洞察心脏的动态超微结构——得益于新的超高分辨率电子显微镜
当心脏收缩和放松时，细胞水平以下会发生什么长期以来一直未被探索。多亏了新的超高分辨率电子显微镜技术，科学家们现在几乎可以在分子水平上观察心脏跳动。弗莱堡大学医学院的研究人员在最近发表在《自然评论心脏病学》上的出版物中总结了心脏电子显微镜最重要的发展及其对研究的意义。纳米尺度的洞察力对于开发新疗法非常重要，例如心脏病发作或心律失常。
该研究的主要作者 Eva Rog-Zielinska 博士说：“借助我们和世界各地其他人开发的高分辨率显微镜技术，我们对心脏的动态超微结构获得了令人着迷的见解。” 她负责弗莱堡大学医学中心大学心脏中心实验心血管医学研究所 (IEKM) 的 4D 成像部门。“我们可以利用这种洞察力以前所未有的精度分析心脏细胞的三维结构。我们的图像由边长为 1 纳米或更短的立方体（即所谓的体素）组成。举例说明：一纳米是指甲在一秒钟内长出的距离，”Rog-Zielinska 解释道。
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基于电子断层扫描数据，可以以纳米精度对心肌细胞的细胞内细胞器进行 3D 成像和重建。来源：医学中心——弗莱堡大学
详细介绍了荧光显微镜的系统结构、分类和工作原理。分析了荧光显微镜及普通光学显微镜中，传统景深计算方法的不足和自动对焦方法在国内外的研究现状。
以超慢动作观看心跳
一个挑战是将超高分辨率的心脏映射与移动目标联系起来。“由于成像技术的最新进展，我们现在对肌肉和结缔组织细胞在跳动的心脏中的行为有了更好的了解，”共同作者、IEKM 主任彼得科尔教授说，他也是德国的发言人。合作研究中心 1425 致力于探索心脏疤痕。
电子显微镜本身，但至关重要的是新开发的用于制备和后处理相应样品的方法，在分子洞察力的产生中发挥着核心作用。“特别令人兴奋的是，我们可以像电影中的单个帧一样记录肌肉细胞——这要归功于毫秒级的高压冷冻。这使我们能够观察到心脏的分子结构以超慢动作跳动，”科尔说。
实验、模拟和人工智能交织在一起
在人工智能的帮助下，IEKM 对显微图像进行评估，并辅以计算机模拟，以尽可能真实地描绘心脏功能和病理变化。“新获得的见解使我们能够对心脏活动获得全新的理解，并在此基础上开发新的治疗概念。我们期待着心脏研究的激动人心的时刻，”科尔说。