《Biophysical Journal》：The influence of intercalated disc nanostructure on local ionic currents and cardiac conduction
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本研究构建高精度间盘有限元模型，整合空间异质性间隙连接与多离子通道动力学，生成384种间盘构型并系统分析其对心脏传导的影响。通过MLP神经网络敏感性分析发现，间隙连接强度、间隙几何形态及纳米结构异质性是传导速度的关键调控因素，膜分离效应随耦合强度呈现双向调控作用，为建立跨尺度传导机制定量模型提供新方法。
Ruichen Sui | Nicolae Moise | Seth H. Weinberg
俄亥俄州立大学生物物理学研究生项目
摘要
嵌合盘（Intercalated Disc，ID）是一种结构异质的连接复合体，对心脏的同步传导和收缩至关重要。以往的计算模型研究了ID结构对心脏传导的影响。然而，大多数模型依赖于过于简化的几何形状和均匀分布的离子通道，这限制了它们捕捉纳米级异质性的能力。在这项研究中，我们扩展了之前的有限元网格框架，以更生理学地模拟ID的结构，包括空间异质的间隙连接以及多种离子和离子电流动态。我们通过生成包含384种ID网格配置的综合性库，并模拟强耦合和弱耦合情况下的组织水平传导，系统地量化了关键结构和电生理特征对传导的影响。此外，我们采用了多层感知器（MLP）神经网络方法进行基于梯度的敏感性分析，从而能够系统地量化几何因素和纳米结构因素对ID和裂隙动态以及多态下组织水平传导的相对影响。特别是，敏感性分析表明，间隙连接耦合、裂隙几何形状和纳米结构异质性是决定裂隙电位、钠电流同步性和传导速度的主要因素。我们发现，ID嵌合区和折叠区的膜分离会对传导产生依赖上下文的影响，根据间隙连接耦合的不同情况，这种影响可能是促进也可能是抑制传导。总体而言，这些发现突显了ID超微结构的形态在不同条件下的作用，并建立了一个将纳米级ID形态与组织水平心脏传导联系起来的定量框架。
