Ученые создали 3D карту нейронов сердца крысы

Международная группа исследователей создала комплексную анатомическую трехмерную карту и молекулярный профиль внутрисердечной нервной системы (ICN) крысы.

«Многие кардиологи даже не знают, что в сердце есть нейроны, не говоря уже о том, что они имеют решающее значение для здоровья сердца», — говорит старший автор, доктор Джеймс Швабер. «ICN представляет собой большую пустоту в нашем понимании, которая находится между неврологией и кардиологией. Нашей целью было преодоление этого разрыва путем предоставления анатомической структуры ICN. Используя это трехмерное эталонное пространство, мы можем построить исчерпывающую картину структуры сердца, которая является основой для решения различных проблем со здоровьем».

Трехмерная модель ICN стала возможной благодаря использованию методов визуализации, сбора, анатомического картирования и экспрессии генов.

Алмазный нож использовался для создания тонких срезов по всей длине сердца, где микроскопические изображения и образцы тканей берутся при каждом разрезе с использованием программного обеспечения 3Scan. Эти изображения используются для создания основы трехмерной реконструкции. Параллельно, микродиссекция лазерного захвата используется для удаления отдельных нейронов из собранных образцов, в то же время записывая их точное расположение в анатомии сердца.

Затем исследователи использовали одноклеточную транскриптомику для определения профилей экспрессии генов каждого из этих собранных нейронов. После того как все данные собраны, они помещаются на трехмерную модель, чтобы создать всеобъемлющую картину нейронной сети сердца.

«Единственным другим органом, для которого существует такая подробная 3D-карта высокого разрешения, является мозг», — сказал старший автор профессор Радж Вадигепалли. «По сути, то, что мы создали, — это первая всеобъемлющая дорожная карта нервной системы сердца, на которую другие исследователи могут обратиться к целому ряду вопросов о функции, физиологии и связности различных нейронов в ICN».

Новая 3D-карта показала неизвестную до сих пор сложность ICN. Ученые обнаружили, что нейроны, которые составляют ICN, находятся в связной полосе кластеров на основании сердца, где вены и артерии сердца входят и выходят, но также простираются вниз по длине левого предсердия на задней части сердца. Они расположены вблизи определенных ключевых структур сердца, таких как синоатриальный узел.

«Мы знаем, что синоатриальный предсердный узел играет важную роль в создании частоты сердечных сокращений или ритма», — сказал соавтор, доктор Джонатан Горки. «Видеть скопление нейронов вокруг этого было тем, о чем мы всегда подозревали, но никогда не знали наверняка. Было действительно интересно увидеть физические доказательства функции ICN и точное распределение нейронов по отношению к анатомическим структурам сердца».

Анализ экспрессии генов отдельных нейронов также указал на ранее неизвестное разнообразие молекулярных идентичностей или фенотипов.

«Мы обнаружили, что существует несколько различных типов нейромодуляторов и рецепторов», — сказал доктор Вадигепалли. «Это означает, что у нас есть не только нейроны в сердце, которые включают и выключают активность, но также и те, которые могут точно настроить деятельность ICN».

Сравнивая мужские и женские крысиные сердца, авторы обнаружили половые различия в том, как нейроны были организованы, как пространственно, так и по экспрессии их генов.

«Это может помочь нам объяснить некоторые различия в заболеваниях сердца у мужчин и женщин», — говорят соавторы Элисон Мосс и Шайна Роббинс. «Сейчас мы пытаемся создать трехмерную модель внутренней нервной системы сердца свиньи, которая даже более анатомически сопоставима с человеческим сердцем, для дальнейшего изучения этих вопросов».

«Теперь, когда у нас есть исчерпывающая карта сердца, наши методы биоэлектронной медицины значительно изменятся, поскольку у нас есть информация с разрешением, которое до этого было недоступно», — сказал доктор Вадигепалли.

Результаты этого исследования были опубликованы вчера в журнале iScience.

DOI: 10.1016/j.isci.2020.101140

Вас также может заинтересовать:

У людей, которые барабанят вместе, синхронизируется ритм сердцебиения