基于图像建模的三维心肌细胞兴奋-收缩耦联机制研究及其超微结构异质性功能解析

来自国际团队的研究人员通过整合串行块面扫描电镜(SBEM)图像数据，构建了首个包含线粒体、肌原纤维、横轴管系统(TATS)和二分体等真实超微结构的三维心肌细胞模型。该研究创新性地将膜电生理学、空间分辨钙处理(Ca2+)扩散与力生成整合于同一网格，成功模拟了局部Ca2+动态与机械应变的异质性，揭示健康心肌细胞中肌原纤维轴向应变标准差达1.87%，为解析心肌超微结构异质性的功能意义提供了全新研究范式。

　　这项突破性研究利用串行块面扫描电镜(SBEM)技术，对小鼠心肌细胞三个串联肌节的四分之一横截面进行精细建模，首次实现了包含线粒体、肌原纤维、横轴管系统(TATS)和钙释放单元(二分体)的真实三维重构。研究人员创造性地将膜电位动力学、空间分辨的钙离子(Ca²⁺)处理机制与力学响应整合在统一计算框架中，就像搭建了一个"数字心肌实验室"。模型成功捕捉到心肌细胞动作电位和钙瞬变的整体特征，同时揭示了局部Ca²⁺浓度波动导致的机械应变异质性——健康状态下肌原纤维轴向应变波动达到1.87%。有趣的是，对比实验显示横轴管系统的轴向分布对整体收缩功能影响甚微，这提示心肌细胞具有惊人的结构容错能力。这项技术突破为解密心力衰竭等疾病中观察到的肌原纤维紊乱和线粒体结构异常等功能障碍提供了全新研究工具，就像给心肌研究装上了"超微结构显微镜"。