В исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, исследователи в Университете Пенсильвании показали, что это «сладкое пятно» зависит от жесткости структуры коллагена, в которой живут камеры сердца. Они также показали, что другие биофизические факторы, которые способствуют силе сердцебиения, приспосабливаются вместе с естественным напряжением коллагена во время эмбрионального развития, держа растущее сердце в этой оптимальной зоне.Принятие во внимание роли, что эта матрица коллагена игры в оптимальном сердцебиении могла помочь кардиологам восстановить ткань после сердечного приступа, где царапание укрепляет коллаген сердца.
«Если мы можем понять более ясно эффекты на клетки нормальных и поврежденных структур коллагена, тогда мы можем развивать лучшие лечения структур, а также клеток в», сказал Деннис Дишер, преподаватель в Отделе Химической и Биомолекулярной Разработки в Школе Технических наук и прикладной науки.Discher и ведущий автор Стефани Мэджкут, член его лаборатории и докторант в Отделе Физики и Астрономии в Школе Пенна Искусств и Наук, провели исследование наряду с другими членами лаборатории Дишера, Джо Свифтом и Кристине Кригер. Они сотрудничали с преподавателем физики Андреа Лю и Тимоном Идемой, членом ее лаборатории.Эксперименты исследования проводились на эмбриональных сердцах птенца, которые анатомически подобны человеческим сердцам во время раннего развития.
Исследователи химически рассматривали бьющиеся сердца, чтобы или укрепить или смягчить матрицу коллагена окружение клеток. Лечение сделало его или тяжелее или легче для молекулярных двигателей клетки, белки известный как миозины, чтобы сократить сердечную мышцу.
После тестирования, что их рассматриваемые сердца были достаточно смягчены или укреплены, они флуоресцентно маркировали небольшой процент клеток в сердце, таким образом, они могли определить количество, как трудно сердца бились, смотря на них под микроскопом.«Когда мы рассматриваем сердца с химикатом, который ломает коллаген», сказал Мэджкут, «мы можем непосредственно видеть, что сердца не сокращаются так же, потому что маркированные клетки не добираются как друг близко к другу, как они сделали прежде».«Тот же самый эффект был также замечен, когда мы рассматривали сердца с химикатом, который помогает перекрестной связи коллагена, и укрепите себя. В конечном счете те сердца просто прекращают отбивать все вместе», сказала она.
Исследователи видели что, чем далее вдоль эмбрионов были в созревании, тем более жесткий «сладкое пятно» для их оптимального избиения было. Поскольку матрица коллагена сердца напряглась, концентрация моторных белков миозина, которые сокращают мышцу, увеличилась наряду с ним, чтобы идти в ногу.«Мы также показали это динамичное на уровне отдельной клетки с сердечными клетками, и стволовая клетка получила сердечные клетки», сказал Дишер. «Мы помещаем изолированные клетки на гели, у которых есть ригидность родного сердца, или иначе мы делаем гель более мягким или более жестким, и мы видим тот же самый оптимум. Удивительно, клетки, сотрудничающие в сердечной ткани, еще более чувствительны к жесткости их среды».
Кардиологи могли бы однажды использовать такие оптимизированные жесткостью гели для роста сердечной ткани от стволовых клеток, чтобы заменить просто травмированные и поврежденные части сердца пациента. Лучшее фундаментальное понимание ролевых игр жесткости коллагена в сердцебиении могло подкрепить другое лечение также.
«Были намеки этого эффекта жесткости со взрослыми сердцами прежде, но это исследование сделало его очень ясным, что клетки сердечной мышцы оптимизированы с ‘дня один’, чтобы сделать работу против родной жесткости, которую они видят в коллагене, и что все факторы, которые определяют это изменение отношений скоординированным способом как сердце, развиваются так, это может остаться в том сладком месте», сказал Дишер.