洞察心臟的動態超微結構——得益于新的超高分辨率電子顯微鏡
當心臟收縮和放松時，細胞水平以下會發生什么長期以來一直未被探索。多虧了新的超高分辨率電子顯微鏡技術，科學家們現在幾乎可以在分子水平上觀察心臟跳動。弗萊堡大學醫學院的研究人員在最近發表在《自然評論心臟病學》上的出版物中總結了心臟電子顯微鏡最重要的發展及其對研究的意義。納米尺度的洞察力對于開發新療法非常重要，例如心臟病發作或心律失常。
該研究的主要作者 Eva Rog-Zielinska 博士說：“借助我們和世界各地其他人開發的高分辨率顯微鏡技術，我們對心臟的動態超微結構獲得了令人著迷的見解。” 她負責弗萊堡大學醫學中心大學心臟中心實驗心血管醫學研究所 (IEKM) 的 4D 成像部門。“我們可以利用這種洞察力以前所未有的精度分析心臟細胞的三維結構。我們的圖像由邊長為 1 納米或更短的立方體（即所謂的體素）組成。舉例說明：一納米是指甲在一秒鐘內長出的距離，”Rog-Zielinska 解釋道。
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基于電子斷層掃描數據，可以以納米精度對心肌細胞的細胞內細胞器進行 3D 成像和重建。來源：醫學中心——弗萊堡大學
詳細介紹了熒光顯微鏡的系統結構、分類和工作原理。分析了熒光顯微鏡及普通光學顯微鏡中，傳統景深計算方法的不足和自動對焦方法在國內外的研究現狀。
以超慢動作觀看心跳
一個挑戰是將超高分辨率的心臟映射與移動目標聯系起來。“由于成像技術的最新進展，我們現在對肌肉和結締組織細胞在跳動的心臟中的行為有了更好的了解，”共同作者、IEKM 主任彼得科爾教授說，他也是德國的發言人。合作研究中心 1425 致力于探索心臟疤痕。
電子顯微鏡本身，但至關重要的是新開發的用于制備和后處理相應樣品的方法，在分子洞察力的產生中發揮著核心作用。“特別令人興奮的是，我們可以像電影中的單個幀一樣記錄肌肉細胞——這要歸功于毫秒級的高壓冷凍。這使我們能夠觀察到心臟的分子結構以超慢動作跳動，”科爾說。
實驗、模擬和人工智能交織在一起
在人工智能的幫助下，IEKM 對顯微圖像進行評估，并輔以計算機模擬，以盡可能真實地描繪心臟功能和病理變化。“新獲得的見解使我們能夠對心臟活動獲得全新的理解，并在此基礎上開發新的治療概念。我們期待著心臟研究的激動人心的時刻，”科爾說。