Neue Wege, den Herzschlag abzubilden
Trotz erheblicher Fortschritte in der Gesundheitsversorgung in den letzten Jahrzehnten verursachen Herz-Kreislauf-Erkrankungen weiterhin viele Todesfälle in den entwickelten Ländern, was auch erhebliche soziale Kosten mit sich bringt. Eine Technologie ist erforderlich, die das Verständnis der Wissenschaftler über die biologischen Prozesse im Zusammenhang mit der Herzphysiologie auf zellulärer Ebene vertiefen und ihre Funktion aufklären kann. Die intravitale Mikroskopie (IVM) setzt sich zunehmend durch, da sie zur Beobachtung biologischer Systeme an lebenden Organismen bei hoher Auflösung und zur Überwachung von erwachsenen Organismen in Bezug auf das Schicksal von Zellen, Geweben und Organen verwendet werden kann. Das EU-finanzierte Projekt BEATING HEART wurde gegründet, um ein in vivo-IVM-System für die Echtzeit-Bildgebung von bewegten Organen zu entwickeln, insbesondere für das schlagende Herz auf subzellulärer Auflösungsstufe. Die Hauptziele waren die Entwicklung des Bildgebungssystems und die Entwicklung und Anwendung von Rechenmethoden zur Extraktion von Daten- und Modellierungsreaktionen. Die Initiative entwickelte auch ein Echtzeit-Cardio-Atem-Gating, um eine multidimensionale Bildgebung von Gewebemikrostruktur und -funktion zu ermöglichen. Auf diese Weise konnten sie kontraktile Myokardzellen untersuchen. Die Forscher verwendeten eine Kombination von neuartigen Stabilisatoren und anspruchsvollen maschinellen Lernalgorithmen mit Rohbildern als Eingabedaten, um die Bewegung zu reduzieren. Dies ermöglichte es ihnen, die Biologie und Physiologie eines schlagenden Herzens an einem lebenden Tier zum ersten Mal zu studieren. Die Stabilisatoren wurden implementiert und getestet, um beste Leistung zu gewährleisten und Störungen für das Funktionieren des Herzens zu minimieren. Die Wissenschaftler verwendeten Phantome aus fluoreszierenden Perlen, die in Agar eingebettet wurden, um biologisches Gewebe zu simulieren, während eine vibrierende Quelle eingesetzt wurde, um die Organbewegung zu simulieren. Um die Wirksamkeit des Systems für klinische Anwendungen zu bewerten, wurde es auch an lebenden Tieren getestet. BEATING HEART wird dazu beitragen, neues Licht auf Pfade der in vivo-Zellphysiologie zu werfen und helfen, neue Einblicke für neuartige Wirkstoff-Entdeckungen zu gewinnen. Die entwickelten Berechnungsmethoden werden darüber hinaus die Analyse optimieren und die Genauigkeit der Ergebnisse durch die Automatisierung der zeitaufwändigen Bildverarbeitung erhöhen. Die gewonnenen Erkenntnisse haben positive Implikationen hinsichtlich Vorbeugung, Diagnose und Behandlung kardiovaskulärer Erkrankungen.
Schlüsselbegriffe
In-vivo, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, intravitale Mikroskopie, BEATING HEART, Gating
