4D OCT peut fournir des informations sans précédent sur le développement du cœur embryonnaire

Comment un tube cardiaque embryonnaire sans valve pompe le sang est un mystère scientifique de longue date. Grâce aux innovations de la technologie basée sur la lumière, de nouvelles informations sont désormais disponibles sur la biomécanique de la cardiogenèse des mammifères, et en particulier sur la dynamique de pompage du cœur embryonnaire tubulaire des mammifères.

4D OCT (3D + temps)

Shang Wang du Stevens Institute of Technology et Irina Larina du Baylor College of Medicine ont utilisé pour la première fois une tomographie par cohérence optique (OCT) 4D de pointe pour étudier le mécanisme de pompage sous-jacent au cœur des mammifères en développement.

Leur rapport, publié dans la revue en libre accès Journal de l'optique biomédicale, démontre que l'imagerie 4D OCT du cœur embryonnaire de souris peut fournir des informations sans précédent sur le fonctionnement du cœur précoce des mammifères.

L'étude démontre la richesse des données fournies par cette approche et sa faisabilité pour étudier la relation fonctionnelle entre le flux sanguin et la dynamique de la paroi cardiaque dans différentes régions du cœur embryonnaire des mammifères, une possibilité actuellement non accessible par d'autres méthodes. L'approche peut être potentiellement utilisée pour évaluer le pompage cardiaque par rapport au développement embryonnaire lors du remodelage du tube cardiaque, ce qui pourrait révéler des changements fonctionnels au cours de la cardiogenèse précoce.

Biomécanique du petit cœur de souris

Les échelles d'imagerie uniques et les contrastes dynamiques offerts par l'OCT permettent une profondeur d'imagerie au niveau millimétrique avec une résolution à l'échelle micrométrique idéale pour capturer l'ensemble du cœur de la souris à mi-gestation. L'OCT fournit également une vue claire des structures cardiaques fines ainsi que du flux sanguin.

La vitesse d'imagerie élevée de l'OCT associée à la synchronisation post-acquisition permet de reconstruire la dynamique rapide du cœur qui bat.

La méthode innovante offre une nouvelle façon d'étudier la biomécanique cardiaque développementale. L'analyse des images 4D OCT a permis à Wang et Larina de relier le flux sanguin, la résistance à l'écoulement et les gradients de pression induits par les mouvements de la paroi cardiaque. « 

Amy L. Oldenburg, directrice, laboratoire d'imagerie par cohérence optique, Université de Caroline du Nord, Chapel Hill

Il y a beaucoup à apprendre. Bien que le mécanisme qui pompe le sang dans le tube cardiaque embryonnaire ait été traditionnellement considéré comme des contractions péristaltiques en forme d'onde, Wang et Larina ont pu proposer une évaluation plus détaillée en utilisant 4D OCT pour intégrer la cardiodynamie et l'hémodynamique.

Leurs observations pilotes suggèrent que le pompage localisé du tube cardiaque dans les ventricules fonctionne grâce à une combinaison de mécanismes d'aspiration et de poussée.

Meilleure compréhension des malformations cardiaques congénitales

Les facteurs biomécaniques sont de plus en plus reconnus pour leurs rôles essentiels dans la stimulation et la régulation du développement cardiaque. Les auteurs espèrent que leur approche pourra inspirer de nouvelles idées et des conceptions innovantes dans les techniques d'imagerie et de mesure pour évaluer la biomécanique cardiaque embryonnaire.

En particulier, la méthode peut fournir des moyens utiles pour mieux comprendre les mécanismes contribuant aux malformations cardiaques congénitales, qui sont des formations anormales du cœur qui se développent avant la naissance. Selon Oldenburg, les résultats de cette étude « montrent l'utilité de ces méthodes pour étudier les changements biomécaniques dans les cœurs embryonnaires mutants qui modélisent les malformations cardiaques congénitales. »

Comme les lignées de souris mutantes modélisant les malformations cardiaques congénitales sont largement disponibles, la méthode peut contribuer à une meilleure compréhension du développement le plus précoce de la forme la plus courante de malformation congénitale chez l'homme.

Lisez le rapport original en libre accès: « Évaluation mécaniste en direct du pompage cardiaque localisé dans le cœur embryonnaire tubulaire de mammifère », J. de l'optique biomédicale, 25(8), 086001 (2020), doi 10.1117 / 1.JBO.25.8.086001

La source:

SPIE – Société internationale d'optique et de photonique

Référence du journal:

Wang, S & Larina, I, V. (2020) Évaluation mécanistique en direct du pompage cardiaque localisé dans le cœur embryonnaire tubulaire de mammifère. Optique biomédicale. doi.org/10.1117/1.JBO.25.8.086001.

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