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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Ici, nous présentons un protocole de cartographie optique de l'activité électrique de l'oreillette droite de la souris et en particulier le nœud sino-auriculaire, à une résolution spatiale et temporelle.
Les dysfonctionnements des ganglions sino-auriculaires (SAN) et les complications associées constituent des causes importantes de morbidité chez les patients atteints de maladies cardiaques. Le développement de nouvelles thérapies pharmacologiques pour guérir ces patients repose sur une compréhension approfondie de la physiologie normale et de la physiopathologie du SAN. Parmi les études de stimulation cardiaque, le SAN de souris est largement utilisé en raison de sa faisabilité pour des modifications de l’expression de différents gènes codant pour les canaux ioniques SAN ou les protéines de manipulation du calcium. De nouvelles preuves issues d’études électrophysiologiques et histologiques ont également prouvé la représentativité et la similitude de la structure et des fonctions du SAN de souris avec celles des mammifères plus grands, y compris la présence de voies de conduction spécialisées du SAN à l’oreillette et une hiérarchie complexe des stimulateurs cardiaques au sein du SAN. Récemment, la technique de cartographie optique a grandement facilité l’exploration et l’étude de l’origine de l’excitation et de la conduction à l’intérieur et à partir du SAN de souris, ce qui a permis d’élargir la compréhension du SAN et de bénéficier aux traitements cliniques des maladies associées au dysfonctionnement du SAN. Dans ce manuscrit, nous avons décrit en détail comment effectuer la cartographie optique du SAN de souris à partir du cœur intact perfusé par Langendorff et de la préparation auriculaire isolée. Ce protocole est un outil utile pour améliorer la compréhension de la physiologie et de la physiopathologie des SAN chez la souris.
Les nouvelles percées scientifiques qui conduisent à des bonds dans la compréhension de la physiologie humaine sont souvent précédées de progrès technologiques. La cartographie optique fluorescente, par exemple, permet d’étudier de multiples paramètres physiologiques dans les cellules et les tissus. 1,2 Il a considérablement amélioré notre compréhension de la façon dont la structure anatomique est associée aux fonctions et aux dysfonctionnements électrophysiologiques. Dans le cœur, le stimulateur cardiaque naturel et les systèmes de conduction tels que le nœud sino-auriculaire (SAN) et la jonction auriculo-ventriculaire sont constitués de myocytes ganglionnaires qui sont isolés par les myocytes auriculaires environnants. 3-5 Une telle organisation crée des structures tridimensionnelles complexes avec des propriétés électriques spécialisées. Il a été reconnu que le remodelage structurel et fonctionnel de ces structures de stimulateur cardiaque forme des hétérogénéités électrophysiologiques significatives. 6,7 Comprendre le mécanisme sous-jacent à la façon dont de telles hétérogénéités entraînent des dysfonctionnements du SAN et de l’arythmogenèse auriculaire bénéficiera considérablement au traitement clinique de ces maladies. Elle nécessite une technique pour visualiser la propagation des signaux électriques au niveau tissulaire, comme la cartographie optique.
Récemment, l’accumulation de preuves a prouvé l’avancement de la cartographie optique dans les études d’électrophysiologie et de pathologie auriculaires. 2 Cependant, les études nouvelles et rigoureuses dépendent de l’interprétation précise des données expérimentales, dont la validité et la stabilité dépendent de protocoles d’expérience minutieux. Les souris génétiquement modifiées sont largement utilisées pour la recherche en tant que modèles animaux de maladies humaines, notamment le syndrome des sinus malades, les anomalies des stimulateurs cardiaques et les arythmies auriculaires. 6,8-11 Ainsi, la combinaison de la cartographie optique fluorescente avec des modèles de souris transgéniques fournit un outil puissant pour étudier les anomalies électriques cardiaques associées à diverses pathologies. Dans cet article, nous présentons un protocole de cartographie optique à haute résolution du SAN et de l’oreillette de la souris. Plus précisément, nous discutons et comparons différentes approches de chargement de colorant, les effets du temps sur le blanchiment et la stabilité de la fréquence cardiaque pendant l’expérience.
Toutes les expériences ont été menées en conformité avec les National Institutes of Health Guide pour le soin et l'utilisation des animaux de laboratoire (NIH Pub. N ° 80-23). Toutes les méthodes et les protocoles utilisés dans ces études ont été approuvées par l'Université du Wisconsin Animal Care et utilisation Comité du Protocole suivant les directives sur les soins et l'utilisation des animaux de laboratoire publiées par le NIH (publication n ° 85-23, révisée en 1996). Tous les animaux utilisés dans cette étude ont reçu des soins humains en conformité avec le Guide pour le soin et l'utilisation des animaux de laboratoire.
1. Heart Enlèvement et Langendorff Perfusion
2. Cartographie optique du SAN du Langendorff perfusé Coeur entier
3. cartographie optique du SAN du Atrial Préparation isolé
4. Cartographie optique Set Up
NOTE:. Une description détaillée du système de cartographie optique est prévue ailleurs 12
5. Traitement des données
REMARQUE: Les données de cartographie optique est collectée et stockée sous forme d'une série de matrices d'intensité de fluorescence à différents moments. Chaque pixel represeNTS une mesure de l'intensité de fluorescence recueillie à partir d'un emplacement spécifique sur la préparation de tissu à un point de temps spécifique. la fluorescence d'arrière-plan est automatiquement retiré par pixel afin de permettre une meilleure visualisation des changements de fluorescence produites par les variations de tension de la membrane et vers le bas pour correspondre à des potentiels d'action (PA) mesurés par les systèmes de micro-électrodes. Les détails des différentes étapes du traitement des données d'imagerie optique, y compris la segmentation d' images, filtrage spatial, filtrage temporel, et la dérive retrait de la ligne de base, sont fournis dans la revue ciblée 15.
Cartographie optique du SAN Intact du Coeur de Langendorff perfusé
Un exemple typique d'une carte de contour d'activation de la RA reconstruit pour un rythme sinusal spontané est représenté sur la figure 3 pour un coeur de souris Langendorff perfusé. Le point d'activation précoce est situé dans la région intercaval près du SVC où le SAN est anatomiquement défini. 3,16 Deux RA cartes de contours d'activation acquis à 1,0 et 0,5 taux d'échantillonnage msec sont présentés dans la figure 3B.
Pour évaluer le fonctionnement SAN, nous avons mesuré le temps de récupération SAN (SANRT) 9 . Après ZRÉ stimulation pendant au moins 1 min à 10 à 12 Hz, la stimulation électrique a été arrêté et SANRT a été calculé comme l'intervalle de temps entre le dernier point d' accès saisi et AP premier spontanée (figure 3C). Le SANRT a été corrigée à la fréquence cardiaque (ie SANRT <sub> c) en calculant la différence entre la SANRT et la longueur du cycle de base. En outre, l'emplacement du premier stimulateur cardiaque après la stimulation a été identifié. Dans cet exemple, le SANRTc était d'environ 49 msec.
Activation Atria et SAN Isolated
L'activation de la préparation auriculaire isolée pendant le rythme sinusal spontané est représenté sur la figure 4A. Elle est née dans le anatomiquement défini SAN près du SVC avec un front d'onde de large qui se propagent anisotrope à travers le RA, avec deux directions de conduction préférentiels près des bords supérieurs et inférieurs SAN et bloc complet à la direction du septum (marqué dans les cartes d'activation de la figure 4A) . La carte d'activation acquis au 1er taux d'échantillonnage msec montre une vaste zone d'activation précoce. Une augmentation du taux d'échantillonnage de 0,5 ms et 0,3 msec nous permet d'identifier la zone précise de l'emplacement du premier stimulateur cardiaque. We observé un exemple typique, battu à battre la position monofocale stable du stimulateur leader qui correspond à la zone de pacemaker primaire précédemment caractérisé électrophysiologique par microélectrodes de verre 17 et cartographie optique 8-11,18,19 ainsi que par immunomarquage pour connexin45 et HCN4 . 6,16
Comme il est démontré précédemment, le potentiel d'action optique SAN consiste en un signal à deux phases qui comprend deux éléments distincts: la composante monte lentement SAN et la course ascendante augmentation rapide du myocarde auriculaire (composant auriculaire) (figure 4B) 20 En raison de la diffusion de la lumière. processus, PAO représente une activité électrique moyenne provenant de plusieurs couches de cellules à l'intérieur du tissu. La profondeur et la largeur de dispersion est régie par une constante de l'espace, qui est déterminée par les propriétés de diffusion et d'absorption de lumière et peut atteindre jusqu'à 1,5-2 mm. En raison de la Condu SANction retard, le SAN AP précède toujours l' activité auriculaire pendant l' activation physiologique (figure 4B). Pour calculer la transition du SAN à l'atrium (ie SAN temps de conduction, SANCT), nous avons utilisé soit le point de temps où le signal à double composante SAN atteint 50% de la composante amplitude SAN, ou le premier pic des deux-pic dérivée première senior (dF / dt). La SANCT de la zone d'activation premiers SAN à l'AR était d'environ 5 msec, semblable à celle mesurée par des microélectrodes en verre.
SAN Recovery Time
De même, le SANRT a été mesurée dans la préparation auriculaire isolée (figure 4D). Pour cela, les préparations auriculaires ont été stimulés à 12 Hz par une électrode de stimulation situé à l'angle de la RAA pendant au moins 1 min. 9 Pour cet exemple, le SANRTc était d' environ 34 msec, ce qui est comparable à celle mesurée dans le Langendorff perfusé coeur (figure 3C). En outre, l'emplacement du premier stimulateur cardiaque après la stimulation a été identifié.
Rythme cardiaque et Fluorescent Signal de stabilité au fil du temps
Si les procédures de chargement et de chirurgie colorants sont suivis de manière appropriée, il ne devrait pas y avoir de changement significatif dans les caractéristiques physiologiques de l'atrium. Sur la figure 5, nous présentons le rythme cardiaque mesuré avant et après la procédure d'isolement auriculaire et pendant la perfusion de 3 heures. Aucun changement significatif de la fréquence cardiaque ont été observés soit lors de l'isolement de l'atrium ou après charge de colorant.
Bien que la coloration artérielle peut nécessiter une plus grande quantité de colorant, la stabilité du signal fluorescent dans le tissu de la zone SAN semble être mieux en utilisant cette méthode de chargement. Dans la figure 6, nous présentons le signal d' intensité décroissance au fil du temps pour les colorations coronariennes et surface. en t il tissu SAN, IC 50 (qui indique la période où l' intensité du signal est décédé à 50%) est d' environ 107 min après coloration coronaire, presque deux fois plus longue que celle de la coloration de la surface.

Figure 1:. Isolement du Atrial Préparation souris (A) interventions chirurgicales effectuées pour isoler la souris préparation auriculaire. La vue postérieure du coeur est représentée. Toutes les coupes sont représentées par des lignes rouges en pointillés et étiquetés par des nombres dans l'ordre exécuté. Voir les détails dans le texte. (B) Le contour schématique de la souris isolé préparation auriculaire montrant les principales caractéristiques anatomiques, y compris la structure trabéculaire de gauche et droite appendices auriculaires ainsi que l'emplacement du nœud sino-auriculaire (SAN; marqué par un ovale gris). Toutes les abréviations sont expliquées dans la figure.tp_upload / 54773 / 54773fig1large.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2:. Signaux bruts et transformés enregistrés à 0,3, 0,5 et 1 msec / frame Raw signaux sont collectées à partir d' un seul pixel. Après 3 x 3 binning, les signaux sont filtrés en utilisant le passe-bas de l' algorithme Butterworth. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3: Whole-coeur cartographie optique du SAN (A) gauche, photo d'une préparation typique utilisée pour la cartographie du SAN du cœur intact.. Le carré bleu montre le champ optiquevue (6 mm par 6 mm). Droit, champ de vue optique capturé par la caméra et superposée avec des repères anatomiques. SVC et IVC: vena cava supérieure et inférieure; RAA: appendice auriculaire droit; RV et LV: ventricules droit et gauche; PVs: veines pulmonaires. Cartes (B) d'activation de contour couleur acquises avec 1,0 msec ( à gauche) et 0,5 msec ( à droite) de taux d'échantillonnage. Sur la droite de chaque carte, l'échelle de temps correspondant de couleur indiquant le temps d'activation auriculaire (à partir du point d'activation plus tôt en bleu, le dernier point indiqué en rouge d'activation) est affiché. Le site d'activation auriculaire plus tôt est marqué par un astérisque. (C) SAN temps de récupération (SANRT) mesurée dans la préparation entière cœur. Des exemples représentatifs des cartes de contours d'activation auriculaire reconstruit pour la dernière stimulation stimulus (S1) et pour le premier battement auriculaire post-stimulation (A1) sont indiqués pour les battements sélectionnés sur la trace senior représentant sur le dessus.Sites de l'activation auriculaire plus tôt sont marqués par un astérisque. BCL:. Longueur de base du cycle S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4: haute résolution cartographie optique de la souris Noeud sino-auriculaire (SAN) à partir de la surface endocardique du Isolated Atria (A) Photographie d'un SAN de préparation de la souris typique (6 mm x 6 mm) et ses cartes de contours d'activation correspondant. obtenue à 1,0 msec, 0,5 msec, et 0,3 taux d'échantillonnage msec. SAN et une zone de bloc voisin sont représentés par des flèches. échelles de temps de couleur indiquent le temps d'activation auriculaire. L'astérisque indique l'emplacement du stimulateur de premier plan. RAA: appendice auriculaire droit, SVC et INC: supérieure et la veine cave inférieure, RV: ventricule droit, AVJ: atrio-ventricul ar jonction, CT: crista terminalis, IAS: septum inter-auriculaire. (B) Mécanisme de doubles éléments de l'enregistrement OAP de la zone SAN de la souris. Voir les détails dans le texte. . (C) OAPs enregistrées à partir du centre de la zone SAN (bleu), le plus ancien site d'excitation auriculaire (vert) et le dernier site d'activation de RA (rouge) Insets: transition de nodal à la forme d' onde auriculaire avec un temps de conduction totale égale à 5 msec. Le comparer avec le retard de temps pour l'activation du RA totale égale à 11 ms. (D) SAN temps de récupération (SANRT) mesurée dans la préparation auriculaire isolée. Des exemples représentatifs des cartes de contours d'activation auriculaire reconstruit pour la dernière stimulation stimulus (S1) et pour le premier battement auriculaire post-stimulation (A1) sont présentés. Un site de l'activation auriculaire plus tôt est marqué par un astérisque. BCL - longueur de base du cycle.k "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5: rythme cardiaque mesuré avant et après la procédure d'isolement atriale (A) et pendant la perfusion de 3 heures (B). (A) la fréquence cardiaque battant spontanée est montré avant et après l' isolement auriculaire pour deux types de coloration auriculaire: coloration de la surface après l' isolement (aucune coloration coronaire avant) et la coloration coronaire avant l' isolement auriculaire. (B) Spontaneous cœur battant la stabilité du rythme au cours de la perfusion de 3 heures est indiquée pour les préparations non colorées auriculaires et pour colorant fluorescent et blebbistatin préparations auriculaires colorés. Les données sont présentées comme moyenne ± SEM. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 6:. Intensité du signal Decay au fil du temps Les intensités des signaux des deux méthodes de chargement (chargement coronaire indiquée en rouge, et le chargement de la surface indiquée en bleu) ont été mesurés et reportés dans le temps. Les intensités de signal ont été en moyenne d'une zone 7 de 7 pixels à quatre endroits typiques dans l'oreillette droite: trabéculum (Trab), noeud sinusal (SAN), appendices oreillette droite (RAA) et des sinus coronaire (CS). IC 50 valeurs ont ensuite été calculés et étiquetés dans toutes les courbes de décroissance. La décroissance de l'intensité du signal des deux méthodes de chargement était similaire dans TRAB et RAA. L'IC 50 de chargement artériel dans CS était d' environ 20 minutes de plus. Dans le SAN, cette valeur pour le chargement artérielle était près de deux fois plus grande par rapport à une charge de surface, ce qui indique que les méthodes de chargement artérielle ont abouti à une meilleure stabilité du colorant dans les tiss SANue au fil du temps. Les données sont présentées comme moyenne ± SEM. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Aucun conflit d’intérêts n’est déclaré.
Ici, nous présentons un protocole de cartographie optique de l'activité électrique de l'oreillette droite de la souris et en particulier le nœud sino-auriculaire, à une résolution spatiale et temporelle.
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