新研究捕捉了心臟在動物胚胎中開始跳動的那一刻

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

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

“就像有人撥動了開關(guān)，”說哈佛大學(xué)生物物理學(xué)家亞當·科恩（Adam Cohen）是這項新研究的資深作者，該研究對斑馬魚胚胎緊貼在定制的瓊脂糖模具中進行了成像，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)十年前對第一次心跳的研究基礎(chǔ)上雞、大鼠和老鼠窺視數(shù)小時大的斑馬魚胚胎，并確定心臟細胞開始跳動的時刻。

從過去的研究中，很明顯，第一次心跳甚至在第一個心臟結(jié)構(gòu)（原始管）形成之前就發(fā)生了?；顒拥淖畛踣E象是在科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的稱為心肌細胞的心肌細胞群中。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胞，產(chǎn)生動作電位（電活動峰值）觸發(fā)心臟收縮。

首席研究員Bill Jia和Cohen及其團隊通過測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)心臟的第一個統(tǒng)一脈搏來繼續(xù)以前的工作。

“心臟在典型的人類一生中跳動約30億次，而且絕不能休息，”說科恩。“我們想看看這臺令人難以置信的機器是如何首先啟動的。

緩慢，稀疏的鈣波變得更大，更頻繁，因為發(fā)育中的心肌細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，心臟細胞釋放出席卷組織的電活動爆發(fā)。

最初的幾次心跳有點不規(guī)則，但很快就進入了同步的收縮?！霸谶B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。觀察.

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

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地方，這表明首先放電的細胞沒有什么獨特之處。

所謂的起始位點最常發(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胞。

Jia和co.認為，在第一次收縮之前，心臟細胞的早期活動可能會刺激心血管發(fā)育。

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

如果是這樣，這項研究可能會導(dǎo)致進一步的研究，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：“我們可以看到不同的控制機制是如何分層的，這可能會告訴我們?nèi)绻鼈儼l(fā)生故障會發(fā)生什么。

該研究已發(fā)表在自然界.

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