$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
أمراض القلب والأوعية الدموية (CVD) هي سبب رئيسي للوفيات في جميع أنحاءالعالم 1. تتطلب الوقاية من الأمراض القلبية الوعائية وعلاجها فهما متعمقا للتكيفات الجزيئية للقوى الميكانيكية الحيوية والتغيرات الناتجة في الخواص الميكانيكية. في جميع أنحاء نظام القلب والأوعية الدموية بأكمله ، تلعب القوى الميكانيكية الحيوية دورا مهما في وظيفة وهيكل الأنسجة2. تتأثر الخصائص الميكانيكية لأنسجة القلب والأوعية الدموية (CV) بهذه القوى ، مما يجعلها مؤشرات للصحة والمرض3،4،5،6. للوقاية من الأمراض القلبية الوعائية وتشخيصها وعلاجها ، من الأهمية بمكان تطوير طرق لفهم ومراقبة عمليات بدء المرض وتطوره. كان التصوير الطبي الحيوي مفتاحا في توليد رؤى فسيولوجية وميكانيكية ، ويتم تطوير تقنيات التصوير الجديدة وتقنيات التحليل باستمرار. يوضح هذا البروتوكول منهجية للجمع بين تقنيتين لتصوير القلب والأوعية الدموية وتحليلها للتحقق من إمكانات طرائق التصوير هذه في أمراض القلب الإقفارية وشيخوخة الأوعية الدموية.
غالبا ما يقترب الباحثون في المجال الميكانيكي الحيوي من دراسة الميكانيكا الحيوية من خلال مزيج من طرق in vivo و ex vivo و silico . ركزت الأبحاث السابقة في الميكانيكا الحيوية الجزيئية بشكل أساسي على البروتينات7 (خاصة بروتينات المصفوفة خارج الخلية الكولاجين والإيلاستين بسبب تأثيرها على الخصائص الميكانيكية الحيوية) ، واقتصر العمل على الجمع بين الميكانيكا الحيوية للتصوير في الجسم الحي مع الدراسات الجزيئية على علم الأنسجة والكيمياء المناعية. على الرغم من أن هذه الأساليب يمكن أن تنتج العديد من المؤشرات الجزيئية وأسفرت عن آليات مقترحة لإعادة تشكيل ECM والخلايا ، إلا أنها تقتصر عادة على البقع أو الأجسام المضادة المتاحة حاليا ، على التوالي. يفتقد هذا المجال من البحث إلى فئات كبيرة من الجزيئات ، على سبيل المثال ، الدهون. في حين أن هذه الفئات الجزيئية قد تكون أو لا تكون متورطة ميكانيكيا ، إلا أن التكيفات الجزيئية الناتجة مهمة لفهمها لأن هذه الجزيئات يمكن أن تكون أهدافا محتملة لكل من العلامات التشخيصية والعلاجات. يمكن تطبيق تقنيات الكيمياء التحليلية ، مثل الكروماتوغرافيا السائلة - قياس الطيف الكتلي (LC-MS). ومع ذلك ، يتم فقد الاتجاه المكاني للجزيئات في هذه التقنيات. مع التصوير الطيفي الكتلي (MSI) ، يظل التوزيع المكاني للجزيئات سليما ، ويمكن تصوير أنواع متعددة من التحليلات (فئات الجزيئات) بأقسام تسلسلية. MSI هي أداة تحليلية قوية للتحقيق في التوزيعات المكانية لجميع أنواع الجزيئات تقريبا في الأنسجة البيولوجية ، بما في ذلك المستقلبات والدهون والجليكان والببتيدات والأدوية ذات الوزن الجزيئيالصغير 8. امتصاص / تأين الليزر بمساعدة المصفوفة (MALDI) MSI هو نوع من MSI مناسب تماما للتحليل القائم على الاكتشاف للأوزان الجزيئية في حدود 50-8000 Da. MALDI-MSI هي تقنية تأين تطبق مصفوفة لامتصاص الطاقة بالليزر على العينة للمساعدة في تأين التحليلات ذات الأهمية. يمنع هذا النهج الاقتصار على هدف جزيئي واحد ويمكن استخدام أدوات المعلوماتية الحيوية لتحديد الجزيئات التي لها تأثير على الخصائص الميكانيكية الحيوية وإعادة التشكيل.
الموجات فوق الصوتية رباعية الأبعاد (4DUS) هي طريقة غير جراحية في الجسم الحي مفيدة لكل من التوصيف الزمني والمكاني للقلب. يستخدم 4DUS سلسلة من الحلقات السينمائية ذات معدل الإطارات العالي من مستويات مختلفة ، وتجميعها في مجموعة بيانات ثلاثية الأبعاد تتضمن معلومات زمنية. يسمح ذلك بالتصور المباشر والقياس الكمي لتغييرات الشكل ثلاثية الأبعاد المعقدة لغرف القلب على مدار الدورة القلبية دون الاعتماد على الافتراضات الهندسية كما هو مطلوب لتخطيط صدى القلب ثنائي الأبعاد التقليدي. يسمح 4DUS بحساب المقاييس الوظيفية في الجسم الحي من الشكل والحركة المعقدة للقلب9،10 ، ويسمح MALDI MSI بالدراسة المكانية للجزيئات البيولوجية داخل أنسجة القلب خارج الجسم الحي11. لفهم التغيرات في القلب مع الأمراض القلبية الوعائية بشكل كامل ، يجب فحص كل من الآليات الميكانيكية والجزيئية. وبالتالي ، تم اقتراح منهجية مشتركة لدراسة الفيزيولوجيا المرضية لقلب الفئران ، وربط التصوير والتحليل 4DUS مع MALDI MSI للدهون في القلب. يتم توضيح هذه المنهجية في نموذج الفئران لاحتشاء عضلة القلب.
تلعب الميكانيكا الحيوية للأوعية الدموية أيضا دورا مهما في تنظيم وظيفة القلب والأوعيةالدموية 2. تصلب الأوعية الدموية ، المرتبط بالشيخوخة ، هو عامل خطر للإصابة بالأمراض القلبية الوعائية12. يمكن تصوير التغيرات الميكانيكية الحيوية والدموية في الأوعية باستخدام الموجات فوق الصوتية. تعتبر التركيبات الجزيئية لجدران الأوعية الدموية مكونات مهمة في الميكانيكا الحيوية كما أنها حساسة بشكل رائع لقوى ديناميكا الدم. على سبيل المثال ، تم تورط إجهاد قص الجدار التذبذبي في تطور لويحات تصلب الشرايين3. سيتم تقديم البيانات الأولية لميكانيكا السفن وديناميكا الدم في المسنة لاحقا.
يهتم الفريق بالعلاقة بين الميكانيكا الحيوية والتركيب الجزيئي في حالات المرض المختلفة. يستخدم التصوير بالموجات فوق الصوتية قبل السريرية و MSI لتحديد التوزيع المكاني للتغيرات الجزيئية في الأنسجة والتغيرات الميكانيكية الحيوية المرتبطة بها التي تحدث أثناء تطور المرض. يصف هذا التقرير هذه المنهجيات بالتفصيل ويقدم بيانات أولية عن القلب والأوعية الدموية في الرأس / الرقبة.