在心脏细胞,球状体和芯片上的器官中使用高频超声波对收缩动态进行非侵入性量化

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 心血管研究研究心血管研究
• 细胞生理学 细胞生理学

背景情况:

• 精确测量心肌细胞 (CM) 收缩性对于心脏病建模和药物发现至关重要.
• 评估CM收缩性的现有方法往往具有低通量,不准确或需要复杂的实验设置.
• 在各种心脏模型中,需要先进的技术来非侵入性量化CM收缩功能.

研究的目的:

• 开发和验证一种新的,非侵入性的,无标签的超声波技术,用于测量心肌细胞收缩动力学.
• 评估这种超声波方法在一系列心脏模型中的能力,从单细胞到3D微组织.
• 在标准细胞培养格式中证明超声波在评估心脏功能和药物反应方面的实用性.

主要方法:

• 开发一个独立的超声波系统,运行在40-200 MHz,时分辨率为1000 fps.
• 超声波技术应用于单个成年心肌细胞,CM球形模型和3D微组织结构.
• 超声波与引力显微镜的整合,用于同时测量收缩力和机械性能.

主要成果:

• 超声波技术准确地解析了单个鼠标CMs的节拍概况,节奏高达9Hz,超越了光学方法的局限性.
• 成年老鼠CM收缩力估计为2.34±1.40μN,与已知技术相比.
• 该系统成功地在CM球形和微组织模型中测量了心跳率,节奏和药物反应,即使没有光学接入.

结论:

• 高频超声波提供了一种快速,非侵入性和无标签的方法来表征心肌细胞收缩功能.
• 这种技术非常通用,适用于标准井板和定制设备中的单细胞,球形和3D微组织.
• 开发的超声波方法在促进心脏药物发现和心脏毒性评估方面具有重大潜力.