Pele ar mirdzošu sirdi

Kornela universitātes, Pitsburgas universitātes un Japānas smadzeņu zinātnes institūta RIKEN pētnieki ir izveidojuši transgēnas peles, kuru sirdis ražo fluorescējošu proteīnu, ko ieslēdz kalcija joni. Kalcija koncentrācija sirds šūnās strauji pieaug un pēc tam strauji samazinās elektrisko signālu un muskuļu kontrakcijas laikā dzīvniekiem, tostarp cilvēkiem un pelēm. Izmantojot fluorescences mikroskopu, zinātnieki varēja nofilmēt šos aktivitātes viļņus, kas pārvietojas pa četrām peļu sirds kamerām ar katru sitienu. Kornela universitāte Mihaels Kotlikofs , kurš vadīja pētījumu, fluorescējošo proteīnu sauc par molekulāro spiegu.

[Lai redzētu fluorescējošu siržu attēlus, noklikšķiniet šeit.]

Biologi jau sen ir sapņojuši par iespēju redzēt dzīvu, funkcionējošu dzīvnieku šūnu darbību. Tagad tiek īstenoti paņēmieni, kas to padarīs iespējamu. Šīs jaunās ģenētiski modificētās peles nodrošina logu uz to, kas notiek sirdsdarbības laikā, kā arī apgaismo elektriskos signālus, kas koordinē sitienu. Peles ir sniegušas ieskatu zīdītāju sirds attīstībā, un tās tiek izmantotas arī sirds cilmes šūnu transplantācijas novērtēšanai. Visbeidzot, pētnieki audzē arī peles ar kvēlojošām nervu šūnām, lai pētītu signālu pārraidi smadzenēs.

Mūsu visu mērķis ir skat jonu koncentrācijas izmaiņas vai citi šūnu funkcijas aspekti dzīviem dzīvniekiem, saka Atsauc Gilu Vīru , Merilendas Universitātes Medicīnas skolas fizioloģijas profesors, kurš 1980. gadā pirmo reizi parādīja kalcija īslaicīgumu sirds muskuļos.

Mēs daudz mācāmies, izņemot šūnas, sasmalcinot tās un aplūkojot atsevišķas molekulas. Bet tas mums nepasaka, kas mums jāzina par sarežģīto mijiedarbību starp šūnām, saka Kotlikoffs, kurš ir Kornela Veterinārmedicīnas koledžas Biomedicīnas zinātņu katedras vadītājs.

RIKEN zinātnieks Junichi Nakai radīja fluorescējošo proteīnu (sauktu par GCaMP2), pārveidojot esošo proteīnu, kas nebija pietiekami spilgts vai stabils, lai to izmantotu in vivo sirds eksperimentiem. Kornela zinātnieki ģenētiski izstrādāja peles, kas šo proteīnu ražo katru dienu un vienmērīgā koncentrācijā savās sirdīs un nekur citur organismā.

Kotlikoff saka, ka jaunā fluorescējošā proteīna priekšrocība salīdzinājumā ar tā priekšgājējiem ir ātrums, ar kādu tas var ieslēgties un izslēgties, piemēram, spuldze, tā stabilitāte ķermeņa temperatūrā un tā spilgtums. Peles sirds pukst līdz 600 reizēm minūtē. Viņš saka, ka ir tik daudz fona gaismas, atstarošanas un kustības, ka jums ir nepieciešams kaut kas ļoti spilgts, lai varētu noteikt šos šūnu signālus.

Lai redzētu šūnu darbību, Kotlikofs saka: Mēs anestēzējam peli, vēdinām to, atveram krūtis un apgaismojam tieši sirdi. Gaja Salama vadītā grupa Pitsburgas Universitātes Medicīnas skolā bija atbildīga par pukstošo siržu filmu veidošanu. Salama izmanto ātrgaitas kameru, lai izveidotu skaidrus augstas izšķirtspējas attēlus. Viņš ierakstīja kadru katru milisekundi, tverot vairākus katra sirdsdarbības attēlus.

Tā kā pētnieki filmēja peļu sirdis visos attīstības posmos, sākot no dienu veciem embrijiem līdz pilngadībai, filmas parāda, kas notiek katru reizi, kad peles sirds pukst visu mūžu, saka Kotlikofs.

Visiem zīdītājiem sirds ir pirmais orgāns, kas sāk darboties, jo embrijam ir nepieciešams skābeklis. Tomēr tam ir jāsāk sūknēt, pirms ir izveidojušās struktūras, kas uztur vienmērīgu sirdsdarbību. Kotlikoff atklāja signalizācijas ceļu, kas palīdz embrija sirdij saglabāt savu tempu tikai dažas dienas, līdz attīstās pieaugušā struktūra. Viņš saka, ka ir redzējis arī aritmijas — vienmērīgu sirds elektrisko signālu traucējumus, kas izraisa ātru, lēnu vai neregulāru sirdsdarbību un var izraisīt pēkšņu nāvi.

Kotlikofs saka, ka viņš audzē peles, kas veido jauno fluorescējošo proteīnu tikai specializētos sirds audos un ķermeņa daļās, kur kalcijs ir svarīgs, piemēram, smadzenēs, kur kalcijam ir svarīga loma signalizācijā. Mēs varam to ievietot, kur vēlamies, un klausīties konkrētus signālus, kas iet starp vienu šūnu un otru šūnu, viņš skaidro.

Kotlikoff izmanto arī kvēlojošās sirds šūnas, lai pētītu cilmes šūnu transplantācijas. Mēs varam atšķirt šīs [kvēlojošās] ​​šūnas un ievietot tās ievainotās sirdīs. Šūnas signalizē, kad tās ir aktivizētas, lai mēs varētu pateikt, kā tās uzvedas jaunajā vidē.

Igors Efimovs , biomedicīnas inženierijas asociētais profesors Vašingtonas Universitātē Sentluisā, kurš pēta elektriskās signalizācijas traucējumus, kas izraisa aritmijas, saka, ka šis darbs ir liels sasniegums: es domāju, ka tas pavērs jaunu iespēju attēlveidošanai, lai mēs beidzot varētu izteikties. iekšējos sensorus dažādos sirds vai smadzeņu nodalījumos un pēta, kā impulsi tiek vadīti normālos apstākļos, kas ir ļoti svarīgi, viņš saka.

Lai gan Vīrs brīdina, ka šis pētījums joprojām ir agrīnā stadijā, viņš saka, ka tas ir daudzsološs salīdzinājumā ar to, kas mums bija pagātnē. Šis [darbs] tuvojas tam, ka mēs varam skat fizioloģiskas izmaiņas vismazāk invazīvā veidā.

paslēpties