عدم انتظام ضربات القلب شائع جدا ووثيق الصلة سريريا. ومع ذلك ، لا يزال العلاج الحالي غير كاف إلى حد كبير لأن معظم الاستراتيجيات العلاجية تركز فقط على الأعراض بدلا من استهداف الآليات السببية لعدم انتظام ضربات القلب. وبالتالي ، هناك حاجة ماسة إلى فهم أفضل لآليات المرض المعقدة لتطوير علاجات جديدة ومبتكرة وسببية.
الهدف من مجموعة طرق JoVE الحالية هو توفير مجموعة غير متحيزة ومتنوعة من البروتوكولات التي تسمح بالتحقيق الشامل في الجوانب المختلفة لعدم انتظام ضربات القلب.
يعد توازن الكالسيوم المتغير أحد السمات المميزة لعدم انتظام ضربات القلب ولكن لا يزال من الصعب التحقيق فيه نظرا لأنه يجب مراعاة جوانب متعددة ، كل منها يتطلب تقنيات محددة لدراسة1،2. في مجموعة الطرق هذه ، Tomsits et al. يوفر بروتوكولا يسمح بعزل خلايا عضلة القلب الأذينية والبطينية من نفس الفأر ودراسة كل من تيار الكالسيوم من النوع L وعابرات الكالسيوم في وقت واحد3. وبالتالي ، يمكن هذا البروتوكول الباحثين من التحقيق في اضطرابات الكالسيوم على مستوى العالم وتقليل أعداد في نفس الوقت ، مما يمثل تحسنا علميا وأخلاقيا كبيرا.
ومع ذلك ، يظل ترقيع الخلايا المعزولة تجارب معقدة وكثيفة العمالة ومنخفضة الإنتاجية4. لمعالجة هذا ، Seibertz et al. يقدم بروتوكولا باستخدام صبغة حساسة للجهد لقياس إمكانات العمل في خلايا عضلة القلب المشتقة من الخلايا الجذعية متعددة القدرات المستحثةالبشرية 5. نظرا لأن التقنية لا تحتاج إلى تدريب مكثف (حسب الحاجة لتثبيت التصحيح) ويمكن تطبيقها باستخدام إعداد تجريبي منخفض التكلفة نسبيا ، فإن هذا البروتوكول له تطبيقات واسعة.
إلى جانب خلايا عضلة القلب ، تلعب أنواع الخلايا الأخرى (على سبيل المثال ، الخلايا الليفية أو الضامة) دورا مهما في الفيزيولوجيا الكهربية6،7،8. للتحقيق في التأثيرات المحددة لنوع الخلية في نظام التوصيل ، Xia et al. يقدم دليلا خطوة بخطوة لتحديد العقدة الجيبية (SAN) والعقدة الأذينية البطينية (AVN) في الفئران9،10 متبوعا بالتشريح الدقيق وفرز الخلايا المنشطة بالفلورسنت (FACS) لعزل ودراسة البلاعم9 أو عن طريق التصوير المناعي الكامل. يسمح ذلك بتحديد أنواع الخلايا المختلفة ، وتقييم البنية ثلاثية الأبعاد ، ودراسة تعبير البروتين المحدد من نوع الخلية داخل SAN / AVN10.
علاوة على ذلك ، يمكن إجراء تسجيلات مصفوفة الأقطاب الكهربائية المتعددة (MEA) على مثل هذه الاستعدادات الكاملة كما قدمها Kumar et al.11. تعد هذه الطريقة إضافة ممتازة للتقنيات المستخدمة حاليا لأنها سريعة وبسيطة نسبيا وتوفر أيضا دقة مكانية فائقة. يسمح بالتدخلات الدوائية ويمكن تطبيقه بسهولة على مناطق محددة أخرى من القلب (على سبيل المثال ، AVN).
يلعب الجهاز العصبي اللاإرادي دورا أساسيا في الفيزيولوجيا الكهربية12،13،14 وهناك استراتيجيات علاجية ، مثل استئصال الودي15،16،17،18 أو استئصال العقد القلبية19. ومع ذلك ، لا يزال الأساس الميكانيكي غير معروف إلى حد كبير ، خاصة وأن الهياكل التشريحية للجهاز العصبي اللاإرادي لا يمكن الوصول إليها بسهولة في الفئران. في هذه القضية ، Scherschel et al. يقدم بروتوكولا يسمح بتحديد وتشريح العقد النجمية في الفئران لدراسة التعبيرات الجينية والبروتينية في أنواع مختلفة من الخلايا20. سيسمح ذلك بدراسة الجوانب الجديدة لإعادة التصميم اللاإرادي.
تعد دراسة الفيزيولوجيا الكهربية على المستوى الخلوي أمرا بالغ الأهمية لدراسة الآليات الأساسية. ومع ذلك ، لا تزال هناك حاجة إلى دراسات في الجسم الحي في النماذج الحيوانية للتحقق من صحة النتائج الخلوية وتأكيد الأهمية الفسيولوجية (المرضية) للهياكل المستهدفةالمحددة 21. تستخدم الفئران على نطاق واسع ، ولكن بشكل خاص جيل الفئران المعدلة وراثيا معقد. في هذا العدد ، شيمورا وآخرون يقدم بروتوكولا باستخدام تحرير الجينات CRISPR-Cas9 لدراسة الأدوار التنظيمية المعقدة للبروتينات المقطوعة وآثارها في الجسم الحي على وجه التحديد. لهذا ، قاموا بإنشاء نموذج فأر معدل وراثيا يؤوي طفرة أحادية النقطة في جين GJA1 الذي يشفر connexin-43. ينتج عن هذا تعبير منتظم ل Cx43 كامل الطول ولكن تعبيرا مقللا عن Cx4322 المبتور.
أحد القيود الرئيسية للدراسات في الجسم الحي هو الحاجة إلى تخدير أثناء التجارب ، والتي قد تؤثر على معلمات الفيزيولوجيا الكهربية المختلفة وبالتالي قد لا تمثل الوضع "الحقيقي"23،24. من ناحية أخرى ، تسمح أجهزة القياس عن بعد بدراسة الفئران المستيقظة والتحرك بحرية على مدى فترات طويلة من عدة أسابيع إلى أشهر25،26. Rötzer et al. يصف كيفية زرع أجهزة القياس عن بعد لتسجيل معدل ضربات القلب وضغط الدم في وقت واحد في الفئران ، مما يسمح على وجه التحديد بفحص الجهاز العصبي المستقل وحساسية baroreflex27.
على الرغم من أن أجهزة القياس عن بعد هي أدوات قوية للغاية ، إلا أنه لا يزال هناك تحد كبير: كيفية تحليل مجموعات البيانات الكبيرة هذه. لمعالجة هذه المشكلة ، يقوم Tomsits et al. بتطوير بروتوكول لتحليل تسجيلات تخطيط القلب عن بعد بطريقة موحدة شبه أوتوماتيكية28. باتباع بروتوكولهم ، يمكن للباحثين الحصول على معلمات تخطيط القلب الأساسية (على سبيل المثال ، معدل ضربات القلب أو فاصل العلاقات العامة) وفحص عدم انتظام ضربات القلب المحدد بشكل فردي (على سبيل المثال ، فترات التوقف ، برادي / عدم انتظام دقات القلب). الأهم من ذلك ، أنهم يناقشون أيضا تحديات ومزالق تسجيل وتحليل تخطيط كهربية القلب عن بعد ، بما في ذلك بعض الإرشادات لتحسين جودة الإشارة.
يتم اختبار الأجهزة الطبية المطورة حديثا ، مثل الصمامات الاصطناعية ، بدقة في النماذج الحيوانية قبل تطبيقها على المرضى من البشر29. ومع ذلك ، قد لا تترجم الدراسات التي أجريت على السليمة بشكل مثالي إلى المرضى من البشر ، خاصة أولئك الذين خضعوا لعملية جراحية سابقا30،31. للتغلب على هذه القيود ، يوفر Grab et al. بروتوكولا للطباعة ثلاثية الأبعاد لنماذج القلب الفردية الخاصة بالمريض32. نماذجهم مرنة وتشبه الخصائص الميكانيكية الحيوية بالإضافة إلى خصائص ديناميكية الدم المشابهة للمرضى من البشر. تسمح هذه النماذج بتدريس الأطباء ، واختبار الإجراءات أو الأجهزة التدخلية الجديدة ، وتخطيط استراتيجيات العلاج الفردية ، خاصة في المرضى الذين يعانون من تشريح معقد.
ستدعم البروتوكولات المقدمة في مجموعة طرق JoVE هذه العديد من الباحثين في دراسة الفيزيولوجيا الكهربية وعدم انتظام ضربات القلب. تكمن القوة الرئيسية لهذه المجموعة في أنها توفر تحسينات وابتكارات للتقنيات التقليدية ولكنها توضح أيضا مناهج جديدة لدراسة الجوانب المختلفة لاضطراب النظم القلبي. وبالتالي ستساعد هذه المجموعة على توسيع فهمنا لهذه الأمراض المعقدة وفي النهاية تطوير علاجات مبتكرة للمرضى الذين يعانون من عدم انتظام ضربات القلب.