研究揭示构成心壁的心肌纤维局部存在一种特殊的“极小曲面”

由McGill大学研究人员领衔的一项研究对于心脏中心肌组织的结构提出了新的观点，这一新的研究成果有望促进心脏病以及人工替代心脏组织工程学的研究。

该项成果发表于美国国家科学院刊(PNAS)，研究揭示构成心壁的心肌纤维局部存在一种特殊的“极小曲面”，也就是广义上的螺旋。这些结果为我们理解心壁肌纤维的结构和功能增添了一个重要的新维度，因为极小曲面的产生本质上可以作为一些物理问题的最佳解决途径。（当把一个线框浸入肥皂液时，会形成一个薄膜，这是一个与极小曲面较为相似的实际生活中的例子。）

数十年来，外科医生和解剖学家一直在探究心肌纤维的几何形状，而且很久以来一直知道心肌细胞围绕心室成螺旋状排列而形成螺旋结构。但是，这些已经证实的分析在很大程度上只是处于个别心肌纤维水平上。(并不能代表全部。)这其中部分原因是由于传统组织学技术的局限性，对于更为复杂的心肌纤维组的几何形状只能做微乎其微的工作。

与荷兰艾恩德霍文(Eindhoven)科技大学记忆美国耶鲁大学的研究人员一道，McGill研究小组将扩散的磁共振成像技术(dMRI)同计算机模拟结合在一起，从而揭示了纤维束集中在一起时的弯曲方式。研究人员分别对大鼠、人和狗的心肌组织做了成像检测，结果发现它们心脏中存在共同的模式。

麦吉尔大学(McGill)计算机科学学院的KaleemSiddiqi教授解释道：“你可以把它想象为是对一丛头发的分析，而不是对单个的头发丝的分析。我们发现，心肌纤维束以一种特殊的极小曲面形式发生弯曲和曲折，也就是广义上的螺旋，而且跨物种也会发现存在这样的模式。这并不是仅仅特指某一种哺乳动物。这些研究结果的影响也是广泛的。”

例如，在由心脏病而引起的心肌损害中，该项成果可以用来提供一个支架，从而引导受损的心肌纤维修复。虽然肌肉组织再生是生物工程中的一个主要领域，且该领域大多数进展也是集中于骨骼肌组织的再生，例如胳膊和腿（的肌肉再生），但这些更多地是在线性结构上，与心肌纤维的再生有所不同。