Repliki 3D zdrowych dorosłych serc pokazują, jak kształt serca ma się do funkcji

Naukowcy z King’s College London stworzyli trójwymiarowe repliki zdrowych, pełnowymiarowych dorosłych serc na podstawie obrazów tomografii komputerowej (CT) i przeanalizowali, jak kształt serca odnosi się do jego funkcji.

Opublikowano dzisiaj w PLOS Biologia obliczeniowaBadanie obejmuje również 1000 nowych sztucznych serc, do których zapewniono otwarty dostęp, który umożliwia badaczom pobieranie i wykorzystywanie ich do testowania nowych algorytmów, testowania terapii silikatowych, wykonywania dalszych analiz statystycznych lub tworzenia określonych kształtów z modeli pośrednich.

Analiza statystyczna kształtu to technika, która umożliwia dokładne badanie zmian anatomicznych serca u różnych osób. Korzystając z tej techniki, z grupy 20 zdrowych dorosłych serc naukowcy stworzyli przeciętne serce, a następnie zmodyfikowali je, deformując to przeciętne serce, aby uzyskać 1000 nowych, wyprodukowanych, w pełni trójwymiarowych serc.

Odchylając sztuczne serce od środkowego kształtu, można stworzyć bardziej anormalne lub skrajne serca, ograniczone zakresem zmienności obserwowanej w grupie.

Nawet u osób zdrowych każdy ma nieco inny kształt serca. Znajomość tych różnic i ich wpływu na pracę serca jest zadaniem, do którego symulacje komputerowe są idealnym narzędziem ”.

Cristóbal Rodero, główny badacz, Kings College London

Korzystając z tych danych, naukowcy mogą przeprowadzić symulacje elektromechaniczne na 20 rdzeniach, a także w 38 skrajnych przypadkach, w których niektóre cechy, wybrane automatycznie, zostały wzmocnione, takie jak większe lub mniejsze serca lub grubsze ściany.

Pan Rodero powiedział, że badania są pierwszym kamieniem milowym w zrozumieniu, w jaki sposób subtelne zmiany anatomiczne wpływają na funkcję i torują drogę innym badaczom do powielenia i poszerzenia wyników badań.

„Te badania można wykorzystać jako wczesną diagnozę później, na właściwej drodze. Na przykład odkryliśmy, że tuż przed aortą znajduje się obszar w sercu, który staje się grubszy, co ma znaczący wpływ na oczekiwane funkcje”.

„Ta cecha anatomiczna ma silne powiązania z najnowszymi odkryciami mojego kolegi Macieja Marcignaca w badaniu lokalnych wzorców inflacji, które zostały również opublikowane w jego niedawnym badaniu w Journal of Hypertension”.

Istota badania polega na możliwości symulacji bicia serca za pomocą komputera, co jest złożonym procesem wymagającym superkomputerów (ponad 200 000 godzin obliczeń działających równolegle i trwających około 5 dni).

Następnie sztuczka polega na ustaleniu, które mechanizmy są symulowane w tak zwanych symulacjach, które generują wynik symulacji w ułamku sekundy.

Zbudowanie tych symulatorów nie tylko przyspiesza proces, ale także sposób na identyfikację ważnych czynników związanych ze zdrowiem i chorobami serca oraz sposób, w jaki niniejsze badanie rozwiązuje złożony problem związku kształtu serca z jego funkcjami.

Wizja w tej dziedzinie badań to przyszłość, w której cyfrowy bliźniak, nasza osobista replikacja arytmetyczna, wspiera decyzje w leczeniu chorób układu krążenia, jak opisali autorzy w białej księdze w European Heart Journal.