הדמיית יריעות אור לחשיפת מבנה הלב בלבבות מכרסמים
29 במרץ 2024
הפרוטוקול משתמש במיקרוסקופ מתקדם של יריעות אור יחד עם שיטות מותאמות לניקוי רקמות כדי לחקור מבנים לבביים מורכבים בלבבות מכרסמים, טומן בחובו פוטנציאל גדול להבנת מורפוגנזה לבבית ועיצוב מחדש.
מטרת המחקר שלנו היא להתאים אישית מערכת הדמיה של יריעות אור כדי לחקור את מבני שריר הלב של לב מכרסם שלם ברמה התאית. פיתחנו זרימת עבודה לחקר שריר הלב השלם ברזולוציה איזוטרופית ברמת המיקרון מלבבות יילודים למכרסמים בוגרים. המחקר שלנו ממלא פער בחקירת מיקרו-מבנים מורכבים של שריר הלב, כגון טרבקולציה, בתוך החדרים השלמים, ברזולוציה מרחבית גבוהה.
אסטרטגיית הדמיה זו מספקת נקודת כניסה להערכת מיקרו-מבנה ללא חיתוך פיזי, מה שמוביל להבנה משופרת של התפתחות הלב ועיצובו מחדש. נתרכז בחקר השינויים המבניים של שריר הלב בתגובה לפגיעה לבבית ושיפוץ.
סקירה כללית
מחקר זה מתאים מערכת הדמיה של גילי דם (light-sheet imaging) לבדיקת מבנים בשרירי הלב בלבבות של מכרסמים שלמים ברמה התאית. סבב העבודה שפותח מאפשר חקירה של השריר הלבבי (myocardium) ברזולוציה איזוטרופית, ובכך משפר את ההבנה של התפתחות הלב והסיווג המבני שלו (remodeling).
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- דימות לב
- מיקרוסקופיית דף-אור (Light-sheet microscopy)
- מורפוגנזה של הלב
רקע
- בדיקת מיקרו-מבנים שריריים של השריר הלבבי חיונית להבנת בריאות הלב.
- שיטות מסורתיות כוללות פריסה פיזית, שעלולה לטשטש פרטים מיקרו-מבניים.
- מיקרוסקופיית גיליש-אור (Light-sheet microscopy) מציעה חלופה לא פולשנית לדימות ברזולוציה גבוהה.
- מחקר זה מתמקד בלבים של מכרסמים, הן בשלב היילוד והן בשלב הבגרות.
מטרת המחקר
- לבחינת שינויים מבניים במיוקרד כתוצאה מפגיעה ומיחזור (remodeling) של הלב.
- לספק תובנות לגבי מורפוגנזה לבבית.
- להערכת מיקרו-מבנים של המיוקרד ללא צורך בחיתוך פיזי.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- מערכת הדמיה מותאמת אישית בשיטת דף אור (light-sheet).
- טמיעה באגרוז של לבבות עכברים.
- טיפול בתמיסת מתנול 20% להבהירה של רקמות.
- הדמיה ברזולוציה מרחבית גבוהה משלבים מיילודים ועד שלבי בוגרות.
תוצאות עיקריות
- דימוג מוצלח של מבני שריר לב (מיוקרד) מורכבים.
- הבנה משופרת של טראבקולציה (trabeculation) בחדרים שלמים.
- תובנות לגבי תגובת שריר הלב לפגיעה.
- הדגמה של רזולוציה איזוטרופית ברמה המיקרונית.
מסקנות
- אסטרטגיית הדימיון מאפשרת הערכה מפורטת של מיקרו-מבנים לבביים.
- היא מספקת תשתית למחקרים עתידיים על עיצוב מחדש של הלב (cardiac remodeling).
- גישה זו עשויה להוביל להתקדמות במחקרים על בריאות הלב.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
דימות בלוח אור (light-sheet) ברזולוציה גבוהה של לבבות מכרסמים שלמים מאפשר ויזואליזציה חסרת תקדים של המיקרו-ארכיטקטורה הלבבית, ובכך תומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים בשלבים מוקדמים של גילוי מטרות קרדיו-וסקולריות. פלטפורמה זו מספקת נתונים נפחיים וכמותיים הקריטיים לתיקוף השערות מבניות ולביסוס מודלים תרגומיים של רמורדלינג לבבי. שילוב של תהליכי הבהרת רקמה ודימות מתקדמים מגביר את הביטחון החזוי בנקודות מפנה מרכזיות בפורטפולי ה-R&D של תחום הקרדיו-וסקולר.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה של היפותזות לגבי המבנה הלבבי ברקמה שלמה ללא ארטיפקטים של חיתוך.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של מטרות על ידי חשיפת רמיodeling מיקרו-מבני בתגובה לפגיעה.
- מסייע בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי אספקת רזולוציה איזוטרופית ברמה התאית בכל רחבי הלב.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מכין דגימות לבבות מאושרות ומנוקות עבור בדיקות מבוססות דימות הניתנות לשחזור.
- מנstandard-izes פלטי דימוי באמצעות תפירה אוטומטית של אריחים (tiles) ודה-קונבולוציה רב-מבטית.
- מספק מערכי נתונים כמותיים בעלי ניגודיות גבוהה המתאימים לניתוח תמונות ולסריקה בשלבי המשך.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מקשר בין תוצרי הדמיה מבנית למודלים רלוונטיים למחלה של פגיעה וremodeling לבבי.
- מאפשר רציפות מממצאים מבניים בשלב הגילוי ועד לאישור פרה-קליני של היפותזות טיפוליות.
- תומך בקידום מבוסס ניהול סיכונים על ידי כימות פנוטיפים של remodeling במערכות רלוונטיות לתרגום קליני.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד (Pipeline & Workflow Integration)
תהליך דימות זה מגשר בין שלבי הגילוי המוקדמים למחקר פרה-קליני, על ידי אספקת נתונים מבניים כמותיים ובעלי תוכן גבוה מלבבות של מכרסמים שלמות.
- ביולוגיה של הגילוי: תומכת בבדיקת השערות ובבירור מסלולים על ידי ויזואליזציה של שינויים מיקרו-מבניים in situ.
- סריקה: מספקת פלטי דימות כמותיים הניתנים לשחזור לצורך ניתוח השוואתי בין תנאים ניסיוניים.
- אנליטיקה: מאפשרת מדידות נפח והשוואות סטטיסטיות של ארכיטקטורת הלב.
- מחקר תרגומי: מקלה על התאמת פנוטיפים של דימות למודלים פרה-קליניים של מחלות לב.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת פלטפורמת דימות ניתנת להרחבה ולשימוש חוזר עבור תוכניות מחקר קרדיו-וסקולריות מגוונות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות בתיקוף מטרות לבביות.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של זרימות עבודה בדימות ובניתוח לצורך הדירות ויכולת התרחבות.
- ערך אסטרטגי: מסייע בקבלת החלטות go/no-go באמצעות אספקת נקודות קצה מבניות כמותיות וחזקות.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף מותאם סיכון של נכסים קרדיווסקולריים על בסיס תובנה מכניסטית.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בביצוע הבהרה של רקמות (tissue clearing), מיקרוסקופיה מתקדמת וניתוח תמונות.
- נדרשת גישה למערכות light-sheet מותאמות אישית ותשתיות מחשוב לעיבוד נתונים.
- נדרש סטנדרטיזציה של פרוטוקולי דימוי ופורמטי נתונים בין צוותים שונים.
- ייתכן שיהיה צורך בהתאמה עבור מודלים שונים של מכרסמים או מצבים שונים של מחלות לב.
- במסגרת תכנון זרימת העבודה, יש להביא בחשבון את זמן העיבוד והעומס החישוב עבור דקונבולוציה של תצפיות מרובות (multiview deconvolution).
