通过解决一个受PDE约束的优化问题来估计心脏微组织中的活跃张力

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
• 干细胞技术 干细胞技术

背景情况:

• 微生理系统 (MPS) 能够对基于人类诱导的多能干细胞的心脏微组织进行受控测试.
• 在MPS中的光学测量可以评估机械特征,如运动和速度.
• 量化心脏微组织中的活性张力仍然是一个重大挑战.

研究的目的:

• 开发和验证用于心脏微组织中活跃张力的时空定量计算框架.
• 应用该框架来评估药物对心脏微组织机制的影响.

主要方法:

• 制定了一个局限偏微分方程 (PDE) 的优化问题,以解决心脏力学中的反向问题.
• 开发了一种用于二维心脏微组织表示的机械模型.
• 利用合成和实验数据进行验证和药物升级研究.

主要成果:

• 计算框架成功预测了活性张力和光纤方向分布.
• 使用omecamtiv mecarbil和Bay K8644的药物升级研究显示,移位,菌株和活性菌株的增加.
• 估计的活性张力在中央最高,纤维沿纵轴对齐.

结论:

• 提出的计算框架可以通过光学测量对心脏微组织中活性张力的时空估计.
• 这种方法表明,它是药物开发和心脏病建模的有价值工具.