Область на задней поверхности сердца крысы в форме запятой, в которой располагаются нейроны внутрисердечной нервной системы
Sirisha Achanta et al. / iScience, 2020
Ученые создали трехмерную реконструкцию внутрисердечной нервной системой крысы, на которой отразили анатомическое положение и молекулярный фенотип нейронов. Для создания атласа совместили два метода: сканирующую микроскопию с бриллиантовым лезвием для анатомической реконструкции и лазерную захватывающую микродиссекцию для анализа экспрессии генов в отдельных клетках. Авторы работы, опубликованной в журнале iScience, отмечают, что разработанную ими методику можно использовать на других органах и животных.
В последние годы появляется все больше атласов мозга млекопитающих: трехмерных, интерактивных, с разрешением до отельных клеток и указанием молекулярных фенотипов нейронов. Однако собственный нервный аппарат есть и у других органов, например, у кишечника или сердца, и для них столь подробных реконструкций не существует.
У сердца есть собственная автономная проводящая система, которая задает сердечный ритм и координирует сокращение разных отделов. Кроме того, сердце получает сигналы от центральной нервной системы, а локально работу этого органа регулирует внутрисердечная нервная система. Функциональная организация последней изучена слабо; точное расположение нейронов различных фенотипов не картировано.
Ученые из США под руководством Джеймса Швабера (James Schwaber) из Университета Томаса Джефферсона объединили два подхода для создания трехмерного атласа внутрисердечной нервной системы крыс. Реконструкцию 3D-структуры сердца на клеточном (нейронном) уровне выполнили с помощью сканирующей микроскопии с использованием бриллиантового ножа. Эта технология позволяет получать изображения свежих срезов прямо с лезвия, затем двумерные картинки можно объединять в объемную схему.
Сканирующая микроскопия с бриллиантовымм ножом: нож (серый треугольник) делает срезы органа, который зафиксирован в парафине; луч лазера проходит сквозь срез и преломляется в лезвии
Sirisha Achanta et al. / iScience, 2020
374 среза сердца складываются в 3D изображение толщиной 3,3 миллиметра
Sirisha Achanta et al. / iScience, 2020
Поперечный срез сердца, окрашенный по Нисслю
Sirisha Achanta et al. / iScience, 2020
Поделиться
Извлечение отдельного нейрона из ткани с помощью лазерной захватывающей микродиссекции
Sirisha Achanta et al. / iScience, 2020
Основная часть нейронов внутрисердечной нервной системы крысы располагается в компактной области на задней стороне предсердий, которая напоминает по форме запятую.
3D реконструкция сердца, задняя поверхность. Желтым обозначены нейроны внутрисердечной нервной системы, цветными линиями - их проекции в различные области сердца. Буквы - основные структурные элементы сердца (предсердия, желудочки, артерии и вены)
Sirisha Achanta et al. / iScience, 2020
Для второго этапа анализа извлекли 151 нейрон, в каждом из них определили уровень экспрессии 154 генов, которые связаны с функционированием нервных клеток. Ученые обратили внимание, что активность некоторых генов распределялась в пространстве по градиенту вдоль вертикальной оси сердца. По молекулярным фенотипам нейроны разделили на четыре группы, их положение в сердце соответствовало пространственным областям, выделенным по градиенту экспрессии генов. Эти группы не были описаны ранее, и авторы работы предполагают, что нарушения в пространственном или функциональном распределении нейронов могут лежать в основе патологий сердечно-сосудистой системы и разной реакции пациентов на лечение.
Распределение экспрессии некоторых генов по пространственным группам (Z1 - ближе к основанию сердца, Z3 - к верхушке). Каждая строчка - один нейрон
Sirisha Achanta et al. / iScience, 2020
Метод, который разработали в этой работе, применим и к другим органам с внутренней нервной системой, с его помощью можно определять фенотипы отдельных нейронов и соотносить их с трехмерной структурой органа. Ученые планируют продолжить работу и создать атлас внутрисердечной нервной системы свиньи — анатомия сердца этих животных ближе к человеку.
На создание атласа авторов этой работы вдохновили создатели самого известного атласа мозга, Allen Brain Atlas. Совсем недавно в рамках этого проекта создали трехмерную модель мозга мыши с субмиллимтровым разрешением.
Алиса Бахарева
Оценили 2 человека
1 кармы