Mysz ze świecącym sercem

Naukowcy z Cornell University, University of Pittsburgh i japońskiego RIKEN Brain Science Institute stworzyli transgeniczne myszy, których serca wytwarzają fluorescencyjne białko, które jest włączane przez jony wapnia. Stężenie wapnia w komórkach serca gwałtownie wzrasta, a następnie gwałtownie spada podczas sygnalizacji elektrycznej i skurczu mięśni u zwierząt, w tym ludzi i myszy. Za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego naukowcy byli w stanie sfilmować te fale aktywności poruszające się w czterech komorach serca myszy z każdym uderzeniem. Uniwersytet Cornella Michael Kotlikoff , który prowadził badania, nazywa fluorescencyjne białko szpiegiem molekularnym.

[Aby zobaczyć obrazy fluorescencyjnych serc, kliknij tutaj.]

Biolodzy od dawna marzyli o możliwości zobaczenia aktywności komórek u żywych, funkcjonujących zwierząt. Teraz pojawiają się techniki, które to umożliwią. Te nowe genetycznie zmodyfikowane myszy zapewniają wgląd w to, co dzieje się podczas bicia serca, a także oświetlają sygnały elektryczne, które koordynują bicie. Myszy dostarczyły wglądu w rozwój serca ssaków i są również wykorzystywane do oceny przeszczepów komórek macierzystych serca. I wreszcie, naukowcy hodują również myszy ze świecącymi komórkami nerwowymi, aby zbadać sygnalizację w mózgu.

Celem dla nas wszystkich jest: zobaczyć zmiany stężenia jonów lub inne aspekty funkcji komórkowych żywych zwierząt, mówi Wycofaj Gil Wier , profesor fizjologii na University of Maryland School of Medicine, który w 1980 roku po raz pierwszy wykazał przemijanie wapnia w mięśniu sercowym.

Wiele się uczymy, wyciągając komórki, siekając je i patrząc na poszczególne molekuły. Ale nie mówi nam, co musimy wiedzieć o złożonych interakcjach między komórkami, mówi Kotlikoff, który jest przewodniczącym wydziału nauk biomedycznych w Cornell College of Veterinary Medicine.

Naukowiec z RIKEN, Junichi Nakai, stworzył białko fluorescencyjne (nazywane GCaMP2), modyfikując istniejące, które nie było wystarczająco jasne lub stabilne, aby można je było wykorzystać w eksperymentach in vivo na sercu. Naukowcy z Cornell zmodyfikowali genetycznie myszy, które produkują to białko dzień po dniu iw stałej koncentracji, w swoich sercach i nigdzie indziej w ciele.

Kotlikoff mówi, że zaletą nowego białka fluorescencyjnego nad jego poprzednikami jest szybkość, z jaką może się włączać i wyłączać, jak żarówka, jego stabilność w temperaturze ciała i jasność. Serce myszy bije do 600 razy na minutę. Mówi, że w tle jest tak dużo światła, odbić i ruchu, że potrzebujesz czegoś bardzo jasnego, aby móc wykryć te sygnały komórkowe.

Aby zobaczyć działanie komórek, Kotlikoff mówi: Znieczulamy mysz, przewietrzamy ją, otwieramy klatkę piersiową i rzucamy światło prosto na serce. Grupa kierowana przez Guya Salamę z University of Pittsburgh School of Medicine była odpowiedzialna za produkcję filmów o bijących sercach. Salama używa szybkiej kamery do tworzenia wyraźnych obrazów o wysokiej rozdzielczości. Nagrywał klatkę co milisekundę, przechwytując kilka obrazów każdego bicia serca.

Ponieważ naukowcy sfilmowali serca myszy na wszystkich etapach rozwoju, od jednodniowych embrionów po dorosłość, filmy pokazują, co się dzieje za każdym razem, gdy serce myszy bije przez całe życie, mówi Kotlikoff.

U wszystkich ssaków serce jest pierwszym organem, który zaczyna działać, napędzany zapotrzebowaniem embrionu na tlen. Musi jednak zacząć pompować, zanim rozwiną się struktury utrzymujące stałe tempo bicia serca. Kotlikoff odkrył ścieżkę sygnalizacyjną, która pomaga embrionalnemu sercu utrzymać tempo tylko przez kilka dni, dopóki nie rozwinie się dorosła struktura. Mówi, że widział również arytmie – zakłócenia stałych sygnałów elektrycznych serca, które prowadzą do szybkiego, wolnego lub nieregularnego bicia serca i mogą spowodować nagłą śmierć.

Kotlikoff mówi, że hoduje myszy, które wytwarzają nowe białko fluorescencyjne tylko w wyspecjalizowanych tkankach serca i częściach ciała, w których wapń jest ważny, takich jak mózg, gdzie wapń odgrywa ważną rolę w sygnalizacji. Możemy umieścić go tam, gdzie chcemy i nasłuchiwać określonych sygnałów, które przechodzą między jedną komórką a drugą komórką – wyjaśnia.

Kotlikoff wykorzystuje również świecące komórki serca do badania przeszczepów komórek macierzystych. Możemy odróżnić te [świecące] komórki i umieścić je w uszkodzonych sercach. Komórki sygnalizują, kiedy są aktywowane, dzięki czemu możemy powiedzieć, jak zachowują się w nowym środowisku.

Igor Efimow , profesor nadzwyczajny inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Waszyngtońskim w St. Louis, który bada zakłócenia w sygnalizacji elektrycznej, które powodują arytmie, mówi, że ta praca jest wielkim przełomem: myślę, że otworzy nowe możliwości obrazowania, dzięki czemu będziemy mogli wreszcie wyrazić – czujniki wewnętrzne w różnych przedziałach serca lub mózgu i badają, jak impulsy są przewodzone w normalnych warunkach, co jest bardzo ważne – mówi.

Chociaż Wier ostrzega, że ​​te badania są wciąż na wczesnym etapie, twierdzi, że są obiecujące w porównaniu z tym, co mieliśmy w przeszłości. Ta [praca] przybliża nas do możliwości zobaczyć zmiany fizjologiczne, w najmniej inwazyjny sposób.

ukryć