Кровоток к сердцу часто прерывается во время сердечного приступа или кардиохирургии. Но когда кровоток возобновляется, сердце все еще может дрогнуть. Это связано с тем, что при повторном попадании крови в сердце может возникнуть побочный ущерб, что потенциально замедляет выздоровление и вызывает в будущем проблемы с сердцем.
Исследователи, изучающие этот тип вторичного повреждения сердца, были в тупике из-за невозможности увидеть в реальном времени, как восстановление кровотока приводит к воспалению, которое может вызвать дальнейшие травмы. Сейчас, работая на мышах, хирурги и ученые в Медицинской школе Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Луи, сделал первые снимки бьющегося сердца с таким подробным разрешением, что они могут отслеживать отдельные иммунные клетки, роящиеся в сердечной мышце, вызывая воспаление.
Достижение подробно описано в июльском номере Journal of Clinical Investigation.
Исследователи говорят, что метод визуализации, называемый прижизненной двухфотонной визуализацией, является мощным инструментом для понимания воспаления, которое возникает, когда приток крови к сердцу временно прекращается, а затем возобновляется.
"Воспаление довольно часто встречается после сердечного приступа, операций на открытом сердце, трансплантации сердца и при атеросклерозе, и оно может серьезно затруднить выздоровление и привести к смерти," говорит старший автор Дэниел Крейзель, доктор медицинских наук, кардиоторакальный хирург Вашингтонского университета, работающий в больнице Барнс-Еврей. "Но мало что известно о том, как нарастает воспаление в сердце. Теперь, когда у нас есть возможность увидеть всех задействованных клеточных игроков, мы можем начать думать о новых терапевтических целях для лечения."
Двухфотонная визуализация использовалась для визуализации других органов у живых мышей, но не сердца. Ученые предположили, что трепетание бьющегося сердца, которое пульсирует около 500 раз в минуту у мыши, будет размывать любые изображения отдельных клеток.
"Никто не думал, что мы сможем получить четкие изображения клеток внутри бьющегося сердца," – говорит Венцзюнь Ли, доктор медицины, инструктор по хирургии и ведущий автор с Рубеном Нава, доктором медицины, и Алехандро Брибриеско, доктором медицины, оба хирургических ординаторах в Еврейской больнице Барнса. "Но сделанные нами изображения невероятно богаты деталями, вплоть до уровня отдельных ячеек. Мы думаем, что принципы, лежащие в основе воспаления в сердце мыши, будут применимы к людям."
Одним из преимуществ двухфотонной микроскопии является способность проникать глубоко в ткани, что позволяет ученым получать изображения клеток в тканях сердца.
Используя эту технику на мышах, перенесших трансплантацию сердца или у которых был временно прерван приток крови к сердцу, исследователи обнаружили, что в течение нескольких минут после восстановления кровотока специализированные белые кровяные тельца, называемые нейтрофилами, устремились в сердце. (Чтобы посмотреть видео, на котором нейтрофилы, показанные зеленым цветом, проникают в бьющееся сердце мыши после трансплантации сердца, щелкните здесь.)
Известно, что нейтрофилы являются ключевой движущей силой воспаления, но ученые никогда не видели, как иммунные клетки перемещаются из кровотока в сердечную мышцу, где клетки образуют большие кластеры, вызывающие повреждение тканей.
Кроме того, блокируя нейтрофилы стенок кровеносных сосудов, исследователи могли заметно уменьшить перемещение этих клеток в сердце, предотвращая дальнейшее повреждение.
Крайзел, Ли и их коллеги сотрудничали с соавтором Марка Миллером, доктором философии, доцентом кафедры патологии и иммунологии, который впервые применил двухфотонную микроскопию для изучения движения белых кровяных телец у живых мышей. Вместе они разработали способ стабилизации бьющегося сердца, чтобы получить высококачественные изображения трафика иммунных клеток.
Та же команда также использовала эту технику для визуализации иммунных клеток в легких мыши, которые также перемещаются, когда мыши дышат, но не в той же степени, что и сердце. Другие ученые использовали двухфотонную визуализацию, чтобы наблюдать, как нейтрофилы проникают в кожу, печень и другие органы. Удивительно, но исследователи обнаружили, что передача нейтрофилов от одного органа к другому различается.
"Кажется, что у каждого органа есть свои требования к передаче сигналов и привлечению воспалительных клеток," говорит Крайзель, который также является адъюнкт-профессором хирургии. "Как будто у каждого органа свой почтовый индекс. Теперь у нас есть возможность идентифицировать все клетки и сигнальные молекулы, которые играют роль в воспалении сердца и могут блокировать определенные пути, чтобы увидеть, можем ли мы предотвратить повреждение органов."