江苏激光联盟导读：据外媒5月26日报道，托马斯杰斐逊大学利用激光捕获显微切割技术获得首张老鼠的3D心脏神经元图片。有了这一技术之后，我们就可以清楚的知道心脏中的某一神经元的具体位置，这样我们就可以在此基础之上建立和解决许多问题，如如何在某一位置建立刺激，或者对某一特定的神经元进行刺激会产生什么效果？

我们的心脏的正常的功能是靠我们的控制中心-大脑来进行指挥的，通过一种错综复杂的神经网络来实现的。如果这个通讯被打乱而发生紊乱的话，就会导致心脏疾病，如心脏病发作、心脏性猝死以及供血出现问题等。为了对心脏进行保护，心脏自己还有一个属于自己的“小脑”，医学上称之为心内神经系统（ intracardiac nervous system (ICN)）来控制和校准任何在通讯中发生的任何局部的紊乱问题。ICN在保证心脏健康中具有十分重要的作用，同时会在心脏受到损伤的时候起到保护心肌的作用。但直到今天，我们尚不清楚ICN是如何工作甚至又是如何起到这一保护作用的。这是因为ICN的神经元的组织并没有得到很好的理解和掌握。我们并不知道它到底位于心脏的何处、他们又是如何具体连接在一起的、它们的分子性质又如何等等。

图1 数据图像的获取和建立的示意图

图2 雄性老鼠心脏后部的3D重建图

图3 激光捕获显微切割技术进行重·建的3D雄性老鼠的心脏，显示出心脏内神经元分布和占据的范围

在5月26日发表在《iScience》上的一项开创性研究工作中指出，来自美国托马斯杰斐逊大学（Thomas Jefferson University ）的研究团队通过激光捕获显微切割技术（）获得首张3D心脏神经元图片，这一前所未有的细节可以帮助我们来回答以上面临的问题。

图4 哺乳动物心脏——心肌（cardiacmuscle）

视频说明：显示了激光捕获显微切割技术重·建的3D雄性老鼠的心脏神经元图片

“我们所理解的ICN呈现出一个 大的空隙，介于神经和心脏之间，”，该研究团队的成员说：我们的目的就是要在他们之间建连接以便为ICN的解剖结构提供便利。

人体器官中另外一个需要如此详细的高分辨率3D图的是我们的大脑，实际上我们所创建的是首次给出了全面的心脏神经系统的路线图，可以为研究人员作为在很大范围内解决ICN的功能、生理学以及不同神经元之间的连接性等问题。

在这次研究中，研究人员使用了一种叫做刃口扫描电镜的技术（刀口扫描显微镜（KSEM），利用该技术可以将整个啮齿类动物的心脏进行精确的3D模型的重建，也是首次采用这种技术应用于心脏的研究。第二个新技术的应用就是利用激光捕获显微切割技术（laser capture microdissection ）来获取基因分析所用的单个样本神经元，同时可以利用心脏的3D结构来确定单独神经元的具体位置。

图5 矢状心脏 的ICN的部分空间投影

“由于以前没有人采用同样的工作开展这一研究，我们在研究过程中也曾经怀疑过是否能够解决这一问题”，文章的合作者说道：“心脏，并不像大脑，不是对称的，因此我们不得不考虑如何保证在影像建立过程中的一致性”。

这一3D重建的图像是迄今为止首次揭示出ICN的复杂性。可以清晰的显示出心脏上下周围的神经的具体分布和形状。

图6 空间投影轮廓和ICN矢状像板显示出心脏上下范围的神经

研究人员同时对雌性和雄性老鼠的心脏3D图进行了比较研究，发现神经的排列组合具有性别上的差异，不管是在空间排列上还是在基因的表现形式上均存在差别。“这一发现可以帮助我们解释男人和女人产生心脏疾病时为什么会存在差异，” Moss说道，系该论文的一个研究合作者，系生物化学和分子药理学的博士生，“我们也正在积极的开展创建猪心脏的内在神经系统3D模型的建立，这一模型的建立在解剖学上更接近人类的心脏，从而会帮助我们在问题的认识上理解的更透彻”。

这一研究项目是NIH的一个研究项目的一部分，这一项目名称为：刺激外周活动以释放的条件（简称SPARC），其目的就是为了促进治疗器械的发展以调节神经中的脑电活动，进而促进器官的功能的完善大约在30多年以前，人们就发现了外周活动如交感（迷走）神经对器官（心如脏）的健康非常重要，刺激它们可以缓解疾病的症状，这同我们在康复时使用理疗有点类似。但以前的研究工作并没有告诉我们在刺激的时候，需要达到何种程度、采用多少频率和刺激的具体位置是有益的还是有害的。

图7 人体中的交感（迷走）神经

有了这一技术之后，我们就可以清楚的知道心脏中的某一神经元的具体位置，这样我们就可以在此基础之上建立和解决许多问题，如如何在某一位置建立刺激，或者对某一特定的神经元进行刺激会产生什么效果？

目前这一技术对其他器官的3D重建，不仅仅限于神经元，对其他微结构也同样有效。

图8 老鼠心脏的神经元簇的识别

最终我们希望通过人类心脏的3D图像重建，不管是对于健康保健还是疾病的治疗研究，均非常有益，这一成果为将来的无限研究上的可能性奠定了基础。

备注： 激光捕获显微切割技术（Laser-capture microdissection）：是利用激光在显微镜下切割单细胞或小簇细胞的一种技术。目的是为获取纯的特异性的细胞用于诊断、预后及科研。

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参考文献

1.https://www.britannica.com/science/cardiac-muscle

2.https://www.britannica.com/science/vagus-nerve

来源：iScience, Achanta et al.: "A Comprehensive Integrated Anatomical And Molecular Atlas Of Rat Intrinsic Cardiac Nervous System" www.cell.com/iscience/fulltext … 2589-0042(20)30325-4 , DOI: 

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