Las arritmias son muy comunes y clínicamente muy relevantes; Sin embargo, el tratamiento actual sigue siendo en gran medida insuficiente, ya que la mayoría de las estrategias terapéuticas solo se centran en los síntomas en lugar de dirigirse a los mecanismos causales de las arritmias. Por lo tanto, se necesita urgentemente una mejor comprensión de los complejos mecanismos de la enfermedad para desarrollar tratamientos novedosos, innovadores y causales.
El objetivo de la colección actual de métodos JoVE es proporcionar un conjunto de protocolos imparciales y diversos que permitan investigar exhaustivamente varios aspectos de la arritmogénesis.
Una homeostasis del calcio alterada es uno de los sellos distintivos de la arritmogénesis, pero sigue siendo difícil de investigar ya que se deben considerar múltiples aspectos, cada uno de los cuales requiere técnicas específicas para estudiar 1,2. En esta colección de métodos, Tomsits et al. proporcionan un protocolo que permite el aislamiento de cardiomiocitos auriculares y ventriculares del mismo ratón y el estudio de la corriente de calcio tipo L y los transitorios de calcio simultáneamente3. Por lo tanto, este protocolo permite a los investigadores investigar las alteraciones del calcio de manera más global y reducir el número de animales al mismo tiempo, lo que representa una mejora científica y ética significativa.
Sin embargo, el parcheo de células aisladas sigue siendo un experimento complejo, laborioso y de bajo rendimiento4. Para abordar esto, Seibertz et al. proporcionan un protocolo que utiliza un colorante sensible al voltaje para medir los potenciales de acción en cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas por humanos5. Como la técnica no necesita una capacitación extensa (como se necesita para la fijación de parches) y se puede aplicar mediante el uso de una configuración experimental de costo relativamente bajo, este protocolo tiene amplias aplicaciones.
Además de los cardiomiocitos, otros tipos de células (por ejemplo, fibroblastos o macrófagos) también juegan un papel importante en la electrofisiología 6,7,8. Para investigar los efectos específicos del tipo de célula en el sistema de conducción, Xia et al. proporcionan una guía paso a paso para identificar el nodo sinusal (SAN) y el nodo auriculoventricular (AVN) en ratones 9,10 seguido de microdisección y clasificación de células activadas por fluorescencia (FACS) para aislar y estudiar macrófagos9 o mediante imágenes de inmunofluorescencia de montaje completo. Esto permite la identificación de diferentes tipos de células, la evaluación de la estructura tridimensional y el estudio de la expresión de proteínas específicas del tipo de célula dentro de la SAN/AVN10.
Además, se pueden realizar grabaciones de matrices de electrodos múltiples (MEA) en preparaciones de montaje completo como las presentadas por Kumar et al.11. Este método es una excelente adición a las técnicas utilizadas actualmente, ya que es relativamente rápido y simple y también proporciona una resolución espacial superior. Permite intervenciones farmacológicas y se puede aplicar fácilmente a otras regiones específicas del corazón (por ejemplo, el AVN).
El sistema nervioso autónomo juega un papel esencial en la electrofisiología12,13,14 y existen estrategias de tratamiento, como la simpatectomía 15,16,17,18 o la ablación de los ganglios cardíacos19. Sin embargo, la base mecanicista aún se desconoce en gran medida, especialmente porque las estructuras anatómicas del sistema nervioso autónomo no son fácilmente accesibles en ratones. En este número, Scherschel et al. proporcionan un protocolo que permite la identificación y disección de los ganglios estrellados en ratones para estudiar las expresiones génicas y proteicas en varios tipos de células20. Esto permitirá el estudio de aspectos novedosos de la remodelación autonómica.
Estudiar la electrofisiología a nivel celular es fundamental para estudiar los mecanismos fundamentales. Sin embargo, aún se necesitan estudios in vivo en modelos animales para validar los hallazgos celulares y confirmar la relevancia (pato)fisiológica de las estructuras diana identificadas21. Los ratones son los más utilizados, pero especialmente la generación de ratones transgénicos es compleja. En este número, Shimura et al. presentan un protocolo que utiliza la edición de genes CRISPR-Cas9 para estudiar específicamente las complejas funciones reguladoras de las proteínas truncadas y sus efectos in vivo. Para ello, generaron un modelo de ratón transgénico que alberga una mutación puntual en el gen GJA1 que codifica la conexina-43. Esto da como resultado una expresión regular de Cx43 de longitud completa pero una expresión reducida de un Cx4322 truncado.
Una de las principales limitaciones de los estudios in vivo es la necesidad de anestesiar a los animales durante los experimentos, lo que puede afectar a varios parámetros electrofisiológicos y, por lo tanto, puede no representar la situación «real»23,24. Los dispositivos telemétricos, por otro lado, permiten el estudio de ratones despiertos y en movimiento libre durante largos períodos de varias semanas a meses25,26. Rötzer et al. describen cómo implantar dispositivos telemétricos para registrar la frecuencia cardíaca y la presión arterial simultáneamente en ratones, lo que permite específicamente la investigación del sistema nervioso autónomo y la sensibilidad barorrefleja27.
Aunque los dispositivos de telemetría son herramientas muy poderosas, queda un desafío importante: cómo analizar estos grandes conjuntos de datos. Para abordar este problema, Tomsits et al. desarrollan un protocolo para analizar los registros telemétricos de ECG de forma semiautomáticaestandarizada 28. Siguiendo su protocolo, los investigadores pueden obtener parámetros fundamentales de ECG (p. ej., frecuencia cardíaca o intervalo PR) y detectar arritmias definidas individualmente (p. ej., pausas, bradicardia/taquicardia). Es importante destacar que también discuten los desafíos y las trampas de registrar y analizar ECG telemétricos, incluida alguna orientación para mejorar la calidad de la señal.
Los dispositivos médicos recientemente desarrollados, como las válvulas protésicas, se prueban exhaustivamente en modelos animales antes de su aplicación en pacientes humanos29. Sin embargo, los estudios en animales sanos pueden no traducirse perfectamente en pacientes humanos, especialmente aquellos que se han sometido a una cirugía previamente30,31. Para superar tales limitaciones, Grab et al. proporcionan un protocolo para la impresión 3D de modelos cardíacos individuales y específicos del paciente32. Sus modelos son elásticos y se asemejan a propiedades biomecánicas, así como a características hemodinámicas similares a las de los pacientes humanos; Estos modelos permiten la enseñanza de los médicos, la prueba de nuevos procedimientos o dispositivos de intervención y la planificación de estrategias de tratamiento individualizadas, especialmente en pacientes con anatomía compleja.
Los protocolos proporcionados en esta colección de métodos JoVE ayudarán a muchos investigadores a estudiar la electrofisiología y las arritmias. La principal fortaleza de esta colección es que proporciona mejoras e innovaciones para las tecnologías tradicionales, pero también demuestra enfoques novedosos para estudiar varios aspectos de la arritmogénesis. Esta colección ayudará a ampliar nuestra comprensión de estas enfermedades complejas y, en última instancia, a desarrollar terapias innovadoras para pacientes con arritmias.