新型成像技術(shù)“刀形掃描顯微鏡”（Knife-Edge Scanning Microscopy，KSEM）可深入探索神經(jīng)元在心臟病發(fā)作和其它疾病中的作用。

3D重建的雄性小白鼠心臟

據(jù)麥姆斯咨詢報道，大腦通過復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來維持人心臟的正常功能。當兩者其中的連接中斷時，可能會導(dǎo)致心臟疾病，包括心臟病、心源性猝死和血液供應(yīng)不足等問題。

作為額外的安全層，心臟擁有自己的“小型大腦”，稱為心內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)（intracardiac nervous system，ICN），它可以參與心功能的中樞調(diào)節(jié)，及外周短程反射環(huán)路和心內(nèi)局部反射環(huán)路的構(gòu)成。ICN甚至可以在心臟病發(fā)作時保護心肌。

一直以來由于神經(jīng)元的組織結(jié)構(gòu)和位置都不了解，因此ICN是如何發(fā)揮這些作用的還無從得知。但近日在Cell子刊iScience上發(fā)表的一項研究中，位于賓夕法尼亞州費城（Philadelphia， PA）的托馬斯·杰斐遜大學(xué)（Thomas Jefferson University）的研究人員已能夠詳細回答這些問題了。

“在神經(jīng)學(xué)和心臟病學(xué)之間，我們對于ICN的理解還存在很大的空白。”該研究的共同通訊作者、Daniel Baugh Institute（DBI）功能基因組學(xué)和計算生物學(xué)研究所所長James Schwaber博士說道。

“目前人類器官中唯一一個擁有如此詳細的高分辨率3D圖譜的是大腦。”該研究的共同通訊作者，病理學(xué)、細胞生物學(xué)和解剖學(xué)教授Raj Vadigepalli博士評論說道，“我們創(chuàng)建了首個全面的心臟神經(jīng)系統(tǒng)路線圖，其他研究人員可以參考該路線圖，解決有關(guān)ICN中不同神經(jīng)元的功能、生理機能和連接性等一系列問題。”

該研究借鑒了來自不同研究小組（杰斐遜和中佛羅里達大學(xué)）以及行業(yè)合作伙伴Strateos和MBF Bioscience的相關(guān)技術(shù)和專業(yè)知識，最終開創(chuàng)出一條雙途徑方法。

創(chuàng)新型成像技術(shù)

其中利用了一種被稱為“刀形掃描顯微鏡”（KSEM）的新型成像技術(shù)，研究人員能夠憑借該技術(shù)構(gòu)建整個嚙齒類動物心臟的精準3D模型。這是該技術(shù)首次用于心臟研究。

第二種方法是利用了一種稱為激光捕獲顯微切割（Laser Capture Microdissection，LCM）的技術(shù)，對單個神經(jīng)元進行采樣以進行基因表達分析，并精確地繪制其在心臟3D結(jié)構(gòu)內(nèi)的位置。

通過這種方式繪制的3D圖譜揭示了迄今為止未知的ICN的復(fù)雜特性。研究人員發(fā)現(xiàn)，組成ICN的神經(jīng)元位于心臟底部（頂部）一連串的集群中，即心臟的靜脈和動脈進出的地方，但也會延伸到心臟后部的左心房處。

3D圖譜揭示了迄今為止未知的ICN的復(fù)雜特性

共同作者Jonathan Gorky是一名剛畢業(yè)的醫(yī)學(xué)博士，現(xiàn)為麻省總醫(yī)院（Massachusetts General Hospital）的一名住院醫(yī)師，他說道：“一直以來神經(jīng)元的集聚是我們一直懷疑但從未確定的事情，如今看到ICN功能的物理證據(jù)和神經(jīng)元的精確分布，太令人興奮了！”

單一神經(jīng)元的基因表達分析也指出了此前未知的分子身份或表型的多樣性。“我們發(fā)現(xiàn)了多種不同類型的神經(jīng)調(diào)節(jié)因子和受體。”Vadigepalli博士說道，“我們的心臟不僅有能夠開啟或關(guān)閉活性的神經(jīng)元，還存在能調(diào)節(jié)ICN活性的神經(jīng)元。”

性別差異

在比較雄性和雌性小白鼠心臟時，研究人員還發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的組織方式存在性別差異。共同作者Alison Moss、生物化學(xué)和分子藥理學(xué)博士研究生以及高級研究助理Shaina Robbins目前正根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)進行進一步的分析。

“這有利于幫助我們解釋男性和女性在心臟病患病上的某些差異。”Moss說道，“我們現(xiàn)在正在嘗試創(chuàng)建豬心臟內(nèi)在神經(jīng)系統(tǒng)的3D模型（因為其在解剖學(xué)上更接近人類心臟），以進一步探究相關(guān)問題。”

該項目是NIH（National Institutes of Health，美國國立衛(wèi)生研究院）研究計劃的一部分，該計劃命名為“神經(jīng)刺激療法（Stimulating Peripheral Activity to Relieve Conditions）”，即SPARC，旨在促進治療設(shè)備的開發(fā)，調(diào)節(jié)機體神經(jīng)電活性來改善器官的功能。“最終希望是為人類心臟在健康和疾病方面創(chuàng)建3D圖譜。”Schwaber博士總結(jié)說道，“同時也為后期更為深入的研究奠定了基礎(chǔ)。”
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