Multiparametrische Optical Mapping der Langendorff-perfundierten Rabbit Heart

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die kardialen elektrophysiologischen Eigenschaften wie Leitung, Repolarisation, Arrhythmogenese und Kalziumverarbeitung mittels optischer Abbildungstechniken am langsam perfundierten Kaninchenherzen zu untersuchen. Dies wird erreicht, indem zunächst ein intaktes Kaninchenherz isoliert und retrograd über die Aorta perfundiert wird. Der nächste Schritt des Verfahrens besteht darin, die Oberfläche des Herzens freizulegen, die Kontraktionen des Herzens zu unterdrücken, indem die Erregungs-Kontraktions-Kopplung mit Coler BLEs Statin blockiert wird, und das Myokard anschließend korrekt mit spannungsabhängigen und kalziumempfindlichen fluoreszierenden Indikatoren anzufärben.

Anschließend werden mit dem panoramatischen optischen Abbildungssystem Aufnahmen optischer Aktionspotentiale von einem großen Teil des ventrikulären Epikards angefertigt. Die optischen Signale werden dann auf eine rekonstruierte 3D-Geometrie der epikardialen Herzoberfläche abgebildet. Während dieses Schritts können das optische Aktionspotential und der Kalziumtransient gleichzeitig mithilfe des nicht-panoramatischen Doppelbildgebungssystems aufgezeichnet werden.

Dieses Verfahren liefert quantitative Daten über das räumliche und zeitliche Myokard, Erregung und Repolarisation sowie kongruente Eigenschaften des Kalziummanagements, die sowohl während eines regelmäßigen Rhythmus als auch bei Vorhof- und Kammerarrhythmien analysiert werden können. Hallo, mein Name ist Dr. Iger Eov. Ich bin Professor für Biomedizinische Technik an der Washington University in St. Louis.

Die optische Technik, die wir heute vorstellen, ist eine einzigartige Methode mit einer Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Mikro- und Mikroelektrogrammen, da sie in der Lage ist, zehn- bis zehntausendfach Aktionspotentiale und Kalziumtransienten gleichzeitig aufzuzeichnen. Darüber hinaus ist diese Technik unempfindlich gegenüber Störungen durch elektrische Stimulation und Defibrillation, die Aktionspotentiale, die mittels Elektrogrammen aufgezeichnet werden, stark verfälschen. Außerdem können Kalziumtransienten ausschließlich mit dieser Technik erfasst werden.

Es gibt einfach keine Alternative. Diese Methode kann dabei helfen, die zentralen Fragen auf dem Gebiet der kardialen Elektrophysiologie zu beantworten, wie beispielsweise die Mechanismen der Induktion, Aufrechterhaltung und Beendigung lebensbedrohlicher atrialer und ventrikulärer Arrhythmien sowie die Funktionsmodellierung der Erregungsleitung und Erregungs-Kontraktions-Kopplung bei Erkrankungen wie angeborenen Herzfehlern, Stoffwechselerkrankungen und Herzinsuffizienz. Nach der Vorbereitung auf die Operation wird ein Kaninchen mit einem Cocktail aus Natriumpentobarbital und Heparin euthanasiert.

Sobald das Kaninchen nicht mehr auf einen Schmerzreflex reagiert, öffnen Sie den Brustkorb und entfernen Sie Herz und Lungen. Führen Sie einen Schnitt am oberen Ende der Aorta ascendens durch, bevor alle Äste des Aortenbogens, und schalten Sie die Pumpe ein, um den Fluss der Tyro-Lösung im nicht rezyklierenden LRF-Perfusionssystem zu starten. Befestigen Sie das Herz schnell an der Aortenkanüle mit 16 Gauge, die mit dem LOR-Perfusionssystem verbunden ist.

Spülen Sie die Luft aus der Aorta aus und verschließen Sie die Aortakanüle, sobald die Perfusion vollständig ist. Öffnen Sie unverzüglich das Perikard. Entfernen Sie anschließend das umgebende Lungentrachealfett sowie das Bindegewebe um das Herz herum.

Es ist sehr wichtig, eine Flüssigkeitsansammlung im linken Ventrikel zu verhindern, da dies eine Ischämie verursachen würde. Führen Sie daher ein Silikon-Drainageröhrchen durch eine Lungenvene und die Mitralklappe in den linken Ventrikel ein. Bringen Sie nun das Herz mit der Kanüle an das recirkulierende Langendorff-Perfusionssystem, das mit einem optischen Abbildungssystem ausgestattet ist.

Platzieren Sie das Herz in einer speziell angefertigten sechseckigen Kammer und verbinden Sie die Kanüle mit dem Perfusionssystem. Überwachen Sie den aortalen Druck mithilfe eines Druckwandlers und halten Sie diesen durch Anpassung der Flussrate der Perfusionspumpe bei etwa 60 ± 5 mmHg. Halten Sie den pH-Wert bei etwa 7,35 ± 0,05.

Schalten Sie das Raumlicht aus und injizieren Sie langsam die lichtempfindliche BLEs-Statin-Stammlösung über die Injektionsöffnung im Luftblasenfänger, der sich oberhalb der Kanüle befindet. Um eine Konzentration von 10 Mikromolar BLEs Statin zu erreichen, injizieren Sie langsam 0,1 Milliliter BLEs Statin. Warten Sie nach jeder Bolusinjektion, bis sich der Druck stabilisiert hat, bevor Sie die nächste Injektion vornehmen.

Platzieren Sie die Fotodioden-Arrays oder PDAs in drei gleichmäßig verteilten Winkeln um das Herz herum. Fokussieren Sie dann auf jedem PDA das Bild des Herzens auf der Mattscheibe der Bildebene. Passen Sie die Position der Kanüle in der hexagonalen Kammer und jedes PDA an, bis das Herz in das Sichtfeld aller drei PDAs passt.

Nehmen Sie dann ein Bild jedes fokussierten Bildes auf dem Mattglas auf. Injizieren Sie langsam 10 bis 20 Mikroliter der D vier Anep-Standardlösung über die Injektionsöffnung in der Luftblasenfalle in die Perfusionslösung. Warten Sie anschließend drei Minuten.

Als Nächstes platzieren Sie die Reizsonde vorsichtig an der gewünschten Stelle. Hier wird sie in der Mitte der vorderen Ansicht des Herzens platziert. Beginnen Sie gleichzeitig mit der optischen Ableitung von den PDAs.

Stellen Sie sicher, dass keine Bewegungsartefakte im optischen Signal vorhanden sind und dass das Signal-Rausch-Verhältnis für die nachfolgende Datenanalyse ausreichend ist. Schalten Sie nach Beendigung das Raumlicht ein und fertigen Sie eine fotografische Aufnahme des Herzens an, indem Sie von einer Kamera, die an der Position eines der PDAs platziert ist, jeweils ein Foto pro 10 Grad Drehung aufnehmen. Danach fahren Sie mit der Reinigung des Perfusionsystems fort.

Platzieren Sie das kanülierte Herz in eine radnaughty Glaswanne und verbinden Sie die Kanüle mit dem Perfusionsystem. Befestigen Sie das Herz durch Fixierung an der ventrikulären Spitze und den Vorhöfen am Silikonboden der Wanne. Um das Herz zu immobilisieren, schalten Sie das Raumlicht aus und injizieren Sie langsam BLEs Statin über die Injektionsöffnung, um die Bewegung der Lösungsoberfläche zu verringern.

Platzieren Sie eine Glasabdeckung über der epikardialen Oberfläche. Dieser Teil des Verfahrens wird normalerweise im Dunkeln durchgeführt, hier jedoch im Licht gezeigt. Um die Videobildqualität zu verbessern, bewegen Sie das duale Abbildungssystem über das Herz.

Richten Sie nun die beiden CMO-Kameras auf dasselbe Sichtfeld aus. Positionieren Sie anschließend die Lichtleiter für zwei Halogenlampen mit Anregungsfilter. Färben Sie das Herz, indem Sie 10 bis 20 Mikroliter des spannungsempfindlichen Farbstoffs RH 237 über die Injektionsöffnung hinzufügen.

Fügen Sie dann 200 µL Road 2:00 AM mit Onic F1 27 in einem 1:1-Gemisch über den Blasenfalle-Port hinzu. Warten Sie etwa 20 Minuten, um die DS-ifizierung von Road 2:00 AM abzuwarten, bevor die Abbildung beginnt. Führen Sie nun eine Testaufnahme durch.

Schalten Sie die Überleitungs-Pumpe aus, um Bewegungen an der Oberfläche der Lösung zu vermeiden. Schalten Sie die Halogenlampen ein und nehmen Sie eine optische Aufnahme von beiden Kameras auf. Schalten Sie dann das Anregungslicht aus.

Schalten Sie die Überströmungspumpe ein und überprüfen Sie die Qualität der optischen Signale. Falls das Signal schwach ist, färben Sie das Herz erneut mit zusätzlichem RH 237 und Road 2:00 AM nach. Wenn Bewegungsartefakte auftreten, geben Sie sofort zusätzliche BLE-Statin hinzu, um die Bewegung zu unterdrücken, und stellen Sie sicher, dass alles ordnungsgemäß ist. Fahren Sie mit dem geplanten Experiment fort und reinigen Sie anschließend das System.

Wenn abgeschlossen, wurde das panoramatische optische Abbildungssystem verwendet, um diese vordere Ansicht eines Lang-Endorf-perfunden Kaninchenherzens darzustellen. Zum Vergleich zeigt eine Rekonstruktion der Herzgeometrie dieselbe vordere Ansicht. Die hier dargestellte entfaltete epikardiale Oberfläche ist nach Phase farbkodiert.

Das Herz befand sich in einer Episode einer tachykarden Arrhythmie, die von fünf Stellen um den Rotor herum ausging. Optische Aktionspotentiale wurden dargestellt. Hier in Rot ist eine Aktivierungswellefront sichtbar, die während eines Zyklus einer stabilen Reentry-Arrhythmie fortschreitet.

Die Wellenfront dreht sich im Uhrzeigersinn um eine Phasensingularität an der vorderen Oberfläche des Herzens. Die Repolarisation ist in transparentem Blau dargestellt, um die Visualisierung der Wellenfronten auf der hinteren Oberfläche zu ermöglichen. Das Herz wurde mit dem Doppelmappingsystem analysiert, um die simultane Abbildung von Aktionspotentialen und Kalziumtransienten zu zeigen.

Eine vergrößerte Darstellung der Aufnahmen von einer Stelle zeigt Aktionspotentiale in Blau und Kalziumtransienten in Rot. Eine Reihe von Beispielkurven wird von einer Anordnung gleichmäßig verteilter Stellen gezeigt, wie durch die Punkte auf dieser Vorderansicht dargestellt. Diese Daten wurden mit einer optischen Auflösung von 200 Mikrometer mal 200 Mikrometer pro Pixel erfasst.

Die Implikationen der Therapie erweitern die Defibrillationstherapie bei atrialen und ventrikulären 10 K-Arrhythmien, da wir die Wirkung starker elektrischer Reize während der Elektrotherapie direkt visualisieren können. Keine alternative Methode ist dazu in der Lage. Mithilfe dieser Methode haben wir eine neuartige, schmerzfreie Defibrillationstherapie mit niedriger Spannung für Vorhofflimmern und ventrikuläre Tachykardie entwickelt und validiert.