211service.com
En 3D-video av det embryonala hjärtslaget
En procent av spädbarnen i USA föds med kardiovaskulära avvikelser. De utvecklingsprocesser som leder till dessa medfödda problem är inte synliga i ultraljudsskanningar, och bristen på verktyg för att avbilda däggdjursutveckling icke-invasivt med hög upplösning har hindrat forskarnas försök att förstå dessa processer.
I hopp om att ge insikter om hur dessa utvecklingsproblem kan förebyggas, har forskare vid University of Houston utvecklat ett bildsystem som de använder för att ta 3D-video av däggdjurshjärtat när det bildas. I videon nedan, som visar ett musembryo som är 8,5 dagar efter befruktningen, är ett normalt hjärtslag synligt. Mushjärtat börjar bildas vid 7,5 dagar.
Videon gjordes med hjälp av en bildteknik som kallas optisk koherenstomografi. Även om det ser kornigt ut, är den här och andra videor av det utvecklande hjärtat gjorda av Houston-gruppen några av de bästa som någonsin tagits. Det här är de första bilderna med hög upplösning av det bankande [däggdjurs]hjärtat, säger Kirill Larin , biträdande professor i biomedicinsk och maskinteknik vid University of Houston. Du kan se blodkärlen, hjärtkamrarna. Teknikens nuvarande upplösning är sex mikrometer och Larin räknar med att få ner den till två.
Mikroskopitekniker kan få mycket högre upplösning, men de är invasiva. Ultraljud kan gå tillräckligt djupt in i kroppen för att avbilda mänskliga embryon, men det har låg upplösning. Forskarna från Texas utvecklade en variant av optisk koherenstomografi som kombinerar några av fördelarna med var och en: den är högre upplösning än ultraljud, den är icke-invasiv och den kan titta djupare in i kroppen än mikroskopi (inte tillräckligt djupt för att fungera i människor, men tillräckligt djupt) att titta på ett musembryo i labbet). Andra studier av det utvecklande hjärtat har gjorts på fiskar och amfibier: de är lättare att se eftersom dessa djur är mindre. Men deras kardiovaskulära system skiljer sig markant från vårt eget. Många medfödda kardiovaskulära problem beror på missbildningar i hjärtats kammare. Fiskhjärtan har bara två kammare; amfibiehjärtan har tre. Däggdjur som möss och människor har ett fyrkammarhjärta, och med hjälp av Houston-tekniken kan Larin se hur dessa kamrar bildas.
Optisk koherenstomografi fungerar på samma princip som ultraljud. En laserstråle skickas genom embryot, och när det studsar tillbaka kombineras det med en störande referensstråle. Genom att undersöka ljusets effekt på referensstrålen är det möjligt att bestämma hur långt det färdats och denna information rekonstrueras för att bilda en bild. Houston-gruppen uppfann inte tekniken, som vanligtvis används för klinisk avbildning av näthinnan. De anpassade befintlig hårdvara och mjukvara för att göra dem lämpliga för avbildning av embryon.
Larin, som presenterade bildtekniken förra veckan vid Frontiers in Optics Conference i San Jose, CA, säger att hans grupp nu studerar musembryon med utvecklingsstörningar.
Den här bilden av ett musembryo gjordes 8,5 dagar efter befruktningen och visar några av strukturerna som är synliga i videon. Perikardsäcken är strukturen som omger hjärtat; ventrikeln är en av hjärtats kammare; utflödeskanalen är strukturen från vilken blod kommer att flöda in i artärerna och sedan vidare till resten av kroppen.
Kredit: Kirill Larin