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

近日，一個(gè)跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)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(dú)特的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。

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?cè)诩?xì)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(dá)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(xué)家和心臟病學(xué)家能夠更精確地研究心臟的神經(jīng)解剖學(xué)，并為開(kāi)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?cè)谄渌鞴僦幸舶l(fā)揮著重要作用。托馬斯·杰弗遜大學(xué)功能基因組學(xué)和計(jì)算生物學(xué)研究所主任、通訊作者James Schwaber說(shuō)，“許多心臟病學(xué)家甚至不知道心臟中有神經(jīng)元，更不用說(shuō)它們對(duì)心臟健康至關(guān)重要?！?/p>

有了新開(kāi)發(fā)的虛擬框架，科學(xué)家可以在前所未有的細(xì)節(jié)水平上研究心臟神經(jīng)元的組織和功能。“通過(guò)使用3D空間技術(shù)，我們可以建立一個(gè)全面的心臟結(jié)構(gòu)圖，這是解決各種健康問(wèn)題的基礎(chǔ)?！盨chwaber說(shuō)。

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

與此同時(shí)，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(gè)神經(jīng)元，同時(shí)記錄它們?cè)谛呐K解剖結(jié)構(gòu)中的精確位置。然后，研究人員使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組來(lái)確定每個(gè)收集的神經(jīng)元的基因表達(dá)譜。一旦所有的數(shù)據(jù)被收集起來(lái)，它們就會(huì)被放入3D模型中，以創(chuàng)建心臟神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的綜合圖像。

“通過(guò)基因表達(dá)的空間定位，我們可以開(kāi)始討論這些神經(jīng)元所起的確切作用。獨(dú)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(wèn)題。”該研究合作者、中佛羅里達(dá)大學(xué)醫(yī)學(xué)院的心血管解剖學(xué)家和生理學(xué)家Zixi Jack Cheng說(shuō)。

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(huì)對(duì)人類醫(yī)學(xué)產(chǎn)生長(zhǎng)期影響。例如，一些嚴(yán)重心臟病的病例已經(jīng)能通過(guò)刺激迷走神經(jīng)得到逆轉(zhuǎn)或補(bǔ)救，盡管人們尚不清楚為什么這種療法對(duì)一些患者有效而對(duì)另一些患者無(wú)效。

“從解剖和分子的角度評(píng)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(kāi)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(shuō)。

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

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)