En 3D-video af det embryonale hjerteslag

En procent af spædbørn i USA er født med kardiovaskulære abnormiteter. De udviklingsprocesser, der fører til disse medfødte problemer, er ikke synlige i ultralydsscanninger, og manglen på værktøjer til ikke-invasiv billeddannelse af pattedyrs udvikling i høj opløsning har hindret forskernes forsøg på at forstå disse processer.

I håbet om at give indsigt i, hvordan disse udviklingsproblemer kan forebygges, har forskere ved University of Houston udviklet et billedbehandlingssystem, de bruger til at tage 3D-video af pattedyrets hjerte, mens det dannes. I videoen nedenfor, der viser et musefoster, der er 8,5 dage efter undfangelsen, er et normalt hjerteslag synligt. Musens hjerte begynder at dannes efter 7,5 dage.

Videoen blev lavet ved hjælp af en billedteknologi kaldet optisk kohærens tomografi. Selvom det ser kornet ud, er denne og andre videoer af det udviklende hjerte lavet af Houston-gruppen nogle af de bedste, der nogensinde er taget. Dette er de første billeder i høj opløsning af det bankende [pattedyrs] hjerte, siger Kirill Larin , assisterende professor i biomedicinsk og maskinteknik ved University of Houston. Du kan se blodkarrene, hjertekamrene. Den nuværende opløsning af teknikken er seks mikrometer, og Larin forventer at få den ned på to.

Mikroskopiteknikker kan få meget højere opløsning, men de er invasive. Ultralyd kan gå dybt nok ind i kroppen til at afbilde menneskelige embryoner, men det er lav opløsning. Texas-forskerne udviklede en variation af optisk kohærenstomografi, der kombinerer nogle af fordelene ved hver enkelt: den er højere opløsning end ultralyd, den er ikke-invasiv, og den kan se dybere ind i kroppen end mikroskopi (ikke dybt nok til at virke i mennesker, men dybt nok at se et musefoster i laboratoriet). Andre undersøgelser af det udviklende hjerte er blevet udført i fisk og padder: de er nemmere at se, fordi disse dyr er mindre. Men deres kardiovaskulære systemer er væsentligt forskellige fra vores eget. Mange medfødte kardiovaskulære problemer skyldes misdannelser af hjertekamrene. Fiskehjerter har kun to kamre; paddehjerter har tre. Pattedyr som mus og mennesker har et fire-kammer hjerte, og ved hjælp af Houston-teknikken kan Larin se disse kamre dannes.

Optisk kohærenstomografi virker på samme princip som ultralyd. En laserstråle sendes gennem embryonet, og når det hopper tilbage, kombineres det med en interfererende referencestråle. Ved at undersøge effekten af ​​lyset på referencestrålen er det muligt at bestemme, hvor langt det rejste, og denne information rekonstrueres til at danne et billede. Houston-gruppen opfandt ikke teknikken, som almindeligvis bruges til klinisk billeddannelse af nethinden. De tilpassede eksisterende hardware og software for at gøre dem egnede til billeddannelse af embryoner.

Larin, som præsenterede billedteknologien i sidste uge på Frontiers in Optics Conference i San Jose, CA, siger, at hans gruppe nu studerer museembryoner med udviklingsforstyrrelser.

Dette billede af et museembryo blev lavet 8,5 dage efter undfangelsen og viser nogle af de strukturer, der er synlige i videoen. Perikardialsækken er strukturen, der omgiver hjertet; ventriklen er et af hjertets kamre; udstrømningskanalen er den struktur, hvorfra blodet vil strømme ind i arterierne og derefter videre til resten af ​​kroppen.
Kredit: Kirill Larin

skjule