科学探索|超高分辨率电子显微技术以分子水平的视角洞察心脏的动态超微结构超高分辨率电子显微技术以分

【科学探索|超高分辨率电子显微技术以分子水平的视角洞察心脏的动态超微结构】当心脏收缩和放松时，在细胞水平以下发生了什么，长期以来一直没有得到探索。得益于新的超高分辨率电子显微镜技术，科学家们现在可以观察心脏的跳动 - 几乎是在分子水平上。弗莱堡大学医学院的研究人员在最近发表在《自然评论》心脏病学上的一篇文章中总结了心脏电子显微镜的最重要发展及其对研究的意义。
在纳米尺度上的洞察力对开发新的治疗方法具有重要意义，例如对心脏病发作或心律失常的治疗。
该研究的主要作者Eva Rog-Zielinska博士说："通过我们和世界其他国家开发的高分辨率显微镜技术，我们对心脏的动态超微结构有了迷人的了解。她是弗莱堡大学医学中心大学心脏中心实验心血管医学研究所（IEKM）4D成像科的负责人。我们可以利用这种洞察力，以前所未有的精度分析心脏细胞的三维结构。获得的图像是由边长为一纳米或更小的立方体 - 所谓的体素组成的。Rog-Zielinska解释说："举例来说，一纳米是一个指甲在一秒钟内生长的距离。"

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基于电子断层扫描数据，心肌细胞内的细胞器可以被成像并以纳米级的精度进行三维重建。资料来源：弗莱堡大学医学中心
以超级慢动作观察心脏跳动
观察中的一个挑战是如何将心脏的超高分辨率绘图与移动目标联系起来。共同作者、IEKM主任彼得-科尔（Peter Kohl）教授说："由于最近成像技术的进步，我们现在对肌肉和结缔组织细胞在跳动的心脏中的行为有了更多的了解。"他也是致力于探索心脏瘢痕的德国合作研究中心1425的发言人。"电子显微镜本身，但关键是还有新开发的准备和后处理相应样品的方法在产生分子洞察力方面发挥着核心作用。特别令人兴奋的是，我们可以像记录电影中的单个画面一样记录肌肉细胞--这要归功于毫秒级精确的高压冷冻。这使我们能够观察到心脏分子结构在超慢动作中的跳动。"
在人工智能的帮助下，IEKM对显微镜下的图像进行评估，在计算机模拟的协助下，尽可能真实地描述心脏功能和病理变化。"新获得的洞察力使我们能够对心脏活动有一个全新的理解，并在此基础上开发新的治疗概念。我们期待着心脏研究中一个非常激动人心的时刻，"科尔说。