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

OCT 4-D (3-D + 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) 4-D de pointe pour étudier le mécanisme de pompage sous-jacent au développement du cœur d'un mammifère. Leur rapport, publié dans le libre accès évalué par les pairs Journal d'optique biomédicale , démontre que l'imagerie OCT 4-D du cœur embryonnaire de souris peut fournir des informations sans précédent sur le fonctionnement du cœur des premiers 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 de mammifère embryonnaire, une possibilité actuellement inaccessible par d'autres méthodes. L'approche peut être potentiellement utilisée pour évaluer le pompage cardiaque sur le développement embryonnaire au fur et à mesure que le tube cardiaque se remodèle, qui pourraient 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 millimétrique avec une résolution à l'échelle microscopique idéale pour capturer l'intégralité du cœur de la souris à mi-gestation. L'OCT fournit également une vision 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 battant.

Amy L. Oldenburg, directeur du Laboratoire d'imagerie par cohérence optique de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, remarqué, "La méthode innovante offre une nouvelle façon d'étudier la biomécanique cardiaque du développement. L'analyse des images OCT 4-D a permis à Wang et Larina de relier le flux sanguin, résistance à l'écoulement, et les gradients de pression induits par les mouvements de la paroi cardiaque."

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

Mieux comprendre les malformations cardiaques congénitales

Les facteurs biomécaniques sont de plus en plus reconnus pour leur rôle essentiel 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 Oldenbourg, 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 des lignées de souris mutantes modélisant des 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.