Andrea Pedroni และ Elanur Yilmaz พร้อมด้วยคณะผู้วิจัย Lisa Del Vecchio, Prabesh Bhattarai, Inés Talaya Vidal, Yu-Wen E. Dai และ Konstantinos Koutsogiannis โดยมี Caghan Kizil และ Konstantinos Ampatzis เป็นผู้วิจัยอาวุโสที่ริเริ่มและกำกับดูแลโครงการวิจัยนี้ โดยงานวิจัยนี้เป็นความร่วมมือระหว่าง Karolinska Institutet (สวีเดน) และ Columbia University (สหรัฐอเมริกา) พวกเขาได้เปิดเผยการค้นพบที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับระบบประสาทภายในหัวใจของปลาม้าลาย ซึ่งอาจนำไปสู่ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับการทำงานของหัวใจมนุษย์

หัวใจไม่ใช่แค่กล้ามเนื้อที่สูบฉีดเลือด แต่ยังมีระบบประสาทที่ซับซ้อนคอยควบคุมการทำงานอย่างน่าอัศจรรย์งานวิจัยชิ้นนี้ศึกษา "ระบบประสาทภายในหัวใจ" หรือ intracardiac nervous system (IcNS) ของปลาม้าลาย ซึ่งเป็นปลาน้ำจืดขนาดเล็กที่มีโครงสร้างและหน้าที่ของหัวใจใกล้เคียงกับมนุษย์ การศึกษานี้เผยให้เห็นว่า IcNS ทำหน้าที่เสมือน "สมองเล็ก" ที่ช่วยปรับจังหวะหัวใจและตอบสนองต่อสถานการณ์ต่าง ๆ

ระบบประสาทในหัวใจของปลาม้าลาย

หัวใจปลาม้าลายแบ่งเป็น 4 ส่วน ได้แก่ sinus venosus, atrium, ventricle และ bulbus arteriosus [ภาพ a] เซลล์ประสาทใน IcNS ส่วนใหญ่อยู่ในบริเวณใกล้กับลิ้นหัวใจ (valves) เช่น sinoatrial valve และ atrioventricular valve ซึ่งเป็นจุดสำคัญในการควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจ เซลล์เหล่านี้รวมตัวกันในกลุ่มที่เรียกว่า sinoatrial plexus (SAP) [ภาพ b]

ความหลากหลายของเซลล์ประสาทใน IcNS

งานวิจัยนี้ใช้เทคนิคถอดรหัส RNA แบบเซลล์เดียว (single-cell RNA sequencing) เพื่อศึกษาความหลากหลายของเซลล์ในหัวใจ จากการแสดงออกของ RNA พบว่า กลุ่มของเซลล์ในหัวใจปลาม้าลายแบ่งออกเป็น 22 กลุ่มย่อย ซึ่งแสดงออกอย่างชัดเจนบนกราฟ UMAP [ภาพ a] นอกจากนี้เซลล์ประสาทใน IcNS ประกอบด้วยเซลล์ประสาท 4 กลุ่มย่อย (subclusters) แต่ละกลุ่มแสดงคุณสมบัติที่แตกต่างกัน เช่น กลุ่มหนึ่งเป็นเซลล์ประสาทที่เติบโตเต็มที่ ในขณะที่อีกกลุ่มหนึ่งมีเป็นกลุ่มของเซลล์ต้นกำเนิด เป็นต้น เซลล์เหล่านี้สามารถสร้างสารสื่อประสาทชนิดต่าง ๆ เช่น acetylcholine, GABA และ glutamate ซึ่งมีบทบาทสำคัญต่อการควบคุมจังหวะหัวใจ

เซลล์ประสาทใน SAP: สมองเล็กในหัวใจ

เซลล์ประสาทใน SAP มีลักษณะทางชีวเคมีหลากหลาย โดย 80.78% [ภาพ c] เป็นเซลล์ชนิด cholinergic (ผลิต acetylcholine) และมีเซลล์ชนิดอื่น ๆ เช่น

• Catecholaminergic (ผลิตสารที่เกี่ยวข้องกับ adrenaline)
• Serotonergic (เกี่ยวข้องกับ serotonin)
• GABAergic (ผลิต GABA ซึ่งช่วยยับยั้งการทำงานของระบบประสาท)

ความหลากหลายนี้ช่วยให้ SAP สามารถควบคุมจังหวะหัวใจได้ในสถานการณ์ที่หลากหลาย

 สมัครเข้าร่วมกิจกรรมพัฒนาทักษะทางวิชาการคลิกที่นี่

การควบคุมจังหวะหัวใจผ่านไฟฟ้า

การทดลอง ex vivo  [ภาพ a] เผยว่าเซลล์ประสาทใน SAP มีการตอบสนองต่อกระแสไฟฟ้าที่หลากหลาย [ภาพ b] เช่น

• เซลล์ชนิดที่ยิงกระแสครั้งเดียว (single spike)
• เซลล์ที่ยิงกระแสต่อเนื่อง (repetitive)
• เซลล์ชนิด "bursting neurons" ซึ่งมีบทบาทสำคัญเหมือน pacemaker ในการกำหนดจังหวะหัวใจ

เซลล์ bursting neurons มีคุณสมบัติคล้ายเซลล์กำหนดจังหวะในระบบประสาทส่วนกลาง ซึ่งช่วยให้ IcNS สามารถควบคุมและสร้างจังหวะหัวใจได้โดยไม่ต้องพึ่งระบบประสาทส่วนกลาง

ผลการวิจัยโดยสรุป

1. โครงสร้างทางกายวิภาคของ IcNS

IcNS ของปลาม้าลายประกอบด้วยกลุ่มเซลล์ประสาท (sinoatrial plexus, SAP) ซึ่งกระจุกตัวอยู่รอบลิ้นหัวใจ (valves) การวิเคราะห์ทางภูมิคุ้มกัน (immunolabeling) แสดงให้เห็นว่าเซลล์ประสาทส่วนใหญ่ตั้งอยู่ใกล้กับบริเวณลิ้นหัวใจ และเซลล์ประสาทกลุ่มใหญ่ที่สุดอยู่ในบริเวณ sinoatrial valve

2. ความหลากหลายทางโมเลกุล

จากการถอดรหัส RNA เดี่ยว (single-cell RNA sequencing) เซลล์ประสาทใน IcNS ถูกแบ่งออกเป็น 4 กลุ่มย่อยที่แสดงความหลากหลายทางชีวเคมีและการแสดงออกของยีน ตัวอย่างเช่น เซลล์ใน subcluster 2 มีคุณสมบัติของเซลล์ประสาทที่เติบโตเต็มที่ ขณะที่ subcluster อื่นแสดงศักยภาพในการพัฒนาเป็นเซลล์ใหม่

3. ความสามารถทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาท

การวัดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาท SAP แสดงให้เห็นว่ามีการตอบสนองต่อกระแสไฟฟ้าในรูปแบบต่างๆ เช่น การยิงกระแสเดี่ยว (single spike) การตอบสนองแบบปรับตัว (adaptive) และการยิงกระแสต่อเนื่อง (repetitive) โดยเซลล์ชนิด bursting neurons มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับเซลล์ pacemaker ที่กำหนดจังหวะหัวใจ

การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าระบบประสาทภายในหัวใจมีความซับซ้อนมากกว่าที่เคยเข้าใจ และอาจทำหน้าที่เป็น "สมองน้อย" ของหัวใจที่ช่วยประมวลผลข้อมูลและควบคุมการทำงานของหัวใจได้ ซึ่งอาจนำไปสู่ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับโรคหัวใจและการพัฒนาการรักษาในอนาคต

 สมัครเข้าร่วมกิจกรรมพัฒนาทักษะทางวิชาการคลิกที่นี่

แหล่งที่มาและสัญญาอนุญาต

บทความนี้เป็นการแปลและดัดแปลงจาก "Decoding the molecular, cellular, and functional heterogeneity of zebrafish intracardiac nervous system" โดย Andrea Pedroni, Elanur Yilmaz, Lisa Del Vecchio, Prabesh Bhattarai, Inés Talaya Vidal, Yu-Wen E. Dai, Konstantinos Koutsogiannis, Caghan Kizil และ Konstantinos Ampatzis ซึ่งเผยแพร่ใน Nature Communications เมื่อวันที่ 4 ธันวาคม 2024 ภายใต้สัญญาอนุญาต CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

แหล่งที่มา: Pedroni, A., Yilmaz, E., Del Vecchio, L. et al. Decoding the molecular, cellular, and functional heterogeneity of zebrafish intracardiac nervous system. Nat Commun 15, 1234 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54830-w

บทความนี้ได้รับการแปลและดัดแปลง (แปลโดยสรุป) และไม่ได้รับการรับรองจากผู้เขียนต้นฉบับ ผู้อ่านจำเป็นต้องศึกษางานวิจัยต้นฉบับเพื่อทำความเข้าใจเนื้อหาอย่างละเอียดก่อนนำไปอ้างอิงหรือใช้งานตามความเหมาะสม

แปลและเรียบเรียง: Tharnkub (ทนงศักดิ์ เพ็ชรแก้ว)

2025-01-24 | 18:04:09