2023 Författare: Bailey Leapman | [email protected]. Senast ändrad: 2023-05-20 23:02
Forskare vid Case Western Reserve University har hittat ett sätt att skapa tredimensionella kartor över den stress som cirkulerande blod utsätter för det utvecklande hjärtat i en djurmodell - en nyckel till att förstå triggers av hjärtfel.
Teamet har börjat testa tekniken för att avslöja hur alkohol, droger och andra faktorer sätter igång händelser som resulterar i defekter hos nyfödda människor.
Passerande blodkroppar drar på endotelcellerna som kantar det växande hjärtat, ett fenomen som kallas skjuvstress, vilket har kopplats till förändringar i genuttryck som resulterar i defekter, oftast i klaffarna. Men exakt hur de är anslutna är oklart.
"Alkoholexponering kan påverka skjuvstress genom att modulera hjärtfrekvensen, men det kan också innebära kraft och/eller tidpunkt för sammandragningen", säger Andrew Rollins, docent i biomedicinsk teknik och senior författare till den nya studien. "Nu när vi har verktyget kan vi börja ta reda på det."
"Vi analyserar tidig och sen utveckling av hjärtat och försöker skapa kopplingar som resulterar i ventildysfunktion", säger Lindsy M. Peterson, doktorand i Rollins labb och huvudförfattare. Deras arbete publiceras i det aktuella onlinenumret av Optical Society of Americas tidskrift Biomedical Optics Express.
Paret samarbetade med forskarassistent Michael W. Jenkins; senior forskarassistent Shi Gu; Lee Barwick, forskare nu vid Brigham Young University; och Michiko Watanabe, professor i pediatrik vid Case Western Reserve School of Medicine.
För att titta på strukturen hos det utvecklande hjärtat och blodflödet modifierade forskarna en teknologi som kallas Doppler optisk koherenstomografi. Kallas OCT för kort, de lyser en infraröd laser på hjärtat.
Reflexioner som mäts på olika djup används för att skapa en tredimensionell bild på ungefär samma sätt som ubåtsmän använder ekolod för att avbilda sin omgivning i djuphavet. Men forskarna lägger till dimensionen av tid och skapar filmer av blodflödet genom strukturerna som behövs för att kartlägga skjuvspänning.
De tar sina första bilder efter två dagar, under ett stadium av hjärtutveckling som kallas hjärtslingor. Det är när det enkla raka röret som är ett embryohjärta förvandlas medurs till en spiral, som bildar början på två förmak och två ventriklar. De tar fler bilder efter tre dagar och igen efter åtta dagar, när septum, väggen mellan vänster och höger sida av hjärtat, har bildats.
Teamet arbetar med Ganga Karunamuni, en pediatrik forskningsassistent vid medicinhögskolan, och fortsätter nu en rad experiment som testar vaktelhjärtmodellens svar på alkoholexponering och kommer även att testa exponering för psykiatriska läkemedel som kallas selektivt serotonin receptorhämmare. Ensamma eller tillsammans kan de förändra skjuvspänningen.
De utsätter modellen för alkohol i ett skede som kallas gastrulation, när embryot förändras från två cellskikt till en organism med flera lager.
Detta är ett kritiskt stadium för induktion av fosterskador, sa Peterson. Hos människor är det ett tidigt stadium när en kvinna kanske inte vet att hon är gravid.
Rollins sa att kliniska tillämpningar är långt borta men teamet har börjat prata om möjligheter.
"Om det blev möjligt att screena ett foster för onormal hjärtfunktion," sa han, "kan det vara möjligt att ingripa med läkemedel, med genterapi." Eller genom att använda icke-invasiva pulser av infrarött ljus för att få hjärtat att dra ihop sig vid behov – en annan teknik som teamet utvecklar med kliniska kollegor inom Pediatric Cardiology – för att förebygga eller behandla defekter före födseln.
