh hoặc trẻ sơ sinh. Đây có thể là một lý do tại sao trong một số ít trường hợp trẻ sơ sinh bị đau tim, chúng có thể hồi phục nhanh chóng. Tài sản thế chấp của họ mở rộng ra khỏi các động mạch thông thường và di chuyển về phía chấn thương. Nhưng ở người lớn, quá trình này kém hiệu quả hơn.

Bạn đã đi được bao xa trong nghiên cứu của mình?

Chà, trong số những điều chúng tôi đã phát hiện ra là những động mạch phụ này được tạo ra từ cùng loại tế bào như động mạch thông thường.

Trước nghiên cứu của chúng tôi, người ta cho rằng các tài sản thế chấp mới chỉ là các mao mạch đã biến đổi — các mạch máu nhỏ, có từ trước đang được mở rộng và tu sửa. Điều đó có xảy ra, nhưng trên thực tế, các tài sản thế chấp cũng có thể mọc ra từ các động mạch hiện có.

Trong các thí nghiệm với chuột non, chúng tôi đã tạo ra tắc nghẽn mạch máu và đau tim. Điều đó đặt ra sự phát triển của tài sản thế chấp mới ở động vật. Các tài sản thế chấp bắt nguồn từ lớp lót của các động mạch thông thường và sau đó phát triển đến nơi xảy ra thiệt hại.

Sau đó, chúng tôi đã xác định được một loại protein, CXCL12, kích hoạt sự hình thành động mạch phụ. Chúng tôi đã sử dụng nó để đánh thức lại quá trình ở những con chuột trưởng thành. Ngay bây giờ, chúng tôi đang tìm kiếm các protein khác tham gia vào quá trình này. Tiếp theo chúng ta có ý định tìm hiểu tại sao một số người có tài sản thế chấp còn những người khác thì không.

Các nhà khoa học nổi tiếng nói rằng bạn và các đồng nghiệp của bạn đã thay đổi nghiên cứu mạch vành. Đồng nghiệp Stanford của bạn Irving Weissman, nhà nghiên cứu tế bào gốc huyền thoại, nói với tôi, “Kristy đã cho chúng tôi một cách nhìn hoàn toàn khác về mạch máu.”

Tôi nghĩ anh ấy đang nói về công việc sau tiến sĩ của tôi với Đánh dấu Krasnow. Cho đến khi chúng tôi xuất bản nó vào năm 2010, kiến ​​thức thông thường vẫn cho rằng các động mạch vành được tạo ra từ lớp vỏ tế bào của tim phôi thai — mô gọi là ngoại tâm mạc. Tuy nhiên, trong các thí nghiệm của chúng tôi, chúng tôi thấy rằng chúng bắt nguồn từ hai nguồn khác: một tĩnh mạch bên cạnh tim được gọi là xoang tĩnh mạch và lớp lót bên trong của tim, nội tâm mạc.

Để khám phá điều này, tôi đã sử dụng các kỹ thuật mới để xem xét sự phát triển của tim. Cách cũ để có được một cửa sổ về những gì đang xảy ra là tạo ra các phần mô, những lát mô rất mỏng để xem từng mảnh nhỏ của trái tim. Tôi mang đến ý tưởng này để xem xét toàn bộ cơ quan cùng một lúc. Cách tiếp cận này tiết lộ nguồn gốc của các động mạch vành bởi vì bạn có thể thấy chúng bắt đầu từ đâu và bạn có thể thấy các kết nối vật lý mà bạn không thể thấy khi bạn chỉ cắt và cắt mô.

Hơn nữa, Irv Weissman đã tạo ra kỹ thuật mới lạ này để quan sát các tế bào riêng lẻ. Anh ấy đã tạo ra dòng chuột được biến đổi đặc biệt này, trong đó chúng tôi có thể đánh dấu chỉ một vài tế bào trong một khu vực bằng màu sắc. Sau khi đánh dấu các ô, bạn có thể thấy trong quá trình phát triển, các ô và thế hệ con của chúng di cư đến đâu. Chúng tôi đã sử dụng điều đó để giúp chúng tôi xác nhận rằng các động mạch vành đến từ tĩnh mạch và lớp lót bên trong của tim.

Hẳn là rất thú vị khi khám phá ra một điều bất ngờ như vậy.

Tuyệt đối. Thật hồi hộp khi chúng tôi thực sự thấy rằng có hai tổ tiên khác nhau của mạch vành và chúng tôi thấy chúng đến từ bên trong buồng tim.

Bạn có thể thấy bên trong trái tim như phun ra những quả bóng nhỏ này. Chúng xuất hiện trong những vòng tròn này, như thể chúng là những quả bóng bãi biển nhỏ. Và sau đó họ tản ra. Tôi giống như, “Cái gì? Ồ!" Đó không phải là cách chúng tôi dự đoán các mạch máu phát triển.

Điều thú vị nữa là nếu bạn quan sát từng tế bào riêng lẻ trong quá trình phát triển mạch vành, bạn có thể biết tế bào nào đến từ tĩnh mạch và tế bào nào đến từ niêm mạc tim. Họ mang chữ ký phân tử khác nhau. Nhưng vào thời điểm các mạch vành đã trưởng thành, tất cả các tế bào dường như hội tụ về cùng một dạng chính xác, cho đến mức độ biểu hiện gen giống hệt nhau. Vì vậy, họ phản ứng với chấn thương tim theo cùng một cách.

Tại sao tự nhiên lại có hai cách khác nhau để tạo ra cùng một tế bào? Điều đó có vẻ lãng phí một cách kỳ lạ.

Có ít nhất một vài ý tưởng về điều đó. Một khả năng là do các động mạch vành rất quan trọng đối với sức khỏe của động vật, điều này mang lại cho chúng ta một cách dự phòng để phát triển chúng. Trong các thí nghiệm, chúng tôi đã chỉ ra rằng nếu sự phát triển của các mạch vành từ xoang tĩnh mạch bị gián đoạn, các mạch từ nội tâm mạc sẽ mở rộng để lấp đầy khoảng trống.

Có hai nguồn cũng có thể giúp mạng lưới động mạch vành phát triển nhanh hơn. Nhiều nguyên liệu ban đầu hơn có nghĩa là mở rộng nhanh hơn. Sự phát triển tối ưu của các mạch máu dường như rất quan trọng để đảm bảo rằng bản thân cơ tim phát triển nhanh chóng thành một dạng chặt chẽ, nhỏ gọn mà tim cần để đập hiệu quả.

Sản phẩm Thiên nhiên bài báo trong đó bạn, Weissman và Krasnow mô tả hai nguồn động mạch vành là một quả bom đạn. Sau đó, bạn có tự hỏi liệu bạn có bao giờ đứng đầu không?

Đó là một điều hào nhoáng, phát hiện đó. Và khi bạn làm một điều hào nhoáng, rất nhiều người thảo luận về nó và tự hỏi liệu nó có thực sự đúng không. Những gì tôi đã làm trong vài năm tiếp theo trong phòng thí nghiệm của mình là phát triển các công cụ mới để chúng tôi có thể chế tạo nó. Chúng tôi đã chỉ ra rằng bài báo hào nhoáng là thực sự đúng, và tiếp theo tôi tập trung vào việc chứng minh các chi tiết.

Đó là một trong những điều mà tôi nghĩ là đặc biệt về phòng thí nghiệm của tôi. Chúng tôi không chỉ xuất bản ấn phẩm hấp dẫn và sau đó tiếp tục. Chúng tôi dành thời gian để mô tả sinh học và chúng tôi thực sự nỗ lực để đảm bảo rằng chúng tôi đúng.

Chương trình điều tra viên HHMI là một trong những vinh dự phong phú nhất trong nghiên cứu sinh học. Bạn đã được hứa hẹn 9 triệu đô la trong bảy năm cho việc đó. Nó đã thay đổi cuộc sống của bạn?

Nó đã thay đổi mọi thứ. Như bạn có thể tưởng tượng, việc có nguồn tài trợ vững chắc trong bảy năm là vô cùng tự do. Nó có nghĩa là tôi có thể điều hành phòng thí nghiệm của mình theo cách tôi muốn. Tôi đã có thể mua thiết bị tiên tiến mới, thuê một người quản lý phòng thí nghiệm chuyên nghiệp, tiếp nhận thêm nhân viên hỗ trợ.

Thật thú vị - và đây là một điều bất ngờ - khoản tài trợ của HHMI cũng đã thôi thúc tôi đi sâu vào di sản của mình. Sau khi khoản trợ cấp được công bố, tôi bắt đầu nghe mọi người, nhiều người trong số họ là sinh viên bản địa trẻ tuổi, hỏi cảm giác của một người Mỹ bản địa làm việc trong lĩnh vực khoa học là như thế nào.

Tôi nghĩ họ đã thấy tên tôi trong danh sách Điều tra viên và sau đó liên hệ với tôi. Tôi đã cố gắng trả lời và thực hiện một số cố vấn. Nhưng những câu hỏi của họ cũng thúc đẩy tôi tìm hiểu thêm về câu chuyện cơ bản của chính mình.

Bạn đã biết gì — hoặc không biết — về di sản của mình?

Tôi lớn lên khi biết mình là người song tính. Tôi được cho biết tôi là một phần tư người Mỹ bản địa.

Nhưng mối quan hệ của tôi với di sản của tôi rất phức tạp. Thật tiếc cho tôi là tôi đã không biết nhiều hơn về nó khi tôi còn là một đứa trẻ. Mẹ tôi, người da trắng, khi sinh tôi còn rất trẻ. Mẹ và bố tôi ly hôn trước khi tôi được một tuổi. Sau đó, chúng tôi di chuyển nhiều nơi: Arizona, Nevada, Arkansas.

Cha tôi là một tiến sĩ. kỹ sư ở New Mexico. Mặc dù tôi gặp anh ấy thường xuyên, nhưng khi chúng tôi ở bên nhau, chúng tôi không thảo luận nhiều về di sản của mình. Anh ấy không phải là tất cả những gì kết nối với cha mình. Anh ấy lớn lên ở Arkansas, còn bố anh ấy, ông nội tôi, sống ở California.

Vào đầu những năm 20 tuổi, tôi chuyển đến California để học cao học, và đó là lúc cha tôi kết nối tôi với cha ông và Red Horses. Ông tôi, người mà tôi rất thân thiết bây giờ, đã có một tuổi trẻ ngông cuồng. Khi đã ổn định cuộc sống, anh lấy bằng tiến sĩ quản lý giáo dục. Ông chỉ đạo các chương trình nghiên cứu về người Mỹ da đỏ tại UCLA, Bang Arizona và Đại học Minnesota ở Duluth, nơi ông là trưởng khoa.

Ông tôi cũng kể cho tôi nghe những gì ông biết về gia đình chúng tôi. Cha của anh ấy, ông cố của tôi, là một người Cherokee mồ côi đến từ Oklahoma. Anh ấy đã chuyển đến Bay Area và sống giữa những người bản địa ở đó. Từ các bài báo đương thời, tôi được biết rằng ông cố của tôi là một người bênh vực cho cộng đồng Bản địa, đấu tranh cho các quyền công dân của họ.

Gia đình bạn bất chấp những khuôn mẫu.

Vâng, thật thú vị: Tôi không lớn lên sống cùng bố và tôi không nghĩ rằng anh ấy thậm chí còn chưa gặp bố mình cho đến năm 18 tuổi. Vậy mà cả ba chúng tôi đều có bằng tiến sĩ!

Quyết tâm cực độ dường như là một đặc điểm của Red Horse. Ông cố của tôi, người đã mất vào khoảng thời gian tôi được sinh ra, có rất nhiều con với những người phụ nữ khác nhau. Tôi đã gặp một số người trong số họ. Họ tràn đầy năng lượng và quyết tâm. Tôi, tôi rất nhút nhát, nhưng tôi có sở thích điên rồ này. Khi còn nhỏ, tôi tự hỏi điều đó đến từ đâu. Rồi tôi gặp Red Horses. Tất cả chúng ta đều như vậy!

Bạn luôn muốn trở thành một nhà khoa học?

Tôi muốn nói rằng khi còn bé, tham vọng của tôi không tập trung. Đó có thể là do chúng tôi di chuyển xung quanh rất nhiều. Tôi đã lúng túng về mặt xã hội. Tôi đã dành rất nhiều thời gian một mình.

Khoa học trở thành niềm đam mê của tôi ở trường trung học. Khi đó chúng tôi đang sống ở Arkansas. Giáo viên sinh học trung học của tôi, cô Parnell, cô ấy đã thắp sáng ngọn lửa khoa học. Một giáo viên tuyệt vời có thể làm điều đó.

Sau đó, khi còn là sinh viên đại học tại Đại học Arkansas, tôi đã tham gia một khóa học về miễn dịch học, và tôi đã thể hiện rất tốt đến nỗi người hướng dẫn nói: “Kristy, bạn có thể làm công việc trong phòng thí nghiệm.”

Tôi giống như, "Cái gì vậy?"

Sau đó, tôi được cử đi thực hiện một nghiên cứu trong đó tôi cho gà con ăn một loại phụ gia thực phẩm để xem liệu nó có tăng cường hệ thống miễn dịch của chúng hay không. Tôi sẽ lấy máu của gà con và đếm các tế bào miễn dịch của chúng. Điều này thật thú vị đối với tôi. Nó hoàn toàn lôi cuốn tôi vào nghiên cứu.

Làm thế nào bạn chọn một trường đại học?

Bạn biết đấy, tại Đại học Arkansas, họ không giỏi tư vấn lắm. Tôi đạt điểm cao và rất nhiệt tình, và tôi đã nộp đơn vào rất nhiều chương trình tiến sĩ. Tôi đã không nhận được vào bất kỳ.

Điều cuối cùng đã xảy ra là Bang San Francisco có một chương trình thạc sĩ nhằm đưa những người kém hiểu biết đến với khoa học. Tôi nghĩ họ đã nhìn thấy tên tôi và hẳn đã nghĩ, “Đây là người mà chúng ta muốn.”

Bạn có nghĩ mình là người được hưởng lợi từ hành động khẳng định không?

Tuyệt đối. Và hôm nay, với tư cách là người đứng đầu phòng thí nghiệm của riêng tôi, tôi cố gắng đáp lại điều đó bằng cách khuyến khích các sinh viên từ các nhóm ít được đại diện. Hiện tại tôi có ba sinh viên Bản địa đang làm việc trong phòng thí nghiệm của tôi, điều này cực kỳ hiếm ở Đại học Stanford và các tổ chức tương tự.

Bạn cảm thấy thế nào khi nghe về các cuộc tấn công vào các chương trình hành động khẳng định?

Tôi thấy phiền vì họ nói rằng những người ít được đại diện đang nhận được thứ gì đó mà không phải do kiếm được.

Khi bạn nghĩ về điều đó, tiêu chuẩn dành cho nhóm thiểu số trong các ngành khoa học có lẽ cao hơn. Để làm việc trong khoa học, bạn phải vượt qua rất nhiều thất bại vì bạn đang thử nghiệm những giả thuyết có thể không đúng. Đồng thời, đôi khi bạn gặp phải những người đặt câu hỏi về tính hợp lệ của việc bạn ở đó. Để tồn tại trong bầu không khí đó, bạn cần rất nhiều gan góc.

Làm thế nào cuối cùng bạn có được để làm một tiến sĩ?

Khi tôi ở Bang San Francisco, Susan Fisher, người đang nghiên cứu về nhau thai tại Đại học California, San Francisco, đến kể cho chúng tôi nghe về công việc của cô ấy.

Cô ấy là một nhà truyền đạt khoa học tuyệt vời. Cô ấy đã mê hoặc chúng tôi bằng cách cho chúng tôi biết nhau thai là cơ quan hoang dã và điên rồ làm được tất cả những điều tuyệt vời này như thế nào. Tôi ngay lập tức hỏi liệu tôi có thể thực hiện nghiên cứu thạc sĩ của mình trong phòng thí nghiệm của cô ấy không, và cô ấy đồng ý.

Sau khi hoàn thành chương trình thạc sĩ, tôi ở lại UCSF để làm tiến sĩ với cô ấy. Chúng tôi nghiên cứu về sự phát triển của nhau thai và cách nhau thai của thai nhi kết nối với nguồn cung cấp máu của người mẹ trong thai kỳ. Chúng tôi phát hiện ra rằng một số protein hướng dẫn cụ thể hướng các tế bào nhau thai đến động mạch chứ không phải tĩnh mạch và chúng tôi đã xuất bản một số bài báo cùng nhau.

Nghiên cứu về nhau thai của bạn có đặt nền móng cho các nghiên cứu về tim của bạn không?

Tuyệt đối. Có một đường thẳng từ nghiên cứu của chúng tôi về nhau thai đến công việc hiện tại của chúng tôi trên các mạch máu.

Đó là bởi vì khi các tế bào rời nhau thai và di chuyển vào tử cung của người mẹ, chúng sẽ tập trung tại các động mạch - không phải tĩnh mạch, mà cụ thể là các động mạch. Sau đó, chúng xếp các động mạch và tạo ra các mạch máu nhỏ có nguồn gốc từ nhau thai của chúng. Chúng chuyển hướng lưu lượng máu từ tử cung của người mẹ vào không gian nhau thai để thai nhi có thể hấp thụ oxy và chất dinh dưỡng.

Tất cả điều này phải làm với các mạch máu, phải không? Họ đang bắt chước một mạch máu, và họ sẽ kết hợp một mạch máu và tạo thành một ống dẫn nhỏ.

Vì vậy, vâng, nghiên cứu nhau thai là cách tôi quan tâm đến các mạch máu và các phân tử khác nhau tạo nên chúng.

Bạn đã tiến gần đến mức nào trong việc tìm ra một liệu pháp tái tạo cho các cơn đau tim?

Nó là không thể dự đoán. Nhưng tôi muốn nói rằng chúng ta còn 10 đến 20 năm nữa. Hiện tại, XNUMX/XNUMX phòng thí nghiệm của tôi đang nghiên cứu về tái sinh.

Ở chuột, chúng tôi đã chỉ ra rằng các con đường sinh hóa mà chúng tôi đang nghiên cứu có thể cải thiện khả năng phục hồi sau cơn đau tim thử nghiệm. Đó là bước đầu tiên để nó có khả năng hoạt động ở người. Nhưng tôi thực sự quan tâm đến việc sử dụng các loài khác nhau để tìm hiểu những điều mới về các mạch máu phụ.

Chẳng hạn, lợn Guinea là loài duy nhất có động mạch phụ hoạt động hoàn hảo trong tim. Nghĩa là, các phần phụ của chúng có thể định tuyến lại hoàn toàn dòng máu sau bất kỳ tắc nghẽn nào trong động mạch vành, do đó không có hiện tượng chết cơ tim. Họ có động mạch phụ trong suốt cuộc đời, không chỉ do hậu quả của chấn thương tim. Bởi vì điều này, lợn guinea về cơ bản là bằng chứng đau tim.

Chúng tôi đang hỏi sự phát triển của chuột lang khác nhau như thế nào để chúng tôi có thể khám phá ra các phân tử làm cho các vật thế chấp hình thành trong tim của chúng. Chúng tôi hy vọng điều này sẽ dẫn đến các ứng dụng ở các loài khác. Chúng tôi muốn chuyển tính năng này sang chuột và cuối cùng là con người.

Hai mươi năm? Đó là một thời gian dài để chờ đợi một cái gì đó cụ thể xảy ra.

Với tôi thì không sao vì có rất nhiều điều thú vị xảy ra trên đường đi. Đó là lý do tại sao người ta trở thành nhà khoa học ngay từ đầu. Bạn có thể trở thành một thám tử và một nghệ sĩ. Bạn đặt các manh mối lại với nhau. Và sau đó bạn học cách một cơ quan hoạt động.