三維重建的雄性大鼠心臟的全心視圖 圖片來源：Achanta et al. - iScience
近日，一個跨學科研究團隊已經開發出了虛擬3D心臟，首次使用數位技術展示了心臟獨特的神經元網絡。
以大鼠心臟為模型，研究人員在5月26日的iScience上發表文章稱，他們在細胞尺度上繪製了一幅完整的心內神經系統（ICN）圖譜。該圖譜允許基因表達數據在其中疊加，這有助於確定特定神經元簇起的功能作用。
研究人員表示，這張地圖將使神經學家和心臟病學家能夠更精確地研究心臟的神經解剖學，並為開發其他主要器官的虛擬地圖奠定基礎。
雖然人們通常將神經元與大腦聯繫在一起，但它們在其他器官中也發揮著重要作用。託馬斯·傑弗遜大學功能基因組學和計算生物學研究所主任、通訊作者James Schwaber說，「許多心臟病學家甚至不知道心臟中有神經元，更不用說它們對心臟健康至關重要。」
有了新開發的虛擬框架，科學家可以在前所未有的細節水平上研究心臟神經元的組織和功能。「通過使用3D空間技術，我們可以建立一個全面的心臟結構圖，這是解決各種健康問題的基礎。」Schwaber說。
3D模型能將成像、收集、解剖繪圖和基因表達技術交織在一起。首先，研究人員在整個心臟區域製造出精細的切片，在每次切割時使用軟體採集顯微圖像和組織樣本。
與此同時，雷射捕獲顯微解剖技術被用於從採集的樣本中移除單個神經元，同時記錄它們在心臟解剖結構中的精確位置。然後，研究人員使用單細胞轉錄組來確定每個收集的神經元的基因表達譜。一旦所有的數據被收集起來，它們就會被放入3D模型中，以創建心臟神經網絡的綜合圖像。
「通過基因表達的空間定位，我們可以開始討論這些神經元所起的確切作用。獨立的神經元群具有不同的功能嗎？還是它們以一種綜合的方式影響心臟健康？現在我們可以用跟以前不可能的方式解決這些問題。」該研究合作者、中佛羅裡達大學醫學院的心血管解剖學家和生理學家Zixi Jack Cheng說。
這張圖顯示了心內神經系統系統從心臟頂部到底部的空間模式。儘管3D地圖是用小鼠的心臟繪製的，但研究人員表示，繪製3D地圖的程序可能會對人類醫學產生長期影響。例如，一些嚴重心臟病的病例已經能通過刺激迷走神經得到逆轉或補救，儘管人們尚不清楚為什麼這種療法對一些患者有效而對另一些患者無效。
「從解剖和分子的角度評估這些心臟神經元，可以幫助我們更好地理解其功能和開發新療法。」參與了該研究的麻薩諸塞州綜合醫院博士生Jonathan Gorky說。
相關論文信息：http://dx.doi.org/10.1016/j.isci.2020.101140
來源：中國科學報