新研究捕捉了心臟在動(dòng)物胚胎中開始跳動(dòng)的那一刻

科學(xué)家們已經(jīng)捕捉到了心臟開始跳動(dòng)的轉(zhuǎn)瞬即逝的時(shí)刻，當(dāng)你考慮到斑馬魚生命的相對(duì)短暫時(shí)，這一壯舉變得更加引人注目。

在斑馬魚發(fā)育約20小時(shí)的狹窄窗口中，胚胎發(fā)育中的心臟開始行動(dòng)，從單細(xì)胞集合中脫穎而出。

“就像有人撥動(dòng)了開關(guān)，”說(shuō)哈佛大學(xué)生物物理學(xué)家亞當(dāng)·科恩（Adam Cohen）是這項(xiàng)新研究的資深作者，該研究對(duì)斑馬魚胚胎緊貼在定制的瓊脂糖模具中進(jìn)行了成像，以捕捉這一千載難逢的事件。

使用高速顯微鏡成像，哈佛大學(xué)的研究人員建立在數(shù)十年前對(duì)第一次心跳的研究基礎(chǔ)上雞、大鼠和老鼠窺視數(shù)小時(shí)大的斑馬魚胚胎，并確定心臟細(xì)胞開始跳動(dòng)的時(shí)刻。

從過(guò)去的研究中，很明顯，第一次心跳甚至在第一個(gè)心臟結(jié)構(gòu)（原始管）形成之前就發(fā)生了?；顒?dòng)的最初跡象是在科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的稱為心肌細(xì)胞的心肌細(xì)胞群中。充斥著鈣離子，但不是以任何有組織的方式。

在成熟的心臟中，鈣離子沖入和沖出心肌細(xì)胞，產(chǎn)生動(dòng)作電位（電活動(dòng)峰值）觸發(fā)心臟收縮。

首席研究員Bill Jia和Cohen及其團(tuán)隊(duì)通過(guò)測(cè)量鈣離子波如何在發(fā)育斑馬魚胚胎中變得有組織和傳播以觸發(fā)心臟的第一個(gè)統(tǒng)一脈搏來(lái)繼續(xù)以前的工作。

“心臟在典型的人類一生中跳動(dòng)約30億次，而且絕不能休息，”說(shuō)科恩?！拔覀兿肟纯催@臺(tái)令人難以置信的機(jī)器是如何首先啟動(dòng)的。

緩慢，稀疏的鈣波變得更大，更頻繁，因?yàn)榘l(fā)育中的心肌細(xì)胞在斑馬魚胚胎的中線組裝成環(huán)形。然后，突然間，鈣水平飆升，心臟細(xì)胞釋放出席卷組織的電活動(dòng)爆發(fā)。

最初的幾次心跳有點(diǎn)不規(guī)則，但很快就進(jìn)入了同步的收縮。“在連接到循環(huán)系統(tǒng)和血液泵送之前，就有節(jié)奏的，空間結(jié)構(gòu)的節(jié)拍出現(xiàn)，”研究人員說(shuō)。觀察.

此外，賈和同事注意到斑馬魚的心臟細(xì)胞在第一次心跳前約90分鐘進(jìn)入興奮狀態(tài)，好像在準(zhǔn)備采取行動(dòng)。

有趣的是，第一次心跳前澎湃的鈣離子波并不總是在不同的斑馬魚胚胎中起源于同一個(gè)地方，這表明首先放電的細(xì)胞沒(méi)有什么獨(dú)特之處。

所謂的起始位點(diǎn)最常發(fā)生在心臟環(huán)的中心區(qū)域，而不是其外邊緣，那里是保持成人心臟滴答作響的起搏器細(xì)胞。

Jia和co.認(rèn)為，在第一次收縮之前，心臟細(xì)胞的早期活動(dòng)可能會(huì)刺激心血管發(fā)育。

鑒于斑馬魚與小雞，大鼠和小鼠胚胎之間的相似性，研究人員認(rèn)為心臟形成的潛在機(jī)制可能在脊椎動(dòng)物中共享 - 包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)的那組脊椎動(dòng)物。

如果是這樣，這項(xiàng)研究可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的研究，研究心臟不規(guī)則（如心律失常）如何在人類中出現(xiàn)。

“通過(guò)觀察心臟如何發(fā)育，”解釋哈佛醫(yī)學(xué)院的系統(tǒng)生物學(xué)家肖恩·梅加森（Sean Megason）說(shuō)：“我們可以看到不同的控制機(jī)制是如何分層的，這可能會(huì)告訴我們?nèi)绻鼈儼l(fā)生故障會(huì)發(fā)生什么。

該研究已發(fā)表在自然界.

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