Hur ett värdelöst embryonalt hjärtrör pumpar blod är ett mångårigt vetenskapligt mysterium. Tack vare innovationer inom ljusbaserad teknik, färska insikter finns nu tillgängliga i biomekaniken för däggdjurs kardiogenes - och i synnerhet pumpdynamiken hos däggdjursrörets embryonala hjärta.

4-D OKT (3D-tid)

Shang Wang från Stevens Institute of Technology och Irina Larina från Baylor College of Medicine använde avancerad 4-D optisk koherens tomografi (OCT) för att studera pumpmekanismen som ligger bakom det utvecklande däggdjurshjärtat för första gången. Deras rapport, publiceras i den granskade öppna åtkomsten Journal of Biomedical Optics , visar att 4-D OCT-avbildning av musens embryonala hjärta kan ge oöverträffad information om hur det tidiga däggdjurshjärtat fungerar.

Studien visar den rikedom av data som tillhandahålls av detta tillvägagångssätt och dess genomförbarhet för att undersöka det funktionella sambandet mellan blodflöde och hjärtväggsdynamik inom olika regioner i det embryonala däggdjurshjärtat - en möjlighet som för närvarande inte är tillgänglig med andra metoder. Metoden kan potentiellt användas för att bedöma hjärtpumpning över embryonisk utveckling när hjärtröret ombyggs, vilket kan avslöja funktionella förändringar under tidig kardiogenes.

Biomekanik i det lilla mushjärtat

De unika bildskalor och dynamiska kontraster som erbjuds av OCT möjliggör bilddjup på millimeternivå med en mikroskalaupplösning som är idealisk för att fånga hela mushjärtat i mitten av dräktighetsstadierna. OCT ger också en tydlig bild av fina hjärtstrukturer samt blodflöde. Den höga avbildningshastigheten för OCT tillsammans med synkronisering efter förvärvet gör det möjligt att rekonstruera den snabba dynamiken i det bankande hjärtat.

Amy L. Oldenburg, chef för Optical Coherence Imaging Laboratory vid University of North Carolina i Chapel Hill, påpekade, "Den innovativa metoden erbjuder ett nytt sätt att studera utvecklingsmässig hjärtbiomekanik. Analys av 4-D OCT-bilderna gjorde att Wang och Larina kunde relatera blodflödet, flödesmotstånd, och tryckgradienter inducerade av hjärtväggens rörelser. "

Det finns mycket att lära. Även om mekanismen som pumpar blod i det embryonala hjärtröret traditionellt har ansetts vara vågliknande peristaltiska sammandragningar, Wang och Larina kunde erbjuda en mer detaljerad bedömning med hjälp av 4-D OCT för att integrera kardiodynamik och hemodynamik. Deras pilotobservationer tyder på att lokaliserad hjärtrörspumpning i ventriklarna fungerar genom en kombination av sug- och tryckmekanismer.

Ökad förståelse för medfödda hjärtfel

Biomekaniska faktorer erkänns alltmer för sina väsentliga roller för att stimulera och reglera hjärtutvecklingen. Författarna hoppas att deras tillvägagångssätt kan inspirera till nya idéer och innovativa design inom bild- och mätteknik för att bedöma den embryonala hjärtbiomekaniken. Särskilt, metoden kan ge användbara sätt att bättre förstå de mekanismer som bidrar till medfödda hjärtfel, som är onormala hjärtformationer som utvecklas före födseln. Enligt Oldenburg, resultaten av denna studie "visar nyttan av dessa metoder för att studera biomekaniska förändringar i mutanta embryonala hjärtan som modellerar medfödda hjärtfel." Eftersom mutanta muslinjer modellerar medfödda hjärtfel är allmänt tillgängliga, metoden kan bidra till ökad förståelse för den tidigaste utvecklingen av den vanligaste formen av fosterskador hos människor.