新的模型使研究人员更接近于为心脏阻塞生长天然旁路
一些人和动物长出动脉，使血液绕过心脏的阻塞。但要设计这些旁路作为生命线，科学家们首先需要了解它们是如何工作的。研究人员现在已经建立了心脏周围小血管的血液流动模型。
豚鼠是预防心脏病发作的。有了绕过心脏的大冠状动脉，他们可以幸免于每年导致数百万人死亡的各种阻塞。现在，研究人员正在努力刺激这种动脉的生长，以治疗心脏病患者。
斯坦福大学霍华德休斯医学研究所研究员、发育生物学家Kristy Red-Horse说，血管通常像树一样分叉，但这些被称为侧支动脉的旁路是特殊的。“它们像梯子一样连接到更大的动脉，”使它们能够将含氧血液输送到堵塞下游的组织。
大约20%到30%的人有一些血液通过侧支动脉。“我们可以利用心脏的自然机制，推动它形成自己的自然旁路，”红马说。这可能会导致疗法取代侵入性干预，如冠状动脉搭桥术．但是要设计这些血管要成为生命线，科学家首先需要了解他们的血液流动．现在，Red-Horse和同事们已经对几十个老鼠心脏进行了成像，并基于血液流动的物理原理创建了一个详细的模型。他们的模型揭示了一种模仿新生儿而不是成年人的动脉排列，使抵押品更成功地绕过阻塞，研究人员于2022年8月12日在美国发表报告自然心血管研究．
侧枝动脉类似于高速公路上的出口，为汽车在事故中移动提供了一条道路。但是，仅有替代路线是不够的——它们必须足够大，以使汽车能够快速到达它们需要去的地方。当血液像高速公路堵塞一样在动脉中停滞时，后果可能是致命的。
红马和她的团队拍摄了新生儿的整个心脏成年老鼠观察侧枝动脉在生命不同阶段的分布情况。在这些老鼠经历心脏病发作的几天到几周后，这些动物长出了侧枝动脉。然后，研究小组对他们的器官进行了成像，采用了由HHMI研究员、现任斯坦福大学校长马克·泰西尔-拉维尼(Marc Tessier-Lavigne)发明的iDISCO方法。
这些技术已经解锁了对整个心脏成像和捕捉每一个冠状动脉的能力——“这是一个很长时间的障碍，”Red-Horse说。红马的实验室专门研究冠状动脉成像，他与斯坦福大学生物工程师道格拉斯·M.和诺拉·利什曼心血管疾病教授艾莉森·马斯登合作，开发了一个基于他们的血液流动的计算机模型显微镜图像．
“这是第一次在小冠状动脉中模拟血液流动，”Red-Horse说。“如果不是因为我们不可能做到这一点跨学科的方法学员们承担了融合两个截然不同领域专业知识的艰巨任务。”这项工作由博士生苏哈斯·安巴哈坎和帕姆·里奥斯·科罗纳多共同领导，并需要斯坦福大学的关键合作者丹尼尔·伯恩斯坦、科恩·尼曼和安卡·帕帕卡。
该模型为新生儿和成人心脏血液流动的差异提供了新的见解。在心脏病发作后，新生儿的侧支动脉在输送血液方面胜过成年人的动脉。这种快速输送新鲜血液的能力可能有助于新生儿心脏的再生能力。新生儿在心脏病发作后可以完全再生心脏。“成年人的心脏不能，这就是为什么心脏病在我们的社会中是一个如此大的问题。”
在出生时，冠状动脉的主要通道就铺设好了。然后在一生中，心脏会长到新生儿的10倍大。但是，研究小组发现，这些高速公路并没有变宽——在晚年，冠状动脉树只是增加了更多的小巷。
研究小组比较了小鼠和人类的结果，对5个胎儿的心脏进行成像，并对心脏被x射线成像的成年人的动脉进行了观察。有些人，尤其是那些患有缓慢发展的心脏病的人，会出现功能性侧支动脉，它会在阻塞物周围分流血液。成人心脏病每位患者至少有两条侧支动脉。令人惊讶的是，每个胎儿的心脏都有超过40条侧支动脉。“在胚胎发育在美国，我们有能力制造大量这样的动脉，”红马说。
德克萨斯大学西南医学中心的分子生物学家Eric Olson说:“Red-Horse的工作为理解侧支动脉的形成及其潜在的分子和机制提供了一个细胞蓝图。”他说:“利用这些知识可以提供新的策略，在心脏病发作后，在成年期重新唤醒新生儿的再生反应。”
红马和她的同事已经开始寻找启动侧支动脉生长的方法。在之前的研究中，她的团队给小鼠注射了趋化因子(一种蛋白质信号)，指导心脏制造新的旁路。也许有一天，在心脏病发作之前，就可以无创地输送这些蛋白质。
但这需要的不仅仅是抵押品动脉来修复成年人受伤的心脏，同时也是HHMI医学咨询委员会成员的奥尔森指出。研究人员仍在研究促使心脏细胞再生的分子或基因，以及如何将它们传递出去。尽管如此，“红马的工作代表了实现这些目标的重要一步，”他说。
进一步探索
