Maus mit leuchtendem Herzen

Forscher der Cornell University, der University of Pittsburgh und des japanischen RIKEN Brain Science Institute haben transgene Mäuse erschaffen, deren Herzen ein fluoreszierendes Protein produzieren, das durch Kalziumionen aktiviert wird. Die Kalziumkonzentrationen in Herzzellen explodieren und sinken dann während der elektrischen Signalübertragung und der Muskelkontraktion bei Tieren, einschließlich Menschen und Mäusen. Mit einem Fluoreszenzmikroskop konnten die Wissenschaftler diese Aktivitätswellen filmen, die sich bei jedem Schlag durch die vier Herzkammern der Mäuse bewegen. der Cornell University Michael Kotlikoff , der die Forschung leitete, bezeichnet das fluoreszierende Protein als molekularen Spion.

neue technologie von 2016

[Um Bilder von fluoreszierenden Herzen zu sehen, klicken Sie hier.]

Biologen haben lange davon geträumt, die Aktivitäten von Zellen in lebenden, funktionierenden Tieren zu sehen. Jetzt kommen die Techniken zum Tragen, die dies ermöglichen. Diese neuen gentechnisch veränderten Mäuse bieten einen Einblick in das, was während eines Herzschlags passiert, und beleuchten auch die elektrischen Signale, die den Schlag koordinieren. Die Mäuse haben Einblicke in die Entwicklung des Säugetierherzens gegeben und werden auch zur Evaluierung von Herzstammzelltransplantationen eingesetzt. Und schließlich züchten die Forscher auch Mäuse mit leuchtenden Nervenzellen, um die Signalgebung im Gehirn zu untersuchen.



Das Ziel für uns alle ist es, sehen die Veränderungen der Ionenkonzentration oder andere Aspekte der Zellfunktion bei lebenden Tieren, sagt Withrow Gil Wier , einem Professor für Physiologie an der University of Maryland School of Medicine, der 1980 erstmals die Vergänglichkeit von Kalzium in den Herzmuskeln zeigte.

Wir lernen viel, indem wir Zellen herausnehmen, zerhacken und einzelne Moleküle betrachten. Aber es sagt uns nicht, was wir über die komplexen Interaktionen zwischen Zellen wissen müssen, sagt Kotlikoff, Vorsitzender der Abteilung für Biomedizinische Wissenschaften am Cornell’s College of Veterinary Medicine.

Der RIKEN-Wissenschaftler Junichi Nakai schuf das fluoreszierende Protein (genannt GCaMP2), indem es ein vorhandenes modifiziertes, das nicht hell oder stabil genug war, um es für In-vivo-Herzexperimente zu verwenden. Cornell-Wissenschaftler haben genetisch manipulierte Mäuse hergestellt, die dieses Protein Tag für Tag und in konstanter Konzentration in ihren Herzen und nirgendwo sonst im Körper produzieren.

Kotlikoff sagt, der Vorteil des neuen fluoreszierenden Proteins gegenüber seinen Vorgängern sei die Geschwindigkeit, mit der es wie eine Glühbirne ein- und ausgeschaltet werden kann, seine Stabilität bei Körpertemperatur und seine Helligkeit. Das Mäuseherz schlägt bis zu 600 Mal pro Minute. Es gibt so viel Hintergrundlicht, Reflexion und Bewegung, dass Sie etwas sehr Helles brauchen, um diese Zellsignale zu erkennen, sagt er.

Um die Funktionsweise der Zellen zu sehen, sagt Kotlikoff: Wir betäuben die Maus, beatmen sie, öffnen die Brust und leuchten direkt auf das Herz. Eine Gruppe von Guy Salama an der University of Pittsburgh School of Medicine war für die Produktion von Filmen über die schlagenden Herzen verantwortlich. Salama verwendet eine Hochgeschwindigkeitskamera, um klare, hochauflösende Bilder zu erstellen. Er nahm jede Millisekunde ein Bild auf und nahm mehrere Bilder von jedem Herzschlag auf.

Da die Forscher die Herzen der Mäuse in allen Entwicklungsstadien gefilmt haben, vom eintägigen Embryo bis zum Erwachsenenalter, zeigen die Filme, was jedes Mal passiert, wenn das Herz der Maus ihr ganzes Leben lang schlägt, sagt Kotlikoff.

Bei allen Säugetieren ist das Herz das erste Organ, das seine Arbeit aufnimmt, angetrieben durch den Sauerstoffbedarf des Embryos. Es muss jedoch anfangen zu pumpen, bevor sich die Strukturen entwickelt haben, die das konstante Tempo des Herzschlags halten. Kotlikoff entdeckte einen Signalweg, der dem embryonalen Herzen hilft, sein Tempo nur wenige Tage beizubehalten, bis sich die adulte Struktur entwickelt. Er sagt, er habe auch Arrhythmien gesehen – Störungen in den stetigen elektrischen Signalen des Herzens, die zu schnellen, langsamen oder unregelmäßigen Herzschlägen führen und die zum plötzlichen Tod führen können.

Kotlikoff sagt, er züchte Mäuse, die das neue fluoreszierende Protein nur in spezialisierten Herzgeweben und Körperteilen herstellen, in denen Kalzium wichtig ist, wie zum Beispiel im Gehirn, wo Kalzium eine wichtige Rolle bei der Signalübertragung spielt. Wir können es dort platzieren, wo wir wollen, und spezifische Signale abhören, die zwischen einer Zelle und einer anderen übertragen werden, erklärt er.

Kotlikoff verwendet die leuchtenden Herzzellen auch, um Stammzelltransplantationen zu untersuchen. Wir können diese [glühenden] Zellen differenzieren und sie in verletzte Herzen einsetzen. Die Zellen signalisieren, wenn sie aktiviert werden, damit wir erkennen können, wie sie sich in ihrer neuen Umgebung verhalten.

Igor Efimov , außerordentlicher Professor für Biomedizintechnik an der Washington University in St. Louis, der die Störungen der elektrischen Signalübertragung untersucht, die Herzrhythmusstörungen verursachen, sagt, dass diese Arbeit einen großen Durchbruch darstellt: Ich denke, sie wird eine neue Möglichkeit für die Bildgebung eröffnen, damit wir uns endlich ausdrücken können intrinsische Sensoren in verschiedenen Kompartimenten des Herzens oder des Gehirns und untersuchen, wie Impulse unter normalen Bedingungen übertragen werden, was sehr wichtig ist, sagt er.

Während Wier warnt, dass sich diese Forschung noch in einem frühen Stadium befindet, sagt er, dass sie im Vergleich zu dem, was wir in der Vergangenheit hatten, vielversprechend ist. Diese [Arbeit] bringt uns näher daran, in der Lage zu sein sehen physiologische Veränderungen auf die am wenigsten invasive Weise.

verbergen

Tatsächliche Technologien

Kategorie

Unkategorisiert

Technologie

Biotechnologie

Technologierichtlinie

Klimawandel

Mensch Und Technik

Silicon Valley

Computer

Mit News Magazine

Künstliche Intelligenz

Platz

Intelligente Städte

Blockchain

Reportage

Alumni-Profil

Alumni-Verbindung

Mit News Feature

1865

Meine Sicht

77 Mass Avenue

Treffen Sie Den Autor

Profile In Großzügigkeit

Auf Dem Campus Gesehen

Lerne Den Autor Kennen

Alumni-Briefe

Nicht Kategorisiert

77 Massenallee

Rechnen

Tech-Richtlinie

Lernen Sie Den Autor Kennen

Nachrichten

Wahl 2020

Mit Index

Unter Der Kuppel

Feuerwehrschlauch

Unendliche Geschichten

Pandemie-Technologieprojekt

Vom Präsidenten

Titelstory

Fotogallerie

Empfohlen