透明的心脏组织揭示了隐藏的复杂性
一项借鉴自神经科学的穿透脑组织的技术正在帮助科学家观察心脏的精细结构。
利用一种现有的方法，帝国理工学院的一个团队已经能够将样本心透明的组织，显示了复杂的微型血管网络，提供组织和胶原蛋白支架，固定一切。
研究人员认为，这种简单的方法有可能用于临床，帮助患者心脏病通过显示僵硬疤痕组织的扩散，或显示患者对治疗是否有反应。
我们的心脏是由数十亿个被称为心肌细胞的独立肌肉细胞组成的，这些细胞一起收缩，使心脏整体跳动。这些跳动的细胞被胶原蛋白支架固定住，胶原蛋白是使皮肤和肌腱能够伸展的蛋白质。
由于组织中充满了肌肉细胞、血管、神经和胶原蛋白，目前的激光成像技术很难穿透样本足够深——因为光线变得越来越分散。
科学家们通过切割来解决这个问题组织样本这在技术上具有挑战性和耗时，并有效地将3d结构渲染为一系列平面切片。
现在，伦敦帝国理工学院的一个研究小组首次使用一种名为“光学清除”的技术对成人心脏组织进行3D成像。通过使用溶剂溶解被锁在细胞膜中的脂肪，他们能够降低组织的密度，减少光散射量。其结果是一个足够透明的组织样本，可以读取文本，揭示了维持组织生命的复杂分支血管和纵横交错的胶原支架。
“心脏组织相当致密，使用标准显微镜方法，我们能够成像样本的表面，距离表面约20-30微米。通过更复杂的方法，我们可以达到50-80微米的深度，但我们从未能够成像整个心肌切片，”Filippo Perbellini博士说，他是这篇发表在《自然》杂志上的论文的第一作者科学报告在这项研究中，研究人员将该方法应用于犬类和人类的心脏组织。“我们使用了一种现有的方法来制备样品大脑组织但这里的新之处在于，我们已经将其用于心脏，并能够看到大约300微米厚的样本。这是这种光学清除方法首次用于成人心脏组织。”
在心脏病的过程中，心脏的结构发生了变化，更多的结缔蛋白沉积下来，降低了组织拉伸和弯曲的能力，使心脏工作更困难。研究人员表示，通过定期对心脏组织从病人的心脏开始，让心脏透明，医生就可以显示组织结构是如何变化的，并更准确地跟踪疾病的进程。该方法还可以通过观察治疗前后组织结构的变化，来证明针对心脏纤维化的药物是否有效。
帝国理工大学国家心肺研究所的Cesare Terracciano教授领导了这项研究，他说:“我们已经证明，我们可以成像心脏的不同部位心脏组织同时。使用这种技术我们可以看到的位置血管心脏的支架以及在心脏病期间发生变化的纤维化组织
Terracciano教授补充说:“在心脏移植过程中，我们使用了来自人类心脏的样本，但我们也可以使用来自患者活检组织的样本。”“作为一种诊断工具，它将能够告诉我们组织的纤维化程度，显示出衰竭人类心脏的结构变化，以及随着心脏弹性降低，这是如何破坏心脏跳动的。”
目前，这种方法需要几分钟将样本变为半透明，并适用于厚度约300微米的组织样本。未来的研究将会改进这项技术。研究人员说，虽然在样品制备和透明后，组织的大小略有缩小，但结构保持完整。
然而，他们指出，由于所使用的溶液是有毒的，并且会对细胞膜造成重要的改变，这种方法不太可能立即应用于活组织。
特拉奇亚诺教授在评论到目前为止所取得的图像清晰度时说:“人们通常认为心脏是一块肌肉，或一束肌肉细胞，但我们很少认为它是一个组织它有很多毛细血管。
我已经研究心脏25年了，我知道这些毛细血管在那里，但能如此清楚地看到它们，看到有这么多毛细血管是令人惊讶的。”
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