به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، ایجاد یک ارگانیسم کامل از بافت‌ها و اندام‌های فعال از تعداد انگشت شماری سلول، فرآیندی پیچیده و در عین حال بسیار هماهنگ است که به سلول‌ها نیاز دارد تا خود را به شیوه ای دقیق سازماندهی کنند و با هم کار کنند. این فرآیند به ویژه در قلب بسیار چشمگیر است، جایی که سلول‌های ساکن باید به طور هماهنگ شروع به تپیدن کنند. در حال حاضر، یک همکاری بین مدرسه‌ای به رهبری محققان در دانشکده پزشکی هاروارد، نگاهی اجمالی از نحوه شروع ضربان سلول‌های قلب به دست آورده‌اند. در مطالعه ای که روی گورخرماهی انجام شد، این تیم کشف کردند که سلول‌های قلب به طور ناگهانی و به یکباره با افزایش سطح کلسیم و سیگنال‌های الکتریکی شروع به تپش می‌کنند. علاوه بر این، محققان کشف کردند که هر سلول قلبی به تنهایی و بدون ضربان‌ساز توانایی ضربان دارد و ضربان قلب می‌تواند در مکان‌های مختلف شروع شود. این یافته‌ها در Nature منتشر شده است.

مزایای گورخرماهی در مطالعات تکوینی

گورخرماهی در حال توسعه یک مدل مناسب برای مطالعه قلب ارائه می‌کند، زیرا شفاف هستند، به سرعت رشد می‌کنند - تنها در 24 ساعت ضربان قلب ایجاد می‌کنند - و می‌توانند توسط ده‌ها دوربین همزمان از جهات مختلف تصویربرداری شوند. با این حال، مگاسون فکر می‌کند که این فرآیند رشد یکسان ممکن است در همه گونه‌ها، از جمله انسان، حفظ شده باشد.

درک اختلالات ریتم قلبی

ضربان قلب منظم برای زندگی مهره داران ضروری است. در قلب بالغ، این عملکرد توسط یک ضربان ساز آناتومیکی موضعی هدایت می‌شود. در مقابل، قابلیت ضربان‌سازی به طور گسترده در قلب اولیه جنینی توزیع شده است. انتقال اولیه قلب از خاموش به ضربان هرگز در مقیاس زمانی رویدادهای الکتریکی فردی مشخص نشده است، و ساختار مکان و زمان ضربان‌های اولیه قلب به خوبی شناخته نشده است. استفاده از الکتروفیزیولوژی تمام نوری در رشد قلب گورخرماهی، هر سلول می‌تواند به تنهایی بکوبد و برخلاف قلب بالغ، ضربان قلب توسط سلول‌های ضربان‌ساز تخصصی هماهنگ نمی‌شود. بنابراین مطالعه زیست شناسی تکوینی نحوه شروع ضربان قلب می‌تواند به دانشمندان در درک اختلالات ریتم قلبی در انسان کمک کند.

بدنبال کشف چگونگی شروع ضربان قلب

شان مگاسون، استاد زیست شناسی سیستمی در موسسه بلاواتنیک و یکی از نویسنده‌های ارشد می‌گوید: «محققان آنقدر به ضربان قلب اهمیت می‌دهند که برای مدت طولانی این موضوع در مرکز تحقیقات بوده است، اما این اولین باری است که می‌توانیم آن را عمیقاً با این وضوح بررسی کنیم.» یادگیری در مورد مکانیسم‌های اساسی زیربنای ضربان قلب ممکن است ذاتاً برای زیست شناس کنجکاو جالب باشد، اما همچنین برای درک آنچه اتفاق می‌افتد در شرایطی که سیستم قلبی تنظیم کننده ضربان قلب به درستی رشد نمی‌کند یا شروع به عملکرد نادرست می‌کند بسیار مهم است. آدام کوهن، یکی از نویسندگان ارشد، استاد شیمی و زیست شناسی شیمیایی و فیزیک در هاروارد می‌گوید: «قلب در طول زندگی معمولی انسان حدود 3 میلیارد بار می‌تپد و هرگز نباید استراحت کند. ما می‌خواستیم ببینیم چگونه این دستگاه باورنکردنی ابتدا روشن می‌شود.» محققان ابتدا قصد نداشتند چگونگی شروع ضربان قلب را مطالعه کنند. در عوض، آنها به دنبال یک سوال علمی بودند که تخصص آزمایشگاه کوهن در تصویربرداری از فعالیت الکتریکی را با تخصص آزمایشگاه مگاسون در مطالعه چگونگی تکوین سلول‌ها در گورخرماهی، ارتباط داد.

فرضیات مطرح شده در خصوص شروع ضربان قلب

آنها متوجه شدند که علیرغم هزاران سال تحقیق بر روی قلب در حال رشد، که تمام راه به مشاهدات ارسطو در جوجه‌ها بازمی‌گرداند، بنابراین جزئیات چگونگی شروع تپش سلول‌های قلب هنوز یک معماست – رازی که آنها به طور بالقوه می‌توانند آن را حل کنند. ما می‌خواستیم به یک سوال اساسی پاسخ دهیم: سلول‌های قلب چگونه از حالت خاموش به ضربان می‌رسند؟ مگاسون توضیح داد. «زمانی که قلبت شروع می‌شود، اتفاقی است که یک بار در زندگی اتفاق می‌افتد، اما مشخص نیست که چگونه این اتفاق می‌افتد.» محققان خاطرنشان کردند که این یک مطالعه اکتشافی بود، بنابراین آنها نمی‌دانستند چه چیزی را خواهند فهمید. شاید چند سلول شروع به تپیدن کند و ناحیه تپنده به آرامی رشد کند، آنها حدس زدند یا قسمت‌های مختلف قلب به طور مستقل شروع به تپیدن می‌کند و در نهایت با هم ترکیب شوند یا قلب با ضربان‌های ضعیف شروع می‌شود و به مرور زمان تقویت می‌شود.

مکانیسم شروع ضربان قلب

محققان با استفاده از پروتئین‌های فلورسنت و تصویربرداری با میکروسکوپ با سرعت بالا، تغییراتی را در سطح کلسیم و فعالیت الکتریکی در سلول‌های قلب جنین‌های در حال رشد گورخرماهی ثبت کردند. آنها در کمال تعجب متوجه شدند که تمام سلول‌های قلب به طور ناگهانی از حالت بی‌تپش به تپش تغییر می‌کنند - که با جهش همزمان سیگنال‌های کلسیم و سیگنال الکتریکی مشخص می‌شد – زیرا سلول‌ها بلافاصله شروع به تپش همزمان کردند. کوهن توضیح داد: «مثل اینکه کسی سوئیچ را روشن کرده بود. آزمایش‌های بیشتر نشان داد که برای هر ضربان قلب، ابتدا یک ناحیه از قلب شلیک می‌کند و موجی از الکتریسیته را آغاز می‌کند که به سرعت در بقیه سلول‌ها جریان می‌یابد و آنها را به شلیک وادار می‌کند. جالب اینجاست که ضربان قلب از نقاط مختلف در گورخرماهی‌های مختلف شروع می‌شود، که این خود نشان می‌دهد هیچ چیز منحصر به فردی در مورد سلول‌هایی که شلیک می‌کنند وجود ندارد. این یافته خلاف واقع بود، زیرا سلول‌ها در قلب بزرگسالان رفتار متفاوتی دارند. بیل جیا، یک دانشجوی فارغ التحصیل مشترک در آزمایشگاه های کوهن و مگاسون و نویسنده اصلی این مقاله گفت: برخلاف قلب بزرگسالان، که در آن جمعیت تخصصی سلول‌های ضربان‌ساز ضربان قلب را به حرکت در می‌آورند، اکثر سلول‌های قلب جنینی این توانایی را دارند که خود به خود بکوبند و پیش‌بینی محل اولین ضربان‌ها را دشوار می‌کند. ، از آنجایی که سلول‌های قلب بلافاصله شروع به تپیدن می‌کنند، آنها باید توانایی ضربان و حس کردن ضربان همسایگان خود را قبل از اولین ضربان قلب خود ایجاد کنند - چیزی که مگاسون با ارتشی مقایسه می‌کند که باید بدون تمرین اولیه شروع به راهپیمایی کند. جیا افزود: «قلب ابتدا یاد می‌گیرد که چگونه بدون ساعت همگام شود، و سلول‌های فردی ابتدا یاد می‌گیرند که بدون توافق بر سر نقش‌هایشان همکاری کنند. منظم بودن ضربان قلب بسیار مهم است، اما در ابتدای زندگی بسیار سریع سازماندهی می‌شود و به نظر می‌رسد که یک پیچیدگی همراه با آشفتگی همراه است.

بررسی چگونگی ایجاد آریتمی در انسان‌ها

این تیم خاطرنشان کرد که این یافته راه را برای یادگیری بیشتر در مورد رشد ضربان قلب در گونه‌ها باز می‌کند و ممکن است روزی چگونگی ایجاد بی‌نظمی‌های قلبی مانند آریتمی در انسان‌ها را روشن کند. مگاسون گفت: «با نگاه کردن به اینکه قلب چگونه رشد می‌کند، می‌توانیم ببینیم که چگونه مکانیسم‌های کنترلی مختلف روی آن قرار گرفته‌اند، که ممکن است به ما چیزی در مورد آنچه در صورت شکستن آنها اتفاق می‌افتد بگوید.

پایان مطلب/.