當心臟收縮和放鬆時，在細胞水平以下發生了什麼，長期以來一直沒有得到探索。得益於新的超高分辨率電子顯微鏡技術，科學家們現在可以觀察心臟的跳動- 幾乎是在分子水平上。弗萊堡大學醫學院的研究人員在最近發表在《自然評論》心髒病學上的一篇文章中總結了心臟電子顯微鏡的最重要發展及其對研究的意義。

在納米尺度上的洞察力對開發新的治療方法具有重要意義，例如對心髒病發作或心律失常的治療。

該研究的主要作者Eva Rog-Zielinska博士說：”通過我們和世界其他國家開發的高分辨率顯微鏡技術，我們對心臟的動態超微結構有了迷人的了解。她是弗萊堡大學醫學中心大學心臟中心實驗心血管醫學研究所（IEKM）4D成像科的負責人。我們可以利用這種洞察力，以前所未有的精度分析心臟細胞的三維結構。獲得的圖像是由邊長為一納米或更小的立方體- 所謂的體素組成的。Rog-Zielinska解釋說：”舉例來說，一納米是一個指甲在一秒鐘內生長的距離。”

基於電子斷層掃描數據，心肌細胞內的細胞器可以被成像並以納米級的精度進行三維重建。資料來源：弗萊堡大學醫學中心

以超級慢動作觀察心臟跳動

觀察中的一個挑戰是如何將心臟的超高分辨率繪圖與移動目標聯繫起來。共同作者、IEKM主任彼得-科爾（Peter Kohl）教授說：”由於最近成像技術的進步，我們現在對肌肉和結締組織細胞在跳動的心臟中的行為有了更多的了解。”他也是致力於探索心臟瘢痕的德國合作研究中心1425的發言人。”電子顯微鏡本身，但關鍵是還有新開發的準備和後處理相應樣品的方法在產生分子洞察力方面發揮著核心作用。特別令人興奮的是，我們可以像記錄電影中的單個畫面一樣記錄肌肉細胞–這要歸功於毫秒級精確的高壓冷凍。這使我們能夠觀察到心臟分子結構在超慢動作中的跳動。”

在人工智能的幫助下，IEKM對顯微鏡下的圖像進行評估，在計算機模擬的協助下，盡可能真實地描述心臟功能和病理變化。”新獲得的洞察力使我們能夠對心臟活動有一個全新的理解，並在此基礎上開發新的治療概念。我們期待著心臟研究中一個非常激動人心的時刻，”科爾說。