Cardiomyocyte sistemleri Biyoloji hücresel mimarisi rolü eğitim için bir Cardiomyocyte bir yapısal olarak gerçekçi Sonlu elemanlar geometrik Model oluşturma

Vijay Rajagopal; Gregory Bass; Shouryadipta Ghosh; Hilary Hunt; Cameron Walker; Eric Hanssen; Edmund Crampin; Christian Soeller

doi:10.3791/56817

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Cardiomyocyte sistemleri Biyoloji hücresel mimarisi rolü eğitim için bir Cardiomyocyte bir yapısal olarak gerçekçi Sonlu elemanlar geometrik Model oluşturma

9.2K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/56817

⸱

18 Nisan 2018

Vijay Rajagopal¹^,²^,³ , Gregory Bass²^,³ , Shouryadipta Ghosh¹^,²^,³ , Hilary Hunt²^,⁴ , Cameron Walker⁵ , Eric Hanssen⁶ , Edmund Crampin²^,³^,⁴^,⁷^,⁸ , Christian Soeller⁹

¹Cell Structure and Mechanobiology Group, University of Melbourne, ²Systems Biology Laboratory, Melbourne School of Engineering, University of Melbourne, ³Department of Biomedical Engineering, University of Melbourne, ⁴School of Mathematics and Statistics, Faculty of Science, University of Melbourne, ⁵Department of Engineering Science, University of Auckland, ⁶Advanced Microscopy Facility, Bio21 Molecular Science and Biotechnology Institute, University of Melbourne, ⁷ARC Centre of Excellence in Convergent Bio-Nano Science and Technology, University of Melbourne, ⁸School of Medicine, Faculty of Medicine, Dentistry and Health Sciences, University of Melbourne, ⁹Living Systems Institute, University of Exeter

Bu makalede

Özet

Bu iletişim kuralı bir dağınık şekilde detaylı Sonlu elemanlar modeli cardiomyocytes hücre içi mimarisinin elektron mikroskobu ve confocal mikroskobu görüntüler oluşturmak için yeni bir yöntem özetliyor. Bu dağınık şekilde detaylı model gücünü vaka çalışmaları kalsiyum sinyal ve bioenergetics kullanarak gösterilmiştir.

Özet

Elektron tomografi gibi üç boyutlu (3D) görüntüleme teknolojileri çıkışıyla, seri blok-surat scanning elektron mikroskobu ve confocal mikroskobu, bilimsel topluluk benzeri görülmemiş büyük veri kümeleri alt mikrometre erişebilir mimari modelleme karakterize çözünürlük sağlığı ve hastalıkları cardiomyocyte işlevindeki değişiklikler eşlik eder. Ancak, bu veri kümeleri altında-hücresel mimarisi cardiomyocyte işlevinde remodeling rolü soruşturma için kullanılan olmuştur. Bu protokolü nasıl yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobu ve confocal mikroskobu görüntüleri kullanarak bir cardiomyocyte bir doğru Sonlu elemanlar modeli oluşturmak için anahat amacıdır. Hücresel mimarisinin ayrıntılı ve doğru modeli cardiomyocyte biyoloji, deneyler yalnız toplamak daha yeni görüşler sağlamak için önemli potansiyele sahiptir. Bu yöntemin gücü hesaplama açısından tek Birleşik ve ayrıntılı bir model cardiomyocyte geliştirmek için cardiomyocyte ultrastructure iki farklı görüntüleme yöntemleri üzerinden bilgi sigorta yeteneğini yatıyor. Bu iletişim kuralı elektron tomografi ve yetişkin erkek Wistar (albino sıçan belirli bir cins için ad) sıçan cardiomyocytes cardiomyocyte yarı-sarcomere Sonlu elemanlar modeli geliştirmek için confocal mikroskobu görüntüleri tümleştirmek için özet bilgiler. Yordam bir doğru yüksek çözünürlüklü tasvir içeren bir 3B Sonlu elemanlar modeli oluşturur (~ 35 sırasına nm) mitokondri, myofibrils ve cardiomyocyte için gerekli kalsiyum yayın ryanodine reseptör kümeleri dağılımı myofibril ve sitozolik bölme içine daralma sarcoplasmic Retiküler ağdan (SR). Oluşturulan modeli burada bir örnek enine tübül mimarisi veya sarcoplasmic Retiküler ağ ayrıntılarını dahil değildir ve bu nedenle cardiomyocyte en az bir modeldir. Yine de, model zaten rolü gösterilmiştir ve takip sunulmaktadır iki vaka çalışmaları kullanma ele kalsiyum sinyal ve mitokondriyal bioenergetics, hücre yapısının simülasyon tabanlı soruşturmalar uygulanabilir Detaylı iletişim kuralı.

Giriş

Uyarma-kasılma kaplin (ECC) kalbinde önemli ve karmaşık cardiomyocyte membran elektrik uyarma ve hücre sonraki mekanik daralma her kalp atışı sırasında arasındaki kancası anlamına gelir. Matematiksel modeller düzenleyen aksiyon potansiyeli¹,², bioenergetics³, sinyal sitozolik kalsiyum birbirine biyokimyasal süreçler nicel bir anlayış geliştirmek önemli bir rol oynadığı ve sonraki contractile kuvvet oluşturma. Bu modeller de başarıyla ne zaman bir sinyal değişiklikleri tahmin veya birkaç bu biyokimyasal süreçlerin değişiklikler⁴^,⁵tabi. Card....