Kartierung der Neuronen der Ratte Herz in 3-D

Ein interdisziplinäres team von Forschern entwickelt hat, eine virtuelle 3-D-Herz, Digital präsentiert die Herzen der einzigartigen Netzwerk von Neuronen, die für die erste Zeit. Mit der Ratte Herz, als ein Modell, das die Ermittler in dieser Studie erscheinende 26. Mai in der Zeitschrift iScience—erstellt eine umfassende Karte des intrinsischen kardialen Nervensystems (ICN) in einem zellularen Maßstab. Diese Karte ermöglicht die gen-expression-Daten überlagert werden, die innerhalb es, die helfen können bestimmen die funktionelle Rolle, dass bestimmte Neuronen-Clustern spielen. Die Forscher sagen, diese Karte wird erlauben, Neurologen und Kardiologen gleichermaßen auf genauer Untersuchung der Neuroanatomie des Herzens und legt den Grundstein für die Entwicklung von virtuellen Karten für die anderen wichtigen Organe.

Während die Menschen in der Regel assoziieren Nervenzellen mit dem Gehirn, Sie spielen wichtige Rollen in anderen Organen als auch. „Viele Kardiologen sind sich nicht einmal bewusst, dass es Neuronen in den Herzen, geschweige denn, dass Sie sind entscheidend für die Gesundheit des Herzens“, sagt senior-Autor James Schwaber, Direktor des Daniel Baugh Institute for Functional Genomics und Computational Biology an der Thomas Jefferson University. Mit den neu entwickelten virtuellen Rahmen, können die Wissenschaftler die Untersuchung der Organisation und Funktion des Herzens Neuronen in einer nie dagewesenen Detailgenauigkeit. „Durch den Einsatz dieser 3-D-Referenz Raum, können wir bauen ein umfassendes Bild des Herzens-Struktur, die grundlegend für die Lösung verschiedener Gesundheitsprobleme.“

Die 3-D-Modell wird möglich gemacht durch die Verflechtung imaging, Sammlung, anatomische mapping und gen-Ausdruck-Techniken. Erstens, ein Diamant-Messer verwendet wird, zu erzeugen feine Scheiben schneiden über die gesamte Länge des Herzens, in denen mikroskopische Bilder-und Gewebe-Proben bei jedem Schnitt mit 3Scan software. Diese Bilder werden verwendet, um die Basis der 3-D Rekonstruktion. Parallel -, laser-capture-Mikrodissektion wird verwendet, um entfernen von einzelnen Neuronen aus den gesammelten Proben, während der Aufzeichnung, Ihre genaue Platzierung innerhalb des Herzens-Anatomie. Die Forscher dann verwendet single-cell-transcriptomics, um zu bestimmen, das gen-Ausdruck-profile von jeder dieser gesammelten Neuronen. Sobald alle Daten gesammelt, Sie passen auf die 3-D-Modell zu erstellen, der ein umfassendes Bild des Herzens neuronalen Netzwerk.

„Mit der räumlichen Zuordnung der gen-expression, können wir beginnen, besprechen Sie die genaue Rolle, die diese Neuronen spielen. Getrennte Cluster der ICN Neuronen haben unterschiedliche Funktionen, oder arbeiten Sie in einer integrierten Art und Weise zu beeinflussen, die Gesundheit des Herzens? Jetzt können wir auf diese Fragen in der Weise, die zuvor nicht möglich war“, sagt co-Autor Zixi Jack Cheng, eine Herz-Kreislauf-Anatom und Physiologe von der University of Central Florida College of Medicine.

Die Karte offenbart eine konsequente räumliche Muster der intrinsischen kardialen nervösen system der Bewegung von der Oberseite zu der Unterseite des Herzens. Und obwohl die 3-D-Karte wurde konstruiert mit den Herzen der Ratten, die Forscher sagen, dass die Protokolle generiert, um es zu schaffen wird wahrscheinlich langfristige Auswirkungen haben auf die menschliche Medizin. Zum Beispiel, einige Fälle von schweren Herzerkrankungen wurden rückgängig gemacht oder wiederhergestellt durch Stimulation der vagus-Nerven—obwohl es ist unklar, warum diese Behandlung ist wirksam bei einigen Patienten, und andere nicht. „Die Bewertung dieser kardialen Neuronen aus eine anatomische und molekulare Perspektive kann uns helfen, besser zu verstehen, Ihre Funktion und Therapien entwickeln können, produzieren diese schützende Wirkung des vagus auf das Herz, mehr Patienten“, sagt co-Autor Jonathan Gorki, einer der letzten MD/Ph. D.-Absolvent von der Thomas Jefferson University und das medical resident am Massachusetts General Hospital.

„Nun, wir haben eine umfassende Karte des Herzens, der Weg, den wir verfolgen, bioelektronische Medizin entscheidend verändert, wie wir Informationen, die zu einer Ebene der Auflösung, die gerade nicht zugänglich, bevor diese“, sagt co-Autor Rajanikanth Vadigepalli, Systeme, Biologe mit Chemie-und control systems engineering Stammbaum an der Thomas Jefferson University.

Alle Techniken und Technologien, die zum erstellen des atlas sind aus leicht verfügbaren, durch die Stimulierung der Peripheren Aktivität zu Lindern Bedingungen-Programm (SPARC), so dass andere Forscher können neu und bauen auf die 3-D-Rahmen—sei es mit anderen Tier, das Herz oder andere Organe wie die Leber oder die Lunge. „Die SPARC-Programm geschaffen hat, ein online-portal, dass andere Forscherteams der Zugang zu unseren und anderen Daten, die Sie ermächtigt, zu verstehen, zu erweitern, zu erforschen und dazu beitragen, wie wir denken über die innervation Aspekte jedes organ des Körpers. Damit können wir beginnen, eine Gemeinschaft zu schaffen, erstreckt sich über eine Fläche von Fokus auf alle integrativen Aspekte des Gehirns und des Körpers“, sagt co-Autorin Susan Tappan, ein Entwicklungs-Neurowissenschaftler und dem wissenschaftlichen Leiter im MBF Bioscience.