211service.com
Mus med et glødende hjerte
Forskere ved Cornell University, University of Pittsburgh og Japans RIKEN Brain Science Institute har skabt transgene mus, hvis hjerter producerer et fluorescerende protein, der tændes af calciumioner. Calciumkoncentrationer i hjerteceller skyder i vejret og styrter derefter under elektrisk signalering og muskelsammentrækning hos dyr, herunder mennesker og mus. Ved hjælp af et fluorescensmikroskop var forskerne i stand til at filme disse aktivitetsbølger, der bevægede sig gennem de fire kamre i musenes hjerter med hvert slag. Cornell University Michael Kotlikoff , der ledede forskningen, kalder det fluorescerende protein for en molekylær spion.
[Klik her for at se billeder af fluorescerende hjerter.]
Biologer har længe drømt om at kunne se cellernes aktiviteter i levende, fungerende dyr. Nu er de teknikker, der vil gøre dette muligt, ved at blive til virkelighed. Disse nye gensplejsede mus giver et vindue ind i, hvad der sker under et hjerteslag og belyser også de elektriske signaler, der koordinerer slaget. Musene har givet indsigt i udviklingen af pattedyrshjertet og bliver også brugt til at evaluere hjertestamcelletransplantationer. Og endelig opdrætter forskerne også mus med glødende nerveceller for at studere signalering i hjernen.
Målet for os alle er at se ændringerne i ionkoncentration eller andre aspekter af cellulær funktion i levende dyr, siger Afvis Gil Wier , en professor i fysiologi ved University of Maryland School of Medicine, som i 1980 første gang viste calciums forgængelighed i hjertemusklerne.
Vi lærer meget ved at tage celler ud, hakke dem op og se på individuelle molekyler. Men det fortæller os ikke, hvad vi har brug for at vide om de komplekse interaktioner mellem celler, siger Kotlikoff, der er formand for afdelingen for biomedicinske videnskaber ved Cornell's College of Veterinary Medicine.
RIKEN-forskeren Junichi Nakai skabte det fluorescerende protein (kaldet GCaMP2) ved at modificere et eksisterende, der ikke var lyst eller stabilt nok til at bruge til in vivo hjerteeksperimenter. Cornell-forskere gensplejsede mus, der producerer dette protein dag efter dag og i en konstant koncentration, i deres hjerter og ingen andre steder i kroppen.
Kotlikoff siger, at fordelen ved det nye fluorescerende protein i forhold til dets forgængere er den hastighed, hvormed det kan tænde og slukke, som en pære, dets stabilitet ved kropstemperatur og dets lysstyrke. Musens hjerte slår op til 600 gange i minuttet. Der er så meget baggrundslys og refleksion og bevægelse, at du har brug for noget meget lyst for at kunne detektere disse cellulære signaler, siger han.
For at se cellernes funktion siger Kotlikoff: Vi bedøver musen, ventilerer den, åbner brystet og kaster lys direkte på hjertet. En gruppe ledet af Guy Salama ved University of Pittsburgh School of Medicine var ansvarlig for at producere film med de bankende hjerter. Salama bruger et højhastighedskamera til at skabe klare billeder i høj opløsning. Han optog et billede hvert millisekund og tog flere billeder af hvert hjerteslag.
Fordi forskerne filmede musenes hjerter på alle udviklingsstadier, fra daggamle embryoner til voksenlivet, viser filmene dig, hvad der foregår, hver gang musens hjerte banker hele livet, siger Kotlikoff.
Hos alle pattedyr er hjertet det første organ, der begynder at arbejde, drevet af embryonets behov for ilt. Det skal dog begynde at pumpe, før de strukturer, der opretholder hjerteslagets konstante tempo, har udviklet sig. Kotlikoff opdagede en signalvej, der hjælper det embryonale hjerte med at holde sit tempo i kun et par dage, indtil den voksne struktur udvikler sig. Han siger, at han også har set arytmier - forstyrrelser i hjertets konstante elektriske signaler, der fører til hurtige, langsomme eller uregelmæssige hjerteslag, og som kan forårsage pludselig død.
Kotlikoff siger, at han opdrætter mus, der kun fremstiller det nye fluorescerende protein i specialiserede hjertevæv og dele af kroppen, hvor calcium er vigtigt, såsom hjernen, hvor calcium spiller en vigtig rolle i signaleringen. Vi kan placere det, hvor vi vil, og lytte til specifikke signaler, der passerer mellem en celle og en anden celle, forklarer han.
Kotlikoff bruger også de glødende hjerteceller til at studere stamcelletransplantationer. Vi kan differentiere disse [glødende] celler og sætte dem ind i hjerter, der er blevet såret. Cellerne signalerer, når de er aktiveret, så vi kan fortælle, hvordan de opfører sig i deres nye miljø.
Igor Efimov , lektor i biomedicinsk teknik ved Washington University i St. Louis, som studerer forstyrrelser i elektrisk signalering, der forårsager arytmier, siger, at dette arbejde er et stort gennembrud: Jeg tror, det vil åbne en ny mulighed for billeddannelse, så vi endelig kan udtrykke indre sensorer i forskellige rum i hjertet eller hjernen og studerer, hvordan impulser ledes under normale forhold, hvilket er meget vigtigt, siger han.
Mens Wier advarer om, at denne forskning stadig er i sine tidlige stadier, siger han, at den er lovende sammenlignet med, hvad vi havde tidligere. Dette [arbejde] bringer os tættere på at kunne se fysiologiske ændringer, på den mindst invasive måde.