美国a&038的研究人员获得了210万美元的拨款，用于研究先天性心脏缺陷的原因

根据美国疾病控制与预防中心(Centers for Disease Control and Prevention)的数据，先天性心脏缺陷是最常见的出生缺陷类型，每年影响美国近1%的新生儿。由于不了解其来源，医生们一直无法降低这一数字。由于美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)提供的210万美元资助，一个由多学科研究人员组成的团队将致力于推进对出生缺陷原因的理解。

团队成员包括首席研究员(PI) Lisa Manning、William R. Kenan Jr.物理学教授、BioInspired Institute的创始董事;杰夫·阿马克，北州医科大学副院长;共同研究者Heidi henly，生物学助理教授;Paula Sanematsu，物理学博士后研究员。Manning, Amack和hhnly都是BioInspired研究所的成员，这是一个由教师学者组成的跨学科团队，研究复杂的生物系统，开发和设计智能材料，以应对健康、医药和材料创新方面的全球挑战。

过去的研究集中在先天缺陷的潜在生化来源上，曼宁说，他们的研究寻找的是在胚胎发育早期阶段可能导致缺陷的机械力。

“我们的目标是找到新的治疗目标，”曼宁说。“现在，很难知道该用哪种药物，因为研究人员不知道是什么引起了问题，如果你不知道原因，那么你就不知道如何解决它。如果我们能识别出一些起作用的机械机制，以及标准的生化机制，就能引领我们找到治疗先天性心脏缺陷的全新方法。”

要了解发生了什么，你必须首先回到有机体发展的最早期阶段。胚胎最初是一对简单的细胞。随着它们的生长，它们的细胞开始繁殖，并开始具有特定的功能。为了确保内脏器官的正确位置，所有脊椎动物，包括鱼、老鼠和人类，都有一个器官负责所谓的左右(LR)模式。例如，这个器官确保心脏正确地位于身体的左边，而肝脏正确地位于身体的右边。这就是所谓的LR不对称。

研究人员将研究重点放在了斑马鱼上，这是一种透明的脊椎动物，使它成为在显微镜下研究的理想对象。斑马鱼中负责LR模式形成的特定器官是枯佛囊泡(KV)， Amack实验室的显微镜图像表明，在斑马鱼的发育过程中，枯佛囊泡在鱼体内移动。

研究小组认为，该器官在组织中移动的机械力可能会改变细胞形状，并导致斑马鱼胚胎中的LR不对称。因此，这种机械力产生过程中的缺陷在某些情况下可能会阻碍心脏等器官的正常发育。

在曼宁的实验室里，她和Sanematsu一直在开发计算模型，从机械的角度来探索胚胎发育过程中发生了什么。他们正在制作整个组织的三维模型来模拟机械力，并确定KV的运动是如何产生形状变化的。

For Sanematsu, this work utilizes the skills she developed in scientific computing during her graduate school work and postdoctoral appointment at Louisiana State University. There, she developed computational fluid dynamics (CFD) simulations to describe nanoparticle transport in porous media, which is important in environmental problems like groundwater contamination. She shifted from fluid dynamics to soft matter when she joined Manning’s lab, but says those areas of research have surprising similarities.“I now work on models to study how cells and tissues behave during embryonic development,” she says. “These models are generally not used, if ever, in CFD, but there is actually a good blend of my previous experience because I am using a lot of the CFD tools to analyze how tissues can behave similarly to a fluid.”The team is now confirming their computer-modeled calculations using physical experiments to determine the effects of mechanical forces on an organism’s development.

通过激光消融和光遗传学等先进科学技术，他们将分析细胞对各种机械力的反应。利用激光消融，该团队将切割细胞之间的界面，并研究由此产生的运动，以改变和测量组织中细胞之间的力量。利用光遗传学，他们将照亮细胞，驱动预先编程的改变单个细胞的机制。在这两种情况下，他们将观察这些局部机械变化如何改变胚胎中的器官形成和LR不对称性。