Hoe een ventielloze embryonale hartbuis bloed pompt, is een al lang bestaand wetenschappelijk mysterie. Dankzij innovaties in op licht gebaseerde technologie, nieuwe inzichten zijn nu beschikbaar in de biomechanica van cardiogenese bij zoogdieren - en in het bijzonder, de pompdynamiek van het tubulaire embryonale hart van zoogdieren.

4-D OCT (3-D + tijd)

Shang Wang van het Stevens Institute of Technology en Irina Larina van het Baylor College of Medicine gebruikten voor het eerst geavanceerde 4-D optische coherentietomografie (OCT) om het pompmechanisme te bestuderen dat ten grondslag ligt aan het zich ontwikkelende hart van zoogdieren. hun rapport, gepubliceerd in de peer-reviewed open access Journal of Biomedical Optics , toont aan dat 4-D OCT-beeldvorming van het embryonale hart van muizen ongekende informatie kan verschaffen over hoe het vroege zoogdierhart werkt.

De studie demonstreert de rijkdom aan gegevens die door deze benadering worden geleverd en de haalbaarheid ervan voor het onderzoeken van de functionele relatie tussen de bloedstroom en de dynamiek van de hartwand in verschillende regio's van het embryonale zoogdierhart - een mogelijkheid die momenteel niet toegankelijk is met andere methoden. De benadering kan mogelijk worden gebruikt om het pompen van het hart over de embryonale ontwikkeling te beoordelen naarmate de hartbuis remodelleert, die functionele veranderingen tijdens vroege cardiogenese zouden kunnen onthullen.

Biomechanica van het kleine muishart

De unieke beeldschalen en dynamische contrasten van OCT maken beelddiepte op millimeterniveau mogelijk met een resolutie op microschaal die ideaal is voor het vastleggen van het hele muishart halverwege de zwangerschap. OCT biedt ook een duidelijk beeld van fijne hartstructuren en bloedstroom. De hoge beeldsnelheid van OCT samen met synchronisatie na acquisitie maakt het mogelijk om de snelle dynamiek van het kloppende hart te reconstrueren.

Amy L. Oldenburg, directeur van het Optical Coherence Imaging Laboratory aan de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill, merkte op, "De innovatieve methode biedt een nieuwe manier om de ontwikkelingsbiomechanica van het hart te bestuderen. Analyse van de 4-D OCT-beelden stelde Wang en Larina in staat om de bloedstroom te relateren, stromingsweerstand, en drukgradiënten veroorzaakt door bewegingen van de hartwand."

Er valt veel te leren. Hoewel traditioneel werd gedacht dat het mechanisme dat bloed in de embryonale hartbuis pompt, golfachtige peristaltische contracties zijn, Wang en Larina waren in staat om een ​​meer gedetailleerde beoordeling te bieden met behulp van 4-D OCT om cardiodynamica en hemodynamica te integreren. Hun pilootobservaties suggereren dat gelokaliseerde hartbuispompen in de ventrikels werken door een combinatie van zuig- en duwmechanismen.

Meer inzicht in aangeboren hartafwijkingen

Biomechanische factoren worden in toenemende mate erkend vanwege hun essentiële rol bij het stimuleren en reguleren van de hartontwikkeling. De auteurs hopen dat hun aanpak nieuwe ideeën en innovatieve ontwerpen kan inspireren in beeldvormings- en meettechnieken om de embryonale cardiale biomechanica te beoordelen. Vooral, de methode kan nuttige manieren bieden om de mechanismen die bijdragen aan aangeboren hartafwijkingen beter te begrijpen, dit zijn abnormale formaties van het hart die zich vóór de geboorte ontwikkelen. Volgens Oldenburger de resultaten van deze studie "demonstreren het nut van deze methoden voor het bestuderen van biomechanische veranderingen in gemuteerde embryonale harten die aangeboren hartafwijkingen modelleren." Aangezien mutante muislijnen die aangeboren hartafwijkingen modelleren algemeen beschikbaar zijn, de methode kan bijdragen aan een beter begrip van de vroegste ontwikkeling van de meest voorkomende vorm van geboorteafwijking bij de mens.