Pelė su švytinčia širdimi

Kornelio universiteto, Pitsburgo universiteto ir Japonijos smegenų mokslo instituto RIKEN mokslininkai sukūrė transgenines peles, kurių širdys gamina fluorescencinį baltymą, kurį įjungia kalcio jonai. Kalcio koncentracija širdies ląstelėse smarkiai iškyla, o vėliau smunka, kai perduodami elektriniai signalai ir susitraukia gyvūnai, įskaitant žmones ir peles. Naudodami fluorescencinį mikroskopą, mokslininkai sugebėjo nufilmuoti šias veiklos bangas, judančias per keturias pelių širdies kameras su kiekvienu dūžiu. Kornelio universitete Michaelas Kotlikoffas tyrimams vadovavęs fluorescencinį baltymą vadina molekuliniu šnipu.

[Jei norite pamatyti fluorescencinių širdžių vaizdus, ​​spustelėkite čia.]

Biologai jau seniai svajojo matyti gyvų, funkcionuojančių gyvūnų ląstelių veiklą. Dabar metodai, kurie leis tai padaryti, artėja prie rezultatų. Šios naujos genetiškai modifikuotos pelės pateikia langą į tai, kas vyksta širdies plakimo metu, taip pat apšviečia elektrinius signalus, kurie koordinuoja plakimą. Pelės pateikė įžvalgų apie žinduolių širdies vystymąsi ir taip pat yra naudojamos širdies kamieninių ląstelių transplantacijai įvertinti. Ir, galiausiai, mokslininkai taip pat veisia peles su švytinčiomis nervinėmis ląstelėmis, kad galėtų tirti signalizaciją smegenyse.

Mūsų visų tikslas yra matyti jonų koncentracijos pokyčiai ar kiti gyvų gyvūnų ląstelių funkcijos aspektai, sako Atšaukti Gilą Wierį , Merilendo universiteto medicinos mokyklos fiziologijos profesorius, kuris 1980 metais pirmą kartą parodė kalcio laikinumą širdies raumenyse.

Mes daug išmokstame išimdami ląsteles, jas sukapodami ir žiūrėdami į atskiras molekules. Tačiau tai nepasako, ką turime žinoti apie sudėtingą ląstelių sąveiką, sako Kotlikoffas, Kornelio veterinarijos koledžo Biomedicinos mokslų katedros pirmininkas.

RIKEN mokslininkas Junichi Nakai sukūrė fluorescencinį baltymą (vadinamą GCaMP2), modifikuodamas esamą, kuris nebuvo pakankamai ryškus ar stabilus, kad būtų galima naudoti in vivo širdies eksperimentams. Kornelio mokslininkai genų inžinerijos būdu sukūrė peles, kurios gamina šį baltymą kiekvieną dieną pastovia koncentracija savo širdyse ir niekur kitur organizme.

Kotlikoffas teigia, kad naujojo fluorescencinio baltymo pranašumas, palyginti su jo pirmtakais, yra greitis, kuriuo jis gali įsijungti ir išsijungti, kaip ir lemputė, stabilumas kūno temperatūroje ir ryškumas. Pelės širdis plaka iki 600 kartų per minutę. Yra tiek daug foninės šviesos, atspindžių ir judesių, kad jums reikia kažko labai ryškaus, kad galėtumėte aptikti šiuos korinio ryšio signalus, sako jis.

Kad pamatytų ląstelių veikimą, Kotlikoffas sako: „Mes anestezuojame pelę, vėdiname ją, atveriame krūtinę ir apšviečiame tiesiai į širdį“. Pitsburgo universiteto medicinos mokyklos Guy Salama vadovaujama grupė buvo atsakinga už plakančių širdžių filmų kūrimą. Salama naudoja didelės spartos kamerą, kad sukurtų aiškius, didelės raiškos vaizdus. Kas milisekundę jis įrašinėjo kadrą, užfiksuodamas po kelis kiekvieno širdies plakimo vaizdus.

Kadangi mokslininkai filmavo pelių širdis visais vystymosi etapais, nuo vienadienių embrionų iki pilnametystės, filmai parodo, kas vyksta kiekvieną kartą, kai pelės širdis plaka visą gyvenimą, sako Kotlikoffas.

Visų žinduolių širdis yra pirmasis organas, kuris pradeda veikti dėl embriono deguonies poreikio. Tačiau jis turi pradėti siurbti, kol dar nesusiformavo tolygų širdies plakimo ritmą palaikančios struktūros. Kotlikoffas atrado signalizacijos kelią, kuris padeda embriono širdžiai išlaikyti savo ritmą tik kelias dienas, kol išsivystys suaugusiųjų struktūra. Jis sako matęs ir aritmijų – nuolatinių širdies elektrinių signalų sutrikimų, dėl kurių širdies plakimas greitas, lėtas arba nepastovus ir gali sukelti staigią mirtį.

Kotlikoffas sako, kad jis augina peles, kurios gamina naują fluorescencinį baltymą tik specializuotuose širdies audiniuose ir kūno vietose, kuriose kalcis yra svarbus, pavyzdžiui, smegenyse, kur kalcis vaidina svarbų vaidmenį perduodant signalus. Mes galime įdėti jį ten, kur norime, ir klausytis konkrečių signalų, kurie eina tarp vienos ląstelės ir kitos ląstelės, aiškina jis.

Kotlikoffas taip pat naudoja švytinčias širdies ląsteles kamieninių ląstelių transplantacijai tirti. Mes galime atskirti šias [švytinčias] ląsteles ir įdėti jas į sužeistas širdis. Ląstelės signalizuoja, kai yra suaktyvintos, todėl galime pasakyti, kaip jos elgiasi naujoje aplinkoje.

Igoris Efimovas , Vašingtono universiteto Sent Luise biomedicinos inžinerijos docentas, tiriantis elektrinių signalų perdavimo sutrikimus, sukeliančius aritmijas, sako, kad šis darbas yra didelis laimėjimas: manau, kad tai atvers naują galimybę vaizdavimui, kad pagaliau galėtume išreikšti vidinius jutiklius skirtinguose širdies ar smegenų skyriuose ir tirti, kaip impulsai perduodami normaliomis sąlygomis, o tai labai svarbu, sako jis.

Nors Wier įspėja, kad šis tyrimas vis dar yra ankstyvoje stadijoje, jis sako, kad jis yra daug žadantis, palyginti su tuo, ką turėjome praeityje. Šis [darbas] priartina mus prie to, kad galėtume tai padaryti matyti fiziologiniai pokyčiai, mažiausiai invaziniu būdu.

paslėpti