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三维心脏模型

铅图像©Achanta等人的科学

科学家们创造了一个全新的虚拟3D心脏模型,其细节惊人——首次绘制出了围绕心脏的神经元网络。

每个人都知道心脏的关键作用是在全身循环氧气和血液——这一作用在大脑中通过大脑和心脏之间的神经网络得以维持。这些神经受损可能会导致心脏病、心脏病甚至死亡。

但人们还没有完全了解的是心脏自身的神经元。围绕心脏的是一组神经细胞,它们充当心脏的小大脑,控制心脏的节律并监测局部心脏健康。它的工作原理一直是个谜。

托马斯·杰斐逊大学的研究小组以老鼠心脏为模型,在细胞水平上绘制了心脏神经系统。然后,他们添加了一层基因表达数据,创建了一个3D心脏模型——心脏神经元的终极野外指南。

“许多心脏病专家甚至不知道心脏中有神经元,更不用说它们对心脏健康至关重要了。”

詹姆斯Schwaber

现在,由于由病理学家James Schwaber和Raj Vadigepalli领导的团队创建了虚拟3D模型,各地的研究人员都可以使用心脏模型来更精确地研究心脏神经元的功能。

获得心脏模型的数据,发表在iScience该团队首先使用刀口扫描显微镜在心脏上切割极薄的层,扫描每一层。与3扫描软件,用钻石刀在器官上切一个非常细的口子。然后,他们使用激光捕捉显微解剖技术,对每一片切片进行显微镜成像,直至细胞水平。这些详细的图像捕获了单个神经元,并记录了它们在心脏上的位置。

为了制作3D心脏模型,他们使用一种叫做TissueMaker。然后就是手工绘制地图和轮廓的繁琐工作。

他们还将单个神经元的基因表达数据分层。关于如何运行细胞的信息存储在我们的DNA中,每个细胞都是一样的。使细胞(如肌肉、心脏或神经组织)彼此不同的是DNA如何通过mRNA表达(或“转录”)。通过测量细胞中不同种类的mRNA的浓度,科学家可以收集到有关细胞作用和功能的详细信息。

“许多心脏病专家甚至不知道心脏中有神经元,更不用说它们对心脏健康至关重要,”Schwaber说。这一举措是“刺激周边活动缓解条件”(SPARC)项目的一部分,该项目将他们的研究成果发布到网上,供研究人员访问。

Schwaber说,这个3D心脏模型为研究心脏神经元的连接、位置和属性提供了路线图。例如,研究小组在心脏底部发现了一簇神经元。窦房结围绕在窦房结周围,窦房结对你的心率的设定很重要。他们还发现雄性和雌性大鼠心脏的神经组织存在差异,这有助于科学家理解为什么心脏病在性别上存在差异。

该团队希望最终在健康和患病的人类心脏上复制这种心脏模型。他们的工作可能会对医学产生影响,比如使用神经调节或电刺激的有效治疗。

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