Análisis de registros de electrocardiografía a largo plazo para detectar arritmias en ratones
23 de mayo de 2021
Aquí presentamos un protocolo paso a paso para un enfoque semiautomatizado para analizar datos murinos de electrocardiografía a largo plazo (ECG) para parámetros básicos de ECG y arritmias comunes. Los datos se obtienen mediante transmisores de telemetría implantables en ratones vivos y despiertos y se analizan utilizando Ponemah y sus módulos de análisis.
El análisis de grandes conjuntos de datos de ECG, especialmente cuando se detecta cualquier arritmia, es muy desafiante y requiere mucha mano de obra. Nuestro enfoque semiautomatizado permite una detección mucho más rápida y conveniente de arritmias en ratones. Este enfoque semiautomatizado conduce a resultados más precisos.
El procedimiento será demostrado por Aparna Chivukula, una estudiante de doctorado en mi laboratorio. Comience analizando los parámetros básicos del ECG. Haga clic en Configuración del asunto o Detalles del canal para seleccionar cualquiera de los parámetros derivados.
A medida que los ratones siguen un ritmo circadiano, analice dos ECG en reposo por día. Uno durante el día y otro durante la noche para controlar los efectos circadianos, seleccionando los horarios adecuados en función del ciclo de encendido o apagado de la luz en el animalario. Seleccione una sección del ECG con buena calidad de señal y una frecuencia cardíaca estable en el gráfico de tendencia de frecuencia cardíaca dentro de un marco de tiempo razonable definido alrededor de este punto de tiempo.
Confirme la precisión de las máscaras de validación o ajuste manualmente a 20 complejos QRS consecutivos y agregue las marcas de validación que faltan. Para más cálculos y visualizaciones, marque las líneas que contienen los valores de estos 20 complejos QRS consecutivos en la lista de parámetros derivados y cópiela en una hoja de cálculo o software de estadísticas. Abra información de datos haciendo clic en Experiment Data Insights y observe el panel de búsqueda en la parte superior.
A continuación, muestre el panel Resultados. Observe el número de resultados de búsqueda que se muestran como un histograma en la parte inferior del panel. Dado que la frecuencia cardíaca normal de un ratón es de 500 a 724 latidos por minuto, defina una regla de búsqueda, bradicardia, para detectar bradicardia.
Haga clic con el botón derecho en la lista de búsqueda y seleccione Crear nueva búsqueda para abrir el cuadro de diálogo de entrada de búsqueda. Haga clic con el botón derecho en el cuadro blanco y seleccione Agregar nueva cláusula. Usando los menús desplegables y los campos de texto, defina la regla de búsqueda, Bradycardia Single, como valor inferior a 500, y haga clic en Aceptar para agregar esta regla de búsqueda a la lista.
Aplique esta regla de búsqueda haciendo clic y arrastrándola al canal de interés de la izquierda. Como la bradicardia requiere más de un intervalo RR largo, defina una regla de búsqueda adicional bradicardia, para tener en cuenta esto. Haga clic en Aceptar para agregar esta regla de búsqueda a la lista.
Aplique esta regla de búsqueda haciendo clic y arrastrándola al canal de interés de la izquierda. Para confirmar la bradicardia y rechazar resultados falsos, revise cada resultado manualmente haciendo clic izquierdo en la forma de onda. Presione STRG más R para rechazar el resultado seleccionado, que luego desaparecerá de la lista.
Para definir una regla de búsqueda para detectar taquicardia, haga clic con el botón derecho en la lista de búsqueda y seleccione Crear nueva búsqueda para abrir el cuadro de diálogo de entrada de búsqueda. Luego haga clic derecho dentro del cuadro blanco y seleccione Agregar nueva cláusula. Usando los menús desplegables y los campos de texto, defina la regla de búsqueda, Taquicardia única, como valor mayor que 724, y haga clic en Aceptar para agregar esta regla de búsqueda a la lista.
Aplique esta regla de búsqueda haciendo clic y arrastrándola al canal de interés a la izquierda. Como la taquicardia requiere más de un intervalo RR corto, defina una regla de búsqueda adicional, Taquicardia, para tener en cuenta esto, y haga clic en Aceptar para agregar esta regla de búsqueda a la lista. Aplique esta regla de búsqueda haciendo clic y arrastrándola al canal de interés de la izquierda.
Para confirmar la taquicardia y rechazar resultados falsos, revise cada resultado manualmente haciendo clic izquierdo en la forma de onda y use el atajo STRG más R para rechazar el resultado seleccionado. Para detectar bloqueos sinoauriculares y auriculoventriculares, haga clic con el botón derecho en la lista de búsqueda y seleccione Crear nueva búsqueda para abrir el cuadro de diálogo de entrada de búsqueda. Luego haga clic derecho dentro del panel blanco y seleccione Agregar nueva cláusula.
Usando los menús desplegables y los campos de texto, defina la regla de búsqueda, Pausa, como valor mayor que 300, y haga clic en Aceptar para agregar esta regla de búsqueda a la lista, aplique esta regla de búsqueda haciendo clic y arrastrándola al canal de interés a la izquierda. Para confirmar una pausa, decida si la pausa es un bloqueo sinoauricular o atrio ventricular y rechace los resultados falsos. Revise cada resultado manualmente haciendo clic izquierdo en la forma de onda y presione STRG más R para rechazar el resultado seleccionado, que desaparecerá de la lista de resultados.
Este enfoque permitió la detección de períodos de frecuencia cardíaca reducida, aumento de la conducción auriculoventricular y ventricular, así como repolarización alterada en ratones tratados con un nuevo fármaco. Además, el protocolo se utilizó para determinar el curso temporal de la aparición de arritmias en forma de rastros representados a ritmo sinusal normal, pausa sinusal, tres grados de bloqueo auriculoventricular y fibrilación auricular. Las lecturas finales son múltiples y dependen del diseño del estudio y del tema de investigación.
En la fibrilación auricular, la carga total de enfermedad se ha establecido como un marcador pronóstico y podría calcularse a partir de los datos obtenidos con este protocolo.
Vea la transcripción completa y acceda a miles de videos científicos
Descripción general
Este artículo presenta un protocolo paso a paso semiautomatizado para analizar datos de telemetría de ECG a largo plazo en ratones con el fin de detectar arritmias. Mediante el uso del software Ponemah y sus módulos ECG Pro y Data Insights, este enfoque agiliza la identificación y validación de eventos arrítmicos, mejorando tanto la velocidad como la precisión en grandes conjuntos de datos generados a partir de ratones despiertos y en movimiento libre.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Electrofisiología cardíaca
- Modelos animales preclínicos
- Investigación de arritmias
Antecedentes
- Las arritmias son frecuentes y los tratamientos actuales a menudo tienen efectos secundarios significativos o eficacia limitada.
- El entendimiento de los mecanismos de las arritmias requiere modelos animales robustos; los ratones son ideales para estudios genéticos y mecanicistas.
- La telemetría implantable permite un monitoreo continuo y a largo plazo del ECG en ratones.
- El análisis manual de grandes conjuntos de datos de ECG es laborioso y complicado.
Objetivo del estudio
- Proporcionar un flujo de trabajo reproducible y semiautomatizado para la detección de arritmias en datos de telemetría de ECG en ratones.
- Mostrar el uso del software Ponemah para el análisis eficiente y preciso del ECG.
- Facilitar la identificación de eventos arrítmicos y mejorar la calidad de los datos en estudios preclínicos.
Métodos Utilizados
- Registro continuo de ECG en ratones libres de movimiento mediante dispositivos de telemetría implantables.
- Análisis automatizado de atributos en Ponemah para identificar parámetros del ECG (ondas P, Q, R, T e intervalos).
- Revisión y ajuste manuales de las anotaciones automatizadas para garantizar la precisión.
- Reglas de búsqueda personalizadas en Data Insights para detectar bradicardia, taquicardia y bloqueos de conducción.
- Validación manual de los eventos arrítmicos detectados para descartar falsos positivos.
Resultados Principales
- El protocolo semiautomatizado acelera significativamente la detección de arritmias en comparación con los métodos manuales.
- Detección precisa de bradicardia, taquicardia, bloqueos sinoauriculares y auriculoventriculares, y fibrilación auricular en ECG de ratón.
- El protocolo permite la evaluación de los efectos de fármacos sobre la frecuencia cardíaca, la conducción y la repolarización.
- Es factible el cálculo de la carga de arritmia, como la duración total de la fibrilación auricular, con este enfoque.
Conclusiones
- El flujo de trabajo descrito mejora la eficiencia y precisión en la detección de arritmias a partir de grandes conjuntos de datos de ECG en ratones.
- La combinación del análisis automatizado con la revisión manual garantiza la identificación confiable de eventos arrítmicos.
- Este protocolo apoya investigaciones preclínicas avanzadas sobre los mecanismos de arritmias y las intervenciones terapéuticas.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
El análisis de alto rendimiento y semiautomatizado de la telemetría ECG a largo plazo en ratones aborda un cuello de botella crítico en los estudios preclínicos de seguridad cardíaca y de mecanismos de arritmia. Este flujo de trabajo mejora la confianza predictiva en la validación de objetivos y apoya el avance de nuevos fármacos con ajuste de riesgos, al permitir una evaluación cuantitativa robusta de la electrofisiología cardíaca en modelos relevantes para la enfermedad. La integración de revisiones automatizadas y manuales garantiza la integridad y reproducibilidad de los datos a lo largo de las líneas de investigación básica y traslacional.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la investigación de los mecanismos de arritmia y la validación funcional de dianas en modelos de ratón genéticamente modificados.
- Apoya la reducción de riesgos biológicos mediante la cuantificación de fenotipos electrofisiológicos asociados a dianas candidatas.
- Facilita la confianza predictiva en la evaluación temprana de la seguridad cardíaca y en estudios mecanicistas.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Prepara conjuntos de datos cuantitativos de ECG validados para cribado de compuestos y evaluación farmacológica posterior.
- Normaliza los criterios de detección de arritmias y favorece la reproducibilidad mediante revisión automatizada y manual.
- Permite el cribado escalable y de alto rendimiento de los efectos de fármacos sobre la conducción y el ritmo cardíacos.
Investigación Traslacional y Preclínica
- Alinea métricas preclínicas de carga de arritmias con biomarcadores traslacionales para la progresión de la enfermedad y la eficacia terapéutica.
- Proporciona continuidad desde el descubrimiento mecanicista hasta la validación preclínica de riesgos cardíacos.
- Apoya decisiones ajustadas al riesgo para avanzar candidatos con perfiles de seguridad cardíaca favorables.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
Este flujo de trabajo semiautomatizado de análisis de ECG conecta el descubrimiento inicial, la identificación de compuestos activos y la evaluación preclínica de seguridad al permitir un fenotipado robusto y cuantitativo de arritmias cardíacas en modelos de ratón.
- Biología de Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis y la reducción de riesgos mecanicistas mediante la cuantificación de fenotipos de arritmia en ratones modificados genéticamente.
- Selección: Proporciona resultados electrocardiográficos cuantitativos y reproducibles para la evaluación de compuestos y la triage de seguridad.
- Análisis: Ofrece resultados estadísticos y métricas de carga de arritmia para comparar condiciones experimentales y efectos de fármacos.
- Investigación Translacional: Alinea los indicadores preclínicos de arritmia con biomarcadores clínicos para mejorar la continuidad traslacional.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma reutilizable y escalable para estudios de electrofisiología cardíaca en múltiples programas.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la validación de objetivos cardíacos.
- Valor operativo: Estandariza y acelera el análisis de datos de ECG, mejorando la reproducibilidad y escalabilidad.
- Valor estratégico: Permite tomar mejores decisiones de avance o interrupción y reduce el riesgo de seguridad cardíaca en fases tardías.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización y el avance ajustados al riesgo de candidatos con perfiles cardíacos favorables.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en la interpretación de ECG y fenotipado de arritmias en modelos animales pequeños.
- Necesita acceso a sistemas de telemetría implantables y software especializado de análisis (Ponemah, ECG Pro, Data Insights).
- Exige la estandarización entre equipos de las reglas de búsqueda y los protocolos de revisión manual para garantizar la reproducibilidad.
- Puede ser necesaria una adaptación para diferentes cepas de ratones o modelos de enfermedad para asegurar la calidad de los datos.
- La revisión manual sigue siendo esencial para descartar falsos positivos y mantener la integridad de los datos.
