صحتك كير صحة، علاج، وقاية
مقالات مشابهة
إذا كنت قد حاولت من قبل التقاط صورة لجرو، فمن المحتمل أن ينتهي بك الأمر مع ضبابية من الفراء. حاول الآن قراءة مؤشر الأسهم الموجود على فراء الجرو، وستجد التحدي الذي يواجه الباحثين الذين يدرسون التوصيل الكهربائي لعضلة القلب.
ينقبض القلب الحي ويسترخي في كل ثانية عندما يضخ القلب، ولكن بالنسبة للباحثين الذين يدرسون التوصيل الكهربائي، فإن هذا الضخ الأساسي هو ميزة محيرة يسمونها “قطعة أثرية للحركة”. يحتاج الباحثون إلى قراءة شريط الأسهم هذا – أي إشارات الفلورسنت المتحركة التي تشير إلى الأداء الكهربائي لخلايا القلب – ولكن للقيام بذلك، يتعين عليهم عادةً استخدام أدوية توقف الخلايا عن النبض أثناء إجراء قياساتها. يمكن أن يؤثر هذا على الفيزيولوجيا الكهربية للقلب ويحد من القدرة على دراسة كيفية اقتران التوصيل الكهربائي بكل من الانكماش الميكانيكي والبنية الخلوية.
طور الباحثون في جامعة واشنطن في سانت لويس طريقة حسابية جديدة لإزالة الحركة في صور خلايا وأنسجة القلب المتوسعة والمتقلصة. ومن خلال إزالة الحركة حسابيًا، تحاكي الخوارزمية عمل الدواء في إيقاف القلب، دون المساس بالبنية الخلوية أو انقباض الأنسجة.
تم نشر نتائج البحث، بقيادة ناثانيال هيوبش، الأستاذ المساعد في الهندسة الطبية الحيوية، وجاي جينين، أستاذ هارولد وكاثلين فوت في الهندسة الميكانيكية، وكلاهما في كلية ماكيلفي للهندسة، في مجلة ماكيلفي للهندسة. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
وقال هيوبش، الذي يدرس كيفية تأثير الإشارات الميكانيكية على نمو القلب والمرض: “عندما ينبض القلب، تمر الإشارة الكهربائية عبر الأنسجة، وهذا يؤدي إلى ضغط ميكانيكي”.
“في كثير من الحالات، يحدث عدم انتظام ضربات القلب القاتل بسبب فصل النبض الكهربائي عن الضغط الميكانيكي. تستفيد مجموعتنا من المواد الحيوية وعلم الوراثة لدراسة كيفية تطور اعتلال عضلة القلب الوراثي، ونحن متحمسون جدًا لامتلاك أداة تسمح لنا، لأول مرة، “لدراسة الاقتران الكهروميكانيكي بشكل مباشر وغير جراحي في الخلايا العضلية القلبية” ، تابع هيوبش.
تحاكي خوارزمية الفريق عمل البليبستاتين، وهو دواء يمنع حركة عضلة القلب ولكنه يمكن أن يؤثر أيضًا سلبًا على البنية الأساسية لهذه الخلايا. عمل جينين وهويبش مع إليوت إلسون، الأستاذ الفخري للكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية الجزيئية في كلية الطب على هذه الطريقة.
شارك في تطوير الطريقة وتحسينها لاستخدامها في أنسجة القلب المهندسة من الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات (iPSCs) لويس وودهامز، المحاضر الأول في الهندسة الميكانيكية وعلوم المواد وخريج جامعة ماكيلفي للهندسة الذي حصل على درجتي الماجستير والدكتوراه في 2017 و2022، وجينغ شيوان غو، الذي حصل على الدكتوراه في الهندسة الميكانيكية وعلوم المواد في عام 2022.
تم إنشاء البليبستاتين الافتراضي من خوارزميتين: واحدة نجحت في تقدير عمليات النزوح لرسم خرائط القلب؛ وآخر يستخدم الأول لرسم خريطة للإشارات المتطورة مرة أخرى إلى صورة ثابتة للأنسجة. نظرًا لأن البليبستاتين الافتراضي لا يعطل انقباض الأنسجة، قال هيوبش إن هذا النهج سمح للباحثين بمراقبة اقتران موجات الكالسيوم وجهد الغشاء والانكماش الميكانيكي بشكل مباشر في نماذج أنسجة القلب iPSC في مختبره، مما يمنحهم نظرة ثاقبة لأمراض القلب. قلب.
أحد هذه الأمراض هو اعتلال عضلة القلب الضخامي، وهو حالة وراثية تصبح فيها عضلة القلب سميكة ومتيبسة، مما يزيد من صعوبة نبض القلب. تعد الحالة الصامتة في كثير من الأحيان، والتي توجد في حوالي واحد من كل 500 شخص، السبب الطبيعي الأكثر شيوعًا للوفاة بين الأطفال والشباب، وغالبًا ما تظهر للنور فقط بعد وفاة رياضي شاب فجأة أثناء المنافسة.
وقال هيوبش: “لن يصاب كل من لديه طفرة جينية بالمرض، مما يجعل من الصعب حقا إدارة علاج المرضى”. “في العادة، إذا كان شخص ما معرضًا لخطر كبير للإصابة باضطراب نظم ضربات القلب المميت، فقد ترغب في زرع جهاز تنظيم ضربات القلب فيه. ولكن بما أنه ليس كل من لديه هذه الطفرات سيصاب بالمرض، فهذا ليس خيارًا جيدًا. علاوة على هذا التحدي، تشير الدراسات إن الأدوية الجديدة لعلاج المرض تتطلب أن يبدأ العلاج مبكرًا جدًا أثناء سير المرض في النماذج الحيوانية الخاضعة للرقابة.”
اختبر الفريق البليبستاتين الافتراضي على الخلايا العضلية القلبية المستمدة من الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات البشرية وهندسة عضلة القلب كنموذج. تم تطوير أول أنسجة القلب المهندسة في مختبر إلسون في التسعينيات. تعمل نماذج الأنسجة من مختبر هيوبش على توسيع هذه الخلايا باستخدام خلايا القلب الخاصة بالمريض والتي يمكن تصنيعها من الخلايا الدهنية لمريض معين باستخدام بيئات ديناميكية ومرنة تكرر المرض والتطور. واستخدام أحدث الأدوات الجينية لفهم كيفية اندماج الجينات مع العوامل اللاجينية للبدء في تحديد المرضى المعرضين لخطر الإصابة بأمراض القلب الحادة.
في الدراسة، قاموا بمقارنة عضلة القلب المهندسة بخلايا القلب التي تم إعطاؤها طفرة جينية لاعتلال عضلة القلب الضخامي، وكانوا قادرين على مقارنة الاقتران الميكانيكي الكهربائي في الاثنين عن طريق إزالة حوالي 95٪ من الحركة منهم.
وقال جينين: “إن الاقتران الكهربائي والميكانيكي لأنسجة القلب هو عامل رئيسي في علم الأحياء الميكانيكي لوظيفة القلب”. “هذا المزيج من التقدم الذي حققه مختبر هيوبش في نمذجة الأمراض المختبرية مع أحدث أدوات الميكانيكا الصلبة يوفر إمكانات كبيرة لفهم كيفية تأثير العوامل اللاجينية على علم الأحياء الميكانيكي لتطور المرض.”
