?三維重建的雄性大鼠心臟的全心視圖 ?圖片來源：Achanta et al. – iScience

近日，一個跨學科研究團隊已經(jīng)開發(fā)出了虛擬3D心臟，首次使用數(shù)字技術(shù)展示了心臟獨特的神經(jīng)元網(wǎng)絡。

以大鼠心臟為模型，研究人員在5月26日的iScience上發(fā)表文章稱，他們在細胞尺度上繪制了一幅完整的心內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)（ICN）圖譜。該圖譜允許基因表達數(shù)據(jù)在其中疊加，這有助于確定特定神經(jīng)元簇起的功能作用。

研究人員表示，這張地圖將使神經(jīng)學家和心臟病學家能夠更精確地研究心臟的神經(jīng)解剖學，并為開發(fā)其他主要器官的虛擬地圖奠定基礎(chǔ)。

雖然人們通常將神經(jīng)元與大腦聯(lián)系在一起，但它們在其他器官中也發(fā)揮著重要作用。托馬斯·杰弗遜大學功能基因組學和計算生物學研究所主任、通訊作者James Schwaber說，“許多心臟病學家甚至不知道心臟中有神經(jīng)元，更不用說它們對心臟健康至關(guān)重要?！?/p>

有了新開發(fā)的虛擬框架，科學家可以在前所未有的細節(jié)水平上研究心臟神經(jīng)元的組織和功能?！巴ㄟ^使用3D空間技術(shù)，我們可以建立一個全面的心臟結(jié)構(gòu)圖，這是解決各種健康問題的基礎(chǔ)?！盨chwaber說。

3D模型能將成像、收集、解剖繪圖和基因表達技術(shù)交織在一起。首先，研究人員在整個心臟區(qū)域制造出精細的切片，在每次切割時使用軟件采集顯微圖像和組織樣本。

與此同時，激光捕獲顯微解剖技術(shù)被用于從采集的樣本中移除單個神經(jīng)元，同時記錄它們在心臟解剖結(jié)構(gòu)中的精確位置。然后，研究人員使用單細胞轉(zhuǎn)錄組來確定每個收集的神經(jīng)元的基因表達譜。一旦所有的數(shù)據(jù)被收集起來，它們就會被放入3D模型中，以創(chuàng)建心臟神經(jīng)網(wǎng)絡的綜合圖像。

“通過基因表達的空間定位，我們可以開始討論這些神經(jīng)元所起的確切作用。獨立的神經(jīng)元群具有不同的功能嗎？還是它們以一種綜合的方式影響心臟健康？現(xiàn)在我們可以用跟以前不可能的方式解決這些問題?！痹撗芯亢献髡摺⒅蟹鹆_里達大學醫(yī)學院的心血管解剖學家和生理學家Zixi Jack Cheng說。

這張圖顯示了心內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)系統(tǒng)從心臟頂部到底部的空間模式。盡管3D地圖是用小鼠的心臟繪制的，但研究人員表示，繪制3D地圖的程序可能會對人類醫(yī)學產(chǎn)生長期影響。例如，一些嚴重心臟病的病例已經(jīng)能通過刺激迷走神經(jīng)得到逆轉(zhuǎn)或補救，盡管人們尚不清楚為什么這種療法對一些患者有效而對另一些患者無效。

“從解剖和分子的角度評估這些心臟神經(jīng)元，可以幫助我們更好地理解其功能和開發(fā)新療法?！眳⑴c了該研究的馬薩諸塞州綜合醫(yī)院博士生Jonathan Gorky說。

相關(guān)論文信息：http://dx.doi.org/10.1016/j.isci.2020.101140

來源：科學網(wǎng)