Undergrads Forschung könnte zur Früherkennung von Herzkrankheiten führen

Undergrads Forschung könnte zur Früherkennung von Herzkrankheiten führen
Undergrads Forschung könnte zur Früherkennung von Herzkrankheiten führen
Anonim

Unter Verwendung eines neuen Computermodells, das geschädigtes Herzgewebe simuliert, verfeinern ein Student der Johns Hopkins University und seine Fakultätsberater eine Testmethode, die Ärzten ein besseres Werkzeug zur Erkennung von Erkrankungen der Herzkranzgefäße vor einem Herzinfarkt an die Hand geben könnte. Ihre Computersimulation hat frühere Erkenntnisse bestätigt, dass eine koronare Herzkrankheit eine unregelmäßige elektrische Aktivierung des Herzmuskels verursacht. Wenn ein Elektrokardiogramm (EKG) solche Unregelmäßigkeiten erkennen kann, sagen die Forscher, wissen die Ärzte, dass ein Patient behandelt werden muss, um dauerhaften Herzschäden vorzubeugen.

Die Forschung konzentriert sich auf eine Erkrankung namens Myokardischämie, die auftritt, wenn das Herzgewebe unzureichend mit Blut versorgt wird und zu schwächen beginnt. Ein herkömmlicher EKG-Test untersucht die elektrische Aktivität des gesamten Herzens und erkennt möglicherweise nicht immer eine Ischämie. Insbesondere kann ein herkömmliches EKG kleine Änderungen übersehen, wie sie beispielsweise durch Ischämie während der Herzaktivierung verursacht werden. Diese Veränderungen könnten frühere Anzeichen und bessere Marker für Herzerkrankungen sein als die bestehenden, aber um sie zu erkennen, ist eine zusätzliche Untersuchungsmethode erforderlich.

In diesem Sinne passte Mahesh Shenai, ein 22-jähriger Senior aus Bloomfield Hills, Michigan, ein modernes mathematisches Rezept an und verwendete es, um die elektrische Aktivität in modelliertem Herzgewebe zu überwachen, um Flecken zu identifizieren und zu lokalisieren kranke Zellen. Shenai ist Hauptautor eines Artikels, der diese Ergebnisse in der Dezemberausgabe 1999 des Journal of Biological Systems beschreibt. Seine Co-Autoren sind zwei Mitglieder der Johns-Hopkins-Fakultät, die seine Forschung beaufsichtigt haben: Boris Gramatikov, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Department of Biomedical Engineering, und Nitish V.Thakor, ein Professor der Fakultät.

"Die ganze Idee ist, die Ischämie vor dem Punkt zu erkennen, an dem der Schaden irreversibel ist", sagte Shenai, der einen kombinierten B.S.-M.S.E.-Abschluss in Biomedizintechnik anstrebt. "Wenn es früh genug erkannt wird, können geeignete Interventionsschritte wie eine medikamentöse Therapie, eine Angioplastie oder eine Herzbypass-Operation eingeleitet werden, um das Herz wieder in einen gesunden Zustand zu versetzen."

Weitere Forschung und Entwicklung sind erforderlich, bevor diese Ergebnisse in die klinische Praxis für Untersuchungen in der Notaufnahme und die Langzeitüberwachung von Patienten mit Herzerkrankungen einfließen können. Aber Shenais Arbeit ist ein wichtiger Schritt in Richtung dieses Ziels, sagen seine Berater.

"Ein normales EKG erkennt nicht immer Anzeichen einer Ischämie", fügte Gramatikov hinzu. „So kann ein Patient mit Schmerzen in der Brust in eine Notaufnahme kommen und dann nach Hause geschickt werden. Aber einer von 20 Patienten, die nach Hause geschickt werden, entwickelt einen Herzinfarkt.Daher könnten alle neuen Tools, die wir zur Früherkennung von Herzproblemen anbieten können, eine gewisse Wirkung haben."

Gramitkov sagte, die Forschung sei eine starke Anstrengung von Shenai gewesen. "Er ist ein sehr fähiger und sehr fleißiger Schüler", sagte das Fakultätsmitglied. "Das ist eine gute Kombination."

Shenai begann mit einem bestehenden Computermodell einer Platte aus gesundem menschlichem Herzgewebe. "Durch die Manipulation der Parameter", sagte er, "war ich in der Lage, Flecken von Zellen, die an Ischämie litten, innerhalb der Platte nachzuahmen." Der Student Researcher maß dann die elektrische Aktivität innerhalb der Modellgewebeplatte und verarbeitete die Ergebnisse mit einem mathematischen Rezept namens Wavelet Transform. Durch die Verwendung des Wavelets konnte er eine verfeinerte Analyse des EKG-Signals erh alten und die EKG-Veränderungen dem Geschehen auf zellulärer Ebene zuordnen. Dies zeigte, welche Teile der Platte erkrankt waren.

Shenai und seine Kollegen haben damit begonnen, die Technik an lebendem Gewebe im Labor zu testen.Die Forscher haben ihre Methoden auch auf EKGs von Patienten angewendet, die sich einer Angioplastie unterzogen. Letztendlich hoffen sie zu zeigen, dass die neue Methode sicher und genau verwendet werden kann, um frühe Anzeichen von Herzerkrankungen bei menschlichen Patienten zu erkennen.

Shenais Forschung wurde durch einen Provost's Undergraduate Research Award unterstützt, der an ausgewählte Studenten der Johns Hopkins University verliehen wurde, sowie durch ein Howard Hughes Fellowship.

Farbfotos von Shenai und Gramatikov verfügbar; kontaktieren Sie Phil Sneiderman

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