John Wikswo

John Wikswo
Född ( 1949-10-06 ) 6 oktober 1949 (73 år)
Lynchburg, Virginia , USA
Nationalitet amerikansk
Vetenskaplig karriär
Fält Biologisk fysik
institutioner Vanderbilt University

John Peter Wikswo, Jr. (född 6 oktober 1949) är en biologisk fysiker vid Vanderbilt University . Han föddes i Lynchburg, Virginia , USA .

Wikswo är känd för sitt arbete med biomagnetism och hjärtelektrofysiologi .

Ta studenten

På 1970-talet var Wikswo en doktorand vid Stanford University , där han arbetade under fysikern William M. Fairbank och studerade magnetokardiografi .

Biomagnetism

1977 blev han biträdande professor vid institutionen för fysik och astronomi vid Vanderbilt University , där han inrättade ett laboratorium för att studera levande tillståndsfysik. 1980 gjorde han den första mätningen av magnetfältet hos en isolerad nerv, genom att trä ischiasnerven från en groda genom en trådlindad, ferritkärna toroid och detekterade den inducerade strömmen med en SQUID - magnetometer . Samtidigt beräknade Wikswo och Ken Swinney magnetfältet för ett nervaxon. Detta arbete följdes några år senare av den första detaljerade jämförelsen av det uppmätta och beräknade magnetfältet som produceras av ett enda nervaxon.

I en relaterad studielinje samarbetade Wikswo med Vanderbilt Professor John Barach för att analysera informationsinnehållet i biomagnetiska kontra bioelektriska signaler.

Hjärtelektrofysiologi

Ett av Wikswos viktigaste bidrag till vetenskapen är hans arbete inom hjärtelektrofysiologi. 1987 började han samarbeta med läkare vid Vanderbilt Medical School, inklusive Dan Roden, för att studera elektrisk förökning i hundens hjärta. Dessa studier ledde till upptäckten av den virtuella katodeffekten i hjärtvävnad: under elektrisk stimulering härstammade aktionspotentialvågfronten längre från elektroden i riktningen vinkelrät mot myokardfibrerna än i riktningen parallellt med dem.

Parallellt med dessa experimentella studier analyserade Wikswo den virtuella katodeffekten teoretiskt med hjälp av bidomänmodellen , en matematisk modell av de elektriska egenskaperna hos hjärtvävnad som tar hänsyn till de anisotropa egenskaperna hos både de intracellulära och extracellulära utrymmena. Han använde först bidomänmodellen för att tolka biomagnetiska mätningar från strängar av hjärtvävnad. Wikswo insåg att egenskapen för ojämna anisotropiförhållanden i hjärtvävnad (förhållandet mellan elektrisk ledningsförmåga i riktningarna parallella och vinkelräta mot myokardfibrerna är olika i de intracellulära och extracellulära utrymmena) har viktiga implikationer för det magnetiska fältet som är associerat med en fortplantande aktionspotential vågfront i hjärtat. Med Nestor Sepulveda använder Wikswo den finita elementmetoden för att beräkna det distinkta fyrfaldiga symmetriska magnetfältsmönstret som produceras av en utåtgående vågfront.

Olika anisotropiförhållanden har ännu större inverkan under elektrisk stimulering av hjärtat. Återigen genom att använda den finita elementmodellen, förutspådde Wikswo, Roth och Sepulveda den transmembrana potentialfördelningen runt en unipolär elektrod som skickar ström in i ett passivt, tvådimensionellt ark av hjärtvävnad. De fann att området för depolarisering under en katod sträcker sig längre i riktningen vinkelrätt mot fibrerna än parallellt med fibrerna, en form som Wikswo kallade hundbenet. Denna förutsägelse förklarade omedelbart den virtuella katodeffekt som hittas experimentellt i hundens hjärta; de observerade den hundbensformade virtuella katoden. Senare simuleringar med användning av en aktiv, tidsberoende modell för bidomän bekräftade denna slutsats.

Beräkningen av transmembranpotentialen med en unipolär elektrod resulterade i en annan förutsägelse: regioner av hyperpolarisering intill katoden i riktningen parallell med myokardfibrerna. Omkastning av stimuluspolariseringen gav en mekanism för anodstimulering av hjärtvävnad. För att testa denna förutsägelse experimentellt behärskade Wikswo tekniken för optisk kartläggning med spänningskänsliga färgämnen, vilket möjliggör mätning av transmembranpotential med optiska metoder. Med Marc Lin gjorde Wikswo högupplösta mätningar av excitation efter stimulering genom en unipolär elektrod i ett kaninhjärta och bekräftade fyra mekanismer för elektrisk stimulering – katodframställning, katodbrott, anodframställning och anodbrott – som hade förutspåtts av bidomänberäkningar . (Katod och anod hänvisar till stimulans polaritet, och make och break indikerar om excitationen inträffade efter starten eller slutet av stimuluspulsen.) Senare experiment med denna teknik ledde till förutsägelsen av en ny typ av hjärtarytmi , som Wikswo heter quatrefoil reentry .

SQUID magnetometrar

På 1990-talet började Wikswo utveckla SQUID-magnetometrar med hög rumslig upplösning för kartläggning av magnetfältet, att använda i både biomagnetiska studier och i oförstörande tester. Som är utmärkande för Wikswos arbete utvecklade han samtidigt teoretiska metoder för att avbilda en tvådimensionell strömtäthetsfördelning från magnetfältsmätningar.

VIIBRE

Under de första två decennierna av 2000-talet har Wikswos forskning betonat utvecklingen och tillämpningen av enheter i mikro- och nanoskala för instrumentering och kontroll av enskilda celler. 2001 grundade han Vanderbilt Institute for Integrative Biosystems Research and Education (VIIBRE) för att främja och förbättra tvärvetenskaplig forskning inom biofysikaliska vetenskaper och bioteknik vid Vanderbilt. Wikswo fokuserade om sin forskning på systembiologi , byggde mikrotillverkade enheter för mätning av cellulära egenskaper och utvecklade matematiska modeller för cellulär signalering. Han har designat organ-on-a-chip- enheter som innehåller små populationer av celler för att fylla luckorna mellan cellkulturer och djurmodeller, för användning inom farmakologi och toxikologi . Detta arbete ledde till en andra R&D 100 Award för MultiWell MicroFormulator, som levererar och tar bort cellodlingsmedia till var och en av de 96 brunnarna i en mikrobrunnsplatta för toxikologisk forskning.

Andra befattningar

Han sitter också i de vetenskapliga rådgivande nämnderna för Hypres Inc. och CardioMag Imaging Inc.

Kort meritförteckning

Utmärkelser

År Tilldela
1980–1982 Alfred P. Sloan forskare
1984 IR-100 Award för neuromagnetisk strömsond
1989 Fellow, American Physical Society
1999 Fellow, American Institute for Medical and Biological Engineering
2001 Fellow, American Heart Association
2005 Fellow, Biomedical Engineering Society
2006 Fellow, Heart Rhythm Society
2008 Kamrat, IEEE
2017 R&D 100 Award för MultiWell MicroFormulator

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=John_Wikswo&oldid=1102891777 "