心脏动态超微结构

　　

当心脏收缩和放松时，细胞水平以下发生了什么，这一直是未被探索的。多亏了新的超高分辨率电子显微镜技术，科学家们现在几乎可以在分子水平上观察心脏跳动。弗莱堡大学医学院的研究人员在最近发表的一篇论文中总结了心脏电子显微镜的最重要进展及其研究意义，该论文发表在《Nature Reviews Cardiology》上。纳米尺度的洞察对于新疗法的发展非常重要，例如心脏病发作或心律失常。

该研究的主要作者伊娃·罗格-兹林斯卡博士说:“通过我们和世界各地的其他人开发的高分辨率显微镜技术，我们获得了对心脏动态超微结构的迷人见解。”她在弗莱堡大学医学中心大学心脏中心实验心血管医学研究所(IEKM)领导4D成像部门。“我们可以利用这一发现以前所未有的精度分析心脏细胞的三维结构。我们的图像是由立方体组成的——所谓的体素——边缘长度为1纳米或更少。举例说明:一纳米是指甲在一秒钟内生长的距离，”罗格-兹林斯卡解释道。

基于电子断层扫描数据，可以对心肌细胞内的细胞器进行三维成像和纳米精度重建。

看着心跳的慢动作

一个挑战是将心脏的超高分辨率映射与移动目标连接起来。“由于成像的最新进展,我们现在有一个更好的理解了肌肉和结缔组织细胞如何行为在跳动的心脏,”合著者教授彼得·科尔说。

电子显微镜本身，以及至关重要的新开发的相应样品的制备和后处理方法，在分子洞察力的产生中发挥着核心作用。“特别令人兴奋的是，我们可以像在电影中记录单个帧一样记录肌肉细胞——这要归功于精确到毫秒的高压冷冻。这可以让我们观察心脏的分子结构以超慢动作跳动，”科尔说。

实验、模拟和人工智能相互交织

在人工智能的帮助下，在计算机模拟的帮助下，IEKM对显微图像进行评估，以尽可能真实地描述心脏功能和病理变化。“新获得的见解让我们对心脏活动有了全新的认识，并在此基础上开发新的治疗概念。”我们期待心脏研究的一个非常激动人心的时刻，”科尔说。

参考文献:Electron microscopy of cardiac 3D nanodynamics: form, function, future.
DOI: 10.1038/s41569-022-00677-x