Hartziekte is de belangrijkste doodsoorzaak in de Verenigde Staten en andere geïndustrialiseerde landen, en veel patiënten hebben te maken met beperkte behandelingsopties. Gelukkig, stamcelbiologie heeft onderzoekers in staat gesteld grote aantallen hartspiercellen te produceren, de cellen die het hart of de hartspier vormen en het potentieel hebben om te worden gebruikt in geavanceerde geneesmiddelenscreening en celgebaseerde therapieën.

Een van de valkuilen van deze door stamcellen gegenereerde hartspiercellen is dat ze geen volwassen menselijke hartspiercellen vertegenwoordigen, maar onrijp blijven zonder verdere tussenkomst. Aanvullend, huidige beeldanalysetechnieken laten onderzoekers niet toe om heterogene, multidirectioneel, dwarsgestreepte myofibrillen die typisch zijn voor onrijpe cellen om te bepalen wanneer nieuwe interventies de cellen ertoe aanzetten zich te organiseren.

In de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde , onderzoekers presenteren een algoritme dat gradiëntmethoden combineert met snelle Fourier-transformaties, de scanning gradiënt Fourier-transformatie of SGFT-techniek, om myofibrilstructuren in hartcellen met aanzienlijke nauwkeurigheid te kwantificeren. Myofibrillen zijn de langwerpige contractiele eenheid van een spiercel.

"Als je kijkt naar volwassen menselijk hartweefsel, alles is niet perfect uitgelijnd. Niet alles is mooi en netjes gestapeld als een boekenplank, " zei Wendy Crone, een auteur van de krant. "De structuren zijn ingewikkelder. We wilden de organisatie kunnen kwantificeren."

Dit analyseniveau, gecombineerd met nieuwe opkomende onderzoeken naar de effecten van celmutatie, heeft het potentieel om nieuwe inzichten te produceren met betrekking tot de mechanismen die ten grondslag liggen aan het genereren van myofibrillen en verschillende cardiomyopathieën, waardoor het voor de hartspier moeilijker wordt om bloed naar de rest van het lichaam te pompen.

"Er is myofibril-wanorde bij bepaalde ziekten van het hart, " zei Crone. "Met onze techniek, we kunnen de wanorde kwantificeren, wat een beter begrip geeft van de ernst van de ziekte in hartcellen."

De heterogene, gestreepte patronen die deze nieuwe methode kan detecteren en kwantificeren, komt voor in talloze andere gevallen in de biologie en elders. Bijvoorbeeld, de SGFT-techniek detecteert duidelijk de verdeling van collageenorganisatie en -oriëntatie in biopsieën van borstweefsel, wat belangrijk is omdat borstweefsel met kanker meer georganiseerde collageenstructuren heeft. Zoals eerdere studies hebben aangetoond, de morfologie van collageenvezels in borstkankerweefsel is een sterke prognostische indicator van de maligniteit van de tumor.

De SGFT-techniek kan mogelijk ook worden gebruikt om gestreepte patronen te kwantificeren in neuronen in een vroeg stadium die zijn afgeleid van stamcellen.

"Onze code kan de organisatie van neurale rozetten kwantificeren, te, ' zei Kroes.