Multiparametric رسم الخرائط البصرية للقلب الأرنب Langendorff - perfused
سبتمبر 13, 2011
توضح هذه المقالة الإجراءات الأساسية لإجراء التجارب رسم الخرائط البصرية في قلب الأرنب Langendorff - perfused باستخدام نظام التصوير البانورامي ، وطريقة التصوير المزدوج (الجهد والكالسيوم).
الهدف العام من هذا الإجراء هو دراسة الخصائص الفيزيولوجية الكهربية للقلب مثل التوصيل ، وإعادة الاستقطاب ، وعدم انتظام ضربات القلب ، والتعامل مع الكالسيوم باستخدام تقنيات رسم الخرائط البصرية في قلب الأرنب المنفوخ. يتم تحقيق ذلك عن طريق عزل قلب أرنب سليم ورجعه أولا عبر الشريان الأورطي. تتمثل الخطوة التالية من الإجراء في تعريض سطح القلب ، وإلغاء تقلصات القلب ، واستخدام تقلص الإثارة على كولر BLEs الستاتين ، وتلوين عضلة القلب بشكل صحيح باستخدام مؤشرات فلورسنت حساسية للجهد والكالسيوم.
ثم يتم إجراء تسجيلات لإمكانات الفعل البصري من جزء كبير من النخاذ البطيني باستخدام نظام رسم الخرائط البصرية البانورامي. ثم يتم تعيين الإشارات الضوئية على هندسة ثلاثية الأبعاد معاد بناؤها لسطح نخابي القلب. خلال هذه الخطوة ، يمكن تسجيل إمكانات الفعل البصري وعابر الكالسيوم في وقت واحد باستخدام نظام التصوير المزدوج غير البانورامي.
يوفر هذا الإجراء بيانات كمية عن عضلة القلب المكانية والزمانية ، والإثارة وإعادة الاستقطاب ، بالإضافة إلى الخصائص المتطابقة لمعالجة الكالسيوم ، والتي يمكن تحليلها أثناء الإيقاع المنتظم وكذلك عدم انتظام ضربات القلب الأذيني والبطيني. مرحبا ، اسمي الدكتور إيجر إيوف. أنا أستاذ الهندسة الطبية الحيوية في جامعة واشنطن في سانت لويس.
التقنية البصرية التي نقدمها اليوم هي تقنية فريدة من نوعها لها عدد من المزايا مقارنة بالكتروغرامات الدقيقة والصغرى التقليدية لأنها قادرة على تسجيل عشرات وعشرات الآلاف من إمكانات العمل وعابرة الكالسيوم في وقت واحد. علاوة على ذلك ، فإن هذه التقنية محصنة ضد القطع الأثرية التي يقدمها التحفيز الكهربائي وإزالة الرجفان ، مما يؤدي إلى تشويه إمكانات الفعل المسجلة بواسطة أي مخططات كهربائية. علاوة على ذلك ، لا يمكن تسجيل عابرات الكالسيوم إلا بهذه التقنية.
لا يوجد بديل. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الفيزيولوجيا الكهربية للقلب ، مثل آليات تحريض وصيانة وإنهاء عدم انتظام ضربات القلب الأذيني والبطيني الذي يهدد الحياة ، بالإضافة إلى نمذجة الوظيفة في التوصيل والإثارة واقتران البناء في أمراض مثل أمراض القلب الخلقية وأمراض التمثيل الغذائي وفشل القلب. بمجرد التحضير للجراحة ، قم بالقتل الرحيم للأرنب بمزيج من البنتوباربيتال الصوديوم والهيبارين.
بمجرد أن يفشل الأرنب في الاستجابة لمنعكس الألم ، افتح صدره واستئصال القلب والرئتين. قم بعمل قطع في الطرف العلوي من الشريان الأورطي الصاعد قبل أن تقوم جميع فروع قوس الأبهر بتشغيل المضخة لبدء تدفق محلول Tyro في نظام التروية LRF غير المعاد تدويره. قم بتركيب القلب بسرعة على قنية الشريان الأورطي قياس 16 المتصلة بنظام التروية LOR.
اغسل الهواء من الشريان الأورطي واربط قنية الشريان الأورطي بمجرد أن تتغذى بالكامل. لا تضيع الوقت في قطع التامور. ثم قم بإزالة دهون القصبة الهوائية في الرئة المحيطة بالقلب والأنسجة الضامة.
من المهم جدا منع تراكم السوائل في البطين الأيسر ، مما قد يؤدي إلى نقص التروية. لذا أدخل أنبوب تصريف سيليكون من خلال الوريد الرئوي والصمام التاجي وفي البطين الأيسر. الآن انقل القلب باستخدام القنية إلى نظام التروية لانج أندورف المعاد تدويره والمجهز بنظام رسم الخرائط البصري.
ضع القلب في غرفة سداسية مخصصة وقم بتوصيل القنية بنظام التروية. راقب الضغط الأبهري باستخدام محول ضغط وحافظ عليه عند حوالي 60 زائد أو ناقص خمسة ملليمترات من الزئبق عن طريق ضبط معدل تدفق مضخة التروية. حافظ على الرقم الهيدروجيني حول 7.35 زائد أو ناقص 0.05.
أطفئ ضوء الغرفة وقم بحقن محلول مخزون الستاتين BLEs الحساس للضوء ببطء من خلال منفذ الحقن في صياد فقاعة الهواء الموجود فوق القنية. للوصول إلى تركيز 10 ميكرومولار BLEs ، قم بحقن الستاتين ببطء 0.1 مل من الستاتين BLEs. لكل حقنة بلعة، انتظر حتى يستقر الضغط قبل الحقن التالي.
ضع مصفوفات الصمام الثنائي للصور أو المساعد الرقمي الشخصي في ثلاث زوايا متباعدة بشكل متساو حول القلب. ثم في كل المساعد الرقمي الشخصي ، ركز صورة القلب على الزجاج المصنفر لمستوى الصورة. اضبط موضع القنية في الغرفة السداسية وكل المساعد الرقمي الشخصي حتى يتناسب القلب مع مجال رؤية جميع أجهزة المساعد الرقمي الشخصي الثلاثة.
ثم التقط صورة لكل صورة مركزة على الزجاج المصنفر. قم بحقن 10 إلى 20 ميكرولتر ببطء من محلول مخزون D four Anep في محلول التروية من خلال منفذ الحقن في مصيدة فقاعة الهواء. وانتظر ثلاث دقائق.
بعد ذلك ، ضع قطب السرعة برفق في الموقع المطلوب. هنا يتم وضعه في وسط المنظر الأمامي للقلب. ابدأ في إجراء تسجيل بصري متزامن من أجهزة المساعد الرقمي الشخصي.
تأكد من عدم وجود عناصر حركة في الإشارة الضوئية وأن نسبة الإشارة إلى الضوضاء كافية لتحليل البيانات اللاحق. عند الانتهاء ، قم بتشغيل أضواء الغرفة وقم بعمل سجل فوتوغرافي للقلب عن طريق التقاط صورة فوتوغرافية لكل 10 درجات من الدوران من كاميرا موضوعة في موقع أحد أجهزة المساعد الرقمي الشخصي. ثم تابع تنظيف نظام التروية.
ضع القلب المقنن في حجرة زجاجية شقية وقم بتوصيل القنية بنظام التروية. قم بتثبيت القلب في الجزء السفلي من السيليكون من الغرفة في قمة البطين والأذينين. لشل حركة القلب ، أطفئ ضوء الغرفة وحقن الستاتين ببطء من خلال منفذ الحقن لتقليل حركة سطح المحلول.
ضع غطاء نافذة زجاجي فوق سطح النخابي. عادة ما يتم تنفيذ هذا الجزء من الإجراء في الظلام ، ولكن يتم في الضوء. لتحسين صورة الفيديو، حرك نظام التصوير المزدوج أعلى القلب.
الآن ركز كاميرتي CMOs على نفس مجال الرؤية. بعد ذلك ، ضع أدلة الضوء لمصباحين هالوجين مع مرشح الإثارة. قم بتلطيخ القلب بإضافة 10 إلى 20 ميكرولتر من الصبغة الحساسة للجهد RH 2 37 من خلال منفذ الحقن.
ثم أضف 200 ميكرولتر من الطريق 2:00 صباحا مع onic F1 27 في خليط واحد لواحد من خلال منفذ مصائد الفقاعات. انتظر حوالي 20 دقيقة للسماح بتركيب DS للطريق في الساعة 2:00 صباحا قبل بدء رسم الخرائط. الآن قم بإجراء تسجيل اختباري.
قم بإيقاف تشغيل مضخة الصخ الفائق لتجنب الحركة على سطح المحلول. قم بتشغيل مصابيح الهالوجين والتقط تسجيلا بصريا من كلتا الكاميرتين. ثم أطفئ ضوء الإثارة.
قم بتشغيل مضخة الصهر وتحقق من جودة الإشارات الضوئية. إذا كانت الإشارة ضعيفة، فأعد لصق القلب ب RH 2 37 إضافي والطريق 2:00 صباحا. إذا كانت هناك أداة للحركة ، فأضف ستاتين إضافي لإزالة الحركة مع كل شيء بالترتيب. تابع التجربة المخطط لها ونظف النظام.
عند الانتهاء ، تم استخدام نظام رسم الخرائط البصرية البانورامية لإظهار هذا المنظر الأمامي لقلب الأرنب المنفخ من Lang Endorf. وبالمقارنة ، تظهر إعادة بناء هندسة القلب نفس الرؤية الأمامية. السطح النخابي غير المغلف الموضح هنا مشفر بالألوان حسب المرحلة.
كان القلب يمر بنوبة من عدم انتظام ضربات القلب المبتذلة من خمسة مواقع حول الدوار. تم تقديم إمكانات الفعل البصري. هنا باللون الأحمر توجد جبهة موجية تنشيط تنتشر خلال دورة من عدم انتظام ضربات القلب المستقر.
تدور جبهة الموجة في اتجاه عقارب الساعة حول تفرد طور على السطح الأمامي للقلب. إعادة الاستقطاب باللون الأزرق الشفاف للسماح بتصور جبهات الموجة على السطح الخلفي. تم تحليل القلب باستخدام نظام رسم الخرائط المزدوج لإظهار رسم الخرائط المتزامنة لإمكانات العمل وعابرة الكالسيوم.
تظهر صورة مقربة للتسجيلات من موقع واحد أن إمكانات العمل باللون الأزرق والكالسيوم عابر باللون الأحمر. يتم عرض مجموعة من آثار العينات من مجموعة من المواقع المتباعدة بشكل متساو كما هو موضح بالنقاط في هذا العرض الأمامي. تم جمع هذه البيانات بدقة بصرية تبلغ 200 ميكرون × 200 ميكرون لكل بكسل.
تمتد الآثار المترتبة على العلاج بإزالة الرجفان لعدم انتظام ضربات القلب الأذيني والبطيني 10 K لأنه يمكننا تصور تأثير المحفزات الكهربائية القوية مباشرة أثناء العلاج الكهربائي. لا توجد طريقة بديلة قادرة على القيام بذلك. باستخدام هذه الطريقة ، قمنا بتطوير والتحقق من صحة علاج الانكماش الجديد الخالي من الألم منخفض الجهد للرجفان الأذيني وعدم انتظام دقات القلب البطيني.
نظرة عامة
تصف هذه المقالة الإجراءات لإجراء تجارب التصوير البصري في قلب الأرنب المعبأ بـ Langendorff باستخدام نظام تصوير بانورامي. تركز الدراسة على الخصائص الكهربائية الفسيولوجية للقلب، بما في ذلك التوصيل ومعالجة الكالسيوم.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- الكهربائية الفسيولوجية للقلب
- تقنيات التصوير البصري
- توليد عدم انتظام ضربات القلب
الخلفية
- يتيح التصوير البصري التسجيل المتزامن لإمكانات الفعل والعوابر الكالسيوم.
- توفر هذه الطريقة رؤى حول وظيفة القلب وعدم انتظام ضربات القلب.
- قد تكون الطرق التقليدية محدودة بسبب القطع الأثرية من التحفيز الكهربائي.
- تستخدم الدراسة نموذج قلب الأرنب المعبأ بـ Langendorff.
هدف الدراسة
- للتحقيق في التوصيل القلبي، إعادة الاستقطاب، وتوليد عدم انتظام ضربات القلب.
- لتحليل معالجة الكالسيوم في عضلة القلب.
- لتوفير بيانات كمية عن ديناميكيات الإثارة وإعادة الاستقطاب.
الطرق المستخدمة
- العزل والارتجاع الرجعي لقلب الأرنب.
- تلطيخ عضلة القلب بمؤشرات حساسة للجهد والكالسيوم الفلورية.
- تسجيل إمكانات الفعل البصرية باستخدام نظام تصوير بصري بانورامي.
- التصوير المزدوج المتزامن لإمكانات الفعل البصرية والعوابر الكالسيوم.
النتائج الرئيسية
- بيانات كمية عن الخصائص المكانية والزمانية لعضلة القلب.
- رؤى حول آليات عدم انتظام ضربات القلب والأمراض القلبية.
- تبرهن على مزايا التصوير البصري على الرسم الكهربائي التقليدي.
الاستنتاجات
- التصوير البصري هو أداة قوية لدراسة الكهربائية الفسيولوجية للقلب.
- يمكن لهذه التقنية أن تساعد في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في أبحاث عدم انتظام ضربات القلب.
- يمكن للدراسات المستقبلية الاستفادة من هذه الطريقة للحصول على رؤى أعمق في وظيفة القلب.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Optical mapping in Langendorff-perfused rabbit hearts enables high-resolution, artifact-free visualization of cardiac electrophysiology, supporting mechanistic de-risking in arrhythmia target validation. This approach provides quantitative spatial-temporal data on action potentials and calcium transients, directly informing predictive confidence in preclinical models of ventricular and atrial arrhythmias. The method bridges discovery biology and translational research by enabling reproducible, scalable assessment of pro-arrhythmic liability and therapeutic response in a disease-relevant system.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by mapping reentrant wave dynamics and phase singularities during induced arrhythmias.
- Operational Value: Enables functional target validation through simultaneous voltage and calcium imaging to de-risk excitation-contraction coupling mechanisms.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by quantifying arrhythmogenic substrate vulnerability under controlled perfusion conditions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by establishing baseline electrophysiological and calcium handling phenotypes.
- Operational Value: Addresses assay standardization and reproducibility through Langendorff perfusion control and dye-staining protocols.
- Scalability: Highlights screening readiness via panoramic and dual imaging systems capable of simultaneous multi-site optical recording.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Uses rabbit heart model with demonstrated similarity to human excitation-contraction coupling and arrhythmia wave patterns.
- Translational Continuity: Connects discovery findings to preclinical validation through quantitative analysis of conduction, repolarization, and calcium handling during regular rhythm and arrhythmia.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by providing mechanistic insights into arrhythmia induction, maintenance, and termination.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical assessment, enabling iterative refinement of antiarrhythmic candidates based on electrophysiological and calcium handling profiles.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by visualizing rotor dynamics and action potential calcium transient relationships during arrhythmogenesis.
- Screening: Describes assay readiness through reproducible optical signal acquisition with sufficient signal-to-noise ratio for spatial-temporal analysis.
- Analytics: Highlights quantitative measurements of excitation and repolarization dynamics, enabling comparative condition assessment.
- Translational Research: Connects method to preclinical continuity via disease-relevant arrhythmia models and calcium handling insights relevant to heart failure and metabolic disease.
- Enterprise Reuse: Frames the optical mapping system as a reusable platform for assessing multiple compounds or genetic modifications in a standardized perfused heart preparation.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation, reduction of mechanistic ambiguity in arrhythmia mechanisms.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of electrophysiological and calcium transient measurements.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk in cardiovascular programs.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on quantitative arrhythmia liability data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cardiac isolation, Langendorff perfusion, and fluorescent dye handling.
- Needs optical mapping systems with photo diode arrays or CMOS cameras, light sources, and perfusion pressure control.
- Demands cross-team standardization of staining protocols, excitation-contraction uncoupling, and signal acquisition parameters.
- Involves adaptation considerations for species-specific flow rates, optics, and dye loading when extending beyond rabbit hearts.
- Includes practical limitations such as dye photobleaching, motion artifact susceptibility, and the need for precise temperature and pH maintenance during experiments.
