Innovativ metode tilbyder en ny måde at studere udviklingsmæssig hjertebiomekanik, leve i 4-D

Hvordan et ventilløst embryonalt hjerterør pumper blod er et mangeårigt videnskabeligt mysterium. Takket være innovationer inden for lysbaseret teknologi, frisk indsigt er nu tilgængelig i biomekanikken i pattedyrs kardiogenese - og især, pumpedynamikken i pattedyrets rørformede embryonale hjerte.

4-D OKT (3-D + tid)

Shang Wang fra Stevens Institute of Technology og Irina Larina fra Baylor College of Medicine brugte banebrydende 4-D optisk kohærenstomografi (OCT) til at studere pumpemekanismen, der ligger til grund for det udviklende pattedyrs hjerte for første gang. Deres rapport, offentliggjort i peer-reviewed open access Journal of Biomedical Optics , viser, at 4-D OCT-billeddannelse af museembryonale hjerte kan give hidtil uset information om, hvordan det tidlige pattedyrs hjerte fungerer.

Undersøgelsen demonstrerer rigdommen af ​​data leveret af denne tilgang og dens gennemførlighed til at undersøge det funktionelle forhold mellem blodgennemstrømning og hjertevægsdynamik inden for forskellige regioner af det embryonale pattedyrs hjerte - en mulighed, der i øjeblikket ikke er tilgængelig med andre metoder. Fremgangsmåden kan potentielt bruges til at vurdere hjertepumpning over embryonal udvikling, efterhånden som hjerteslangen omdannes, som kunne afsløre funktionelle ændringer under tidlig kardiogenese.

Biomekanik af det lille musehjerte

De unikke billedskalaer og dynamiske kontraster, der tilbydes af OCT, muliggør billeddannelsesdybde på millimeterniveau med en opløsning i mikroskala, der er ideel til at fange hele musehjertet midt i graviditeten. OCT giver også et klart overblik over fine hjertestrukturer samt blodgennemstrømning. Den høje billeddannelseshastighed af OCT sammen med post-acquisition synkronisering gør det muligt at rekonstruere den hurtige dynamik i det bankende hjerte.

Amy L. Oldenburg, direktør for Optical Coherence Imaging Laboratory ved University of North Carolina i Chapel Hill, bemærkede, "Den innovative metode tilbyder en ny måde at studere udviklingsmæssig hjertebiomekanik. Analyse af 4-D OCT-billederne gjorde det muligt for Wang og Larina at relatere blodgennemstrømningen, strømningsmodstand, og trykgradienter induceret af hjertevægsbevægelser."

Der er meget at lære. Selvom mekanismen, der pumper blod i det embryonale hjerterør, traditionelt har været anset for at være bølgelignende peristaltiske sammentrækninger, Wang og Larina var i stand til at tilbyde en mere detaljeret vurdering ved hjælp af 4-D OCT til at integrere kardiodynamik og hæmodynamik. Deres pilotobservationer tyder på, at lokaliseret hjerteslangepumpning i ventriklerne fungerer gennem en kombination af suge- og skubbemekanismer.

Øget forståelse af medfødte hjertefejl

Biomekaniske faktorer anerkendes i stigende grad for deres væsentlige roller i at stimulere og regulere hjerteudviklingen. Forfatterne håber, at deres tilgang kan inspirere til nye ideer og innovative designs inden for billed- og måleteknikker til at vurdere den embryonale hjertebiomekanik. I særdeleshed, metoden kan give nyttige måder til bedre at forstå de mekanismer, der bidrager til medfødte hjertefejl, som er unormale formationer af hjertet, der udvikler sig før fødslen. Ifølge Oldenburg, resultaterne af denne undersøgelse "fremviser nytten af ​​disse metoder til at studere biomekaniske ændringer i mutante embryonale hjerter, der modellerer medfødte hjertefejl." Da mutante muselinjer, der modellerer medfødte hjertefejl, er bredt tilgængelige, metoden kan bidrage til øget forståelse af den tidligste udvikling af den mest almindelige form for fødselsdefekt hos mennesker.