يوليو 18, 2025
يحدد هذا البروتوكول تصنيع المواد المتقدمة وطرق قلب الفئران خارج الجسم الحي للتفاعل الحيوي ثنائي الاتجاه البصري والكهربائي ، مما يتيح التحفيز الدقيق للقلب والتسجيل ونمذجة الاحتشاء لأبحاث الإلكترونيات الحيوية.
قمنا بتطوير نموذج قلب خارج الجسم الحي لتقييم المواد الإلكترونية الضوئية والإلكترونية لتحفيز القلب والاستشعار ، مما يؤدي إلى سد الابتكار مع التطبيقات الإلكترونية الحيوية الانتقالية. نحن نسد الفجوة بين في المختبر وفي الجسم الحي من خلال تقديم نموذج قلب خارج الجسم الحي غير وراثي للرقابة لتقييم كل من المواد الإلكترونية الحيوية السلكية واللاسلكية في الأنسجة الحقيقية. يتيح بروتوكولنا اختبارا سريعا للمواد في قلوب نابضة بأكملها ، مما يجمع بين الأهمية الفسيولوجية والتحكم الدقيق ، وهو مثالي لمقارنة أداء التحفيز والاستشعار عبر الأجهزة المختلفة.
نستكشف المواد العلاجية التي تعدل وظائف القلب وتتحقق من كفاءتها في علاج احتشاء عضلة القلب باستخدام نموذج نقص تروية التروية خارج الجسم الحي. للبدء ، قم بتأكيد التخدير العام عن طريق الضغط على أحد مخالب الجرذ المخدر ، وتابع فقط إذا لم يلاحظ أي استجابة. ثم قم بعمل شق بطول خمسة سنتيمترات أسفل الصدر مباشرة لفتح القفص الصدري.
باستخدام المقص ، قم بقص الحجاب الحاجز بعناية لفضح القلب والرئتين. الآن ، قم بقص الضلوع على كلا الجانبين لفتح القفص الصدري بالكامل. قم بتأمين القفص الصدري المفتوح عند عظم القص باستخدام مرقئ الدم.
استخدم مرقئ ثان لتثبيت الوريد الأجوف من أسفل القلب. قطع تحت المرقئ بمقص حاد مثني بالقرب من أسفل القفص الصدري قدر الإمكان لإزالة القلب. انقل القلب على الفور إلى طبق بتري مليء ب HBSS المثلج.
املأ قنية وطبق بتري منفصل بالكامل ب HBSS المثلج. انقل القلب إلى طبق بتري ، معبأ مسبقا بالمخزن المؤقت للتقسيم. استخدم الملقط أو المقص لإزالة الرئتين والأنسجة الضامة الأخرى المرتبطة بالقلب.
ثم اضغط على القلب برفق وتتبع مسار الدم لتحديد موقع الشريان الأورطي. إذا تم الحفاظ على قوس الأبهر ، فقم بقطع تحت الشريان الصاعد الأول. قم بتدوير الشريان الأورطي بعناية.
تجهيز جهاز Langendorff بمحلول عمل مؤكسد مسبقا. افتح التدفق العازل وقم بتوصيل القنية بجهاز التروية بعناية ، مع ضمان عدم دخول فقاعات الهواء إلى النظام. لاحظ أن القلب يبدأ في الانقباض بمجرد بدء التروية.
الآن ، قم بقطع جزء من الأذينين أو الزائدة الأذينية باستخدام مقص صغير. قبل إدخال البالون في البطين الأيسر ، قم بتفريغه تماما. ثم استخدم المحقنة المتصلة لملء البالون بالماء.
بعد ذلك ، قم بتوصيل مجسات ضغط BP 100 بخط التروية والبالونات المملوءة بالماء لمراقبة ضغط البطين الأيسر على التوالي. قم بتضخيم جميع مخرجات الإشارة ، بما في ذلك ضغط البطين الأيسر وتخطيط القلب ، باستخدام مضخم IA-400D. راقب ضغط المخزن المؤقت للتايرود HEPES واضبطه للبقاء ضمن النطاق الأمثل من 80 إلى 100 ملم من الزئبق.
قم بتعديل حجم الماء في البالون باستخدام المحقنة لضبط ضغط البطين الأيسر الأساسي على حوالي 20 ملم من الزئبق. قم بتوصيل أقطاب مخطط كهربية القلب عن طريق تأريض القنية ووضع أسلاك القطب الكهربائي على جانبي القلب أو أعلى أو قمة القلب بناء على تفضيل المستخدم. املأ الحجرة الساخنة بمخزن مؤقت HEPES Tyrode مسخن مسبقا إلى 37 درجة مئوية.
اغمر القلب في الغرفة وأدر محبس لوقف التدفق العازل ، مما يؤدي إلى نقص تروية العالم. بعد 30 دقيقة من نقص التروية ، أدر محبس لاستعادة التدفق العازل وبدء إعادة التروية. اترك القلب ينفجر لمدة 45 دقيقة قبل إنهاء التجربة لتلوين الاحتشاء.
تحقق من نجاح نقص التروية من خلال ملاحظة انخفاض معدل ضربات القلب وإشارات تخطيط القلب غير المنتظمة. لإنشاء واجهات ضوئية كهربائية ثنائية الاتجاه بين الأجهزة وأنسجة القلب ، ضع غشاء إلكتروني ضوئي من السيليكون على موقع التحفيز المطلوب على القلب. اتركه يلتصق بنفسه بالنخاب باستخدام القوة الشعرية.
قم بتوصيل الأقطاب الكهربائية بنظام تسجيل RHD أو منصة فيزيولوجية كهربية متوافقة. بعد ذلك ، ضع المصفوفات المرنة متعددة الأقطاب الكهربائية على الأسطح البطينية للقلب المعزول. الآن ، قم ببرمجة مصدر الليزر 635 نانومتر بالتردد المطلوب ودورة العمل باستخدام إشارات منطقية الترانزستور والترانزستور.
ركز شعاع الليزر على بقعة بحجم ملليمتر واحد وقم بمحاذاته فوق غشاء السيليكون. ابدأ بروتوكول التسجيل والتحفيز. قم بزيادة شدة الليزر تدريجيا حتى يتم ملاحظة تجاوز مستمر للقلب.
لإنشاء واجهات كهربائية ثنائية الاتجاه قائمة على القطب الكهربائي بين الأجهزة وأنسجة القلب ، قم بتوصيل أقطاب التحفيز في تكوين ثنائي القطب ، ووضع قطب كهربائي يعمل بالكربون المسامي على جدار البطين الأيسر وقطب كهربائي مضاد على جدار البطين الأيمن. باستخدام الجهد ، قم بتوصيل أشكال موجة التيار المربع ، مثل مللي أمبير بمدة نبضة مللي ثانية واحدة ، حتى يتم تحقيق سرعة ناجحة للقلب. تم إنشاء منصة نانوية قائمة على الكربون لتعديل كهربائي فعال أو استشعار أنظمة القلب.
على أربعة هرتز تحفيز في مللي أمبير واحد. حققت كل من الأقطاب الكهربائية الذهبية المطلية بالكربون الذهبية والنانوية المسامية سرعة فعالة ، مع ملاحظة سعات أعلى لمخطط كهربية القلب في مجموعة الكربون المسامي النانوية. أظهر كلا القطبين انخفاضا أسيا في تيار العتبة مع زيادة مدة النبضة.
عند تيار تحفيز يبلغ أربعة مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع ومدة مللي ثانية واحدة ، كان جهد العتبة المطلوب للإيقاع الفعال 1.32 فولت لأقطاب الذهب و 0.90 فولت للأقطاب الكهربائية النانوية المطلية بالكربون. عزز قطب الذهب النانوي المسامي المطعمة بالكربون المكون من 16 قناة بشكل كبير اكتشاف إشارة مخطط كهربية القلب النخابي ، مما أدى إلى تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء بمقدار ثمانية أضعاف مقارنة بأقطاب الذهب القياسية. تم التحقق من صحة الحث الناجح لاحتشاء ضخ نقص تروية نقص التروية بعد التجربة عن طريق تلطيخ TTC ، حيث أظهرت القلوب المصابة بالاحتشاء مناطق بيضاء مميزة تمثل تلف عضلة القلب.
أثناء المراقبة في الوقت الفعلي ، أظهرت القلوب الإقفارية انخفاضا كبيرا في معدل ضربات القلب. كشف رسم خرائط مصفوفة الأقطاب الكهربائية المتعددة للقلوب الإقفارية عن انخفاض سرعة التوصيل الكهربائي عبر النخاب، مما يشير إلى زيادة تأخير الإشارة.
يحدد هذا البروتوكول طرق تصنيع المواد المتقدمة وأساليب القلب الفئران ex vivo لواجهة حيوية ثنائية الاتجاه بصرية وكهربائية، مما يتيح التحفيز الدقيق للقلب، والتسجيل، ونمذجة احتشاء العضلة القلبية لأبحاث الإلكترونيات الحيوية.
Bidirectional electrical and optoelectronic interfacing in ex vivo rat hearts enables rapid, physiologically relevant validation of novel bioelectronic materials for cardiac applications. This approach bridges in vitro device innovation with translational cardiac research, supporting predictive confidence in material performance and disease modeling. The platform minimizes ethical and administrative barriers while accelerating early-stage portfolio decisions for next-generation cardiac bioelectronics.
This ex vivo heart model positions material and device validation at the intersection of early discovery, lead identification, and preclinical research for cardiac bioelectronics.