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三維重建的雄性大鼠心臟的全心視圖圖片來源：Achantaetal.-iScience

    近日，一個(gè)跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出了虛擬3D心臟，首次使用數(shù)字技術(shù)展示了心臟獨(dú)特的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。

    以大鼠心臟為模型，研究人員在5月26日的iScience上發(fā)表文章稱，他們在細(xì)胞尺度上繪制了一幅完整的心內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)（ICN）圖譜。該圖譜允許基因表達(dá)數(shù)據(jù)在其中疊加，這有助于確定特定神經(jīng)元簇起的功能作用。

    研究人員表示，這張地圖將使神經(jīng)學(xué)家和心臟病學(xué)家能夠更精確地研究心臟的神經(jīng)解剖學(xué)，并為開發(fā)其他主要器官的虛擬地圖奠定基礎(chǔ)。

    雖然人們通常將神經(jīng)元與大腦聯(lián)系在一起，但它們在其他器官中也發(fā)揮著重要作用。托馬斯·杰弗遜大學(xué)功能基因組學(xué)和計(jì)算生物學(xué)研究所主任、通訊作者JamesSchwaber說，“許多心臟病學(xué)家甚至不知道心臟中有神經(jīng)元，更不用說它們對心臟健康至關(guān)重要。”

    有了新開發(fā)的虛擬框架，科學(xué)家可以在前所未有的細(xì)節(jié)水平上研究心臟神經(jīng)元的組織和功能。“通過使用3D空間技術(shù)，我們可以建立一個(gè)全面的心臟結(jié)構(gòu)圖，這是解決各種健康問題的基礎(chǔ)。”Schwaber說。

    3D模型能將成像、收集、解剖繪圖和基因表達(dá)技術(shù)交織在一起。首先，研究人員在整個(gè)心臟區(qū)域制造出精細(xì)的切片，在每次切割時(shí)使用軟件采集顯微圖像和組織樣本。

    與此同時(shí)，激光捕獲顯微解剖技術(shù)被用于從采集的樣本中移除單個(gè)神經(jīng)元，同時(shí)記錄它們在心臟解剖結(jié)構(gòu)中的精確位置。然后，研究人員使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組來確定每個(gè)收集的神經(jīng)元的基因表達(dá)譜。一旦所有的數(shù)據(jù)被收集起來，它們就會被放入3D模型中，以創(chuàng)建心臟神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的綜合圖像。

    “通過基因表達(dá)的空間定位，我們可以開始討論這些神經(jīng)元所起的確切作用。獨(dú)立的神經(jīng)元群具有不同的功能嗎？還是它們以一種綜合的方式影響心臟健康？現(xiàn)在我們可以用跟以前不可能的方式解決這些問題。”該研究合作者、中佛羅里達(dá)大學(xué)醫(yī)學(xué)院的心血管解剖學(xué)家和生理學(xué)家ZixiJackCheng說。

    這張圖顯示了心內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)系統(tǒng)從心臟頂部到底部的空間模式。盡管3D地圖是用小鼠的心臟繪制的，但研究人員表示，繪制3D地圖的程序可能會對人類醫(yī)學(xué)產(chǎn)生長期影響。例如，一些嚴(yán)重心臟病的病例已經(jīng)能通過刺激迷走神經(jīng)得到逆轉(zhuǎn)或補(bǔ)救，盡管人們尚不清楚為什么這種療法對一些患者有效而對另一些患者無效。

    “從解剖和分子的角度評估這些心臟神經(jīng)元，可以幫助我們更好地理解其功能和開發(fā)新療法。”參與了該研究的馬薩諸塞州綜合醫(yī)院博士生JonathanGorky說。

    來源：中國科學(xué)報(bào)