Gestion avancée du rythme cardiaque par application d’une photostimulation optogénétique multisite dans les cœurs murins

Laura Diaz-Maue; Janna Steinebach; Michael Schwaerzle; Stefan Luther; Patrick Ruther; Claudia Richter

doi:10.3791/62335

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Article de méthode

Gestion avancée du rythme cardiaque par application d’une photostimulation optogénétique multisite dans les cœurs murins

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DOI :

10.3791/62335

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26 août 2021

Laura Diaz-Maue^*¹^,² , Janna Steinebach^*¹ , Michael Schwaerzle⁸^,⁹ , Stefan Luther¹^,³^,⁴^,⁶ , Patrick Ruther⁸^,⁹ , Claudia Richter¹^,⁵^,⁶^,⁷

¹Research Group Biomedical Physics, Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization, ²Research Electronics Department, Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization, ³Department of Pharmacology and Toxicology, University Medical Center Goettingen, ⁴Institute for Nonlinear Dynamics, Georg-August-University Goettingen, ⁵Department of Cardiology and Pneumology, University Medical Center Goettingen, ⁶German Center for Cardiovascular Research, DZHK e.V., partner site Goettingen, ⁷Laboratory Animal Science Unit, German Primate Center Leibniz Institute for Primate Research, ⁸Department of Microsystems Engineering (IMTEK), University of Freiburg, ⁹Cluster of Excellence BrainLinks-BrainTools, University of Freiburg

^* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

Ce travail rapporte une méthode pour contrôler le rythme cardiaque de cœurs murins intacts de souris transgéniques channelrhodopsin-2 (ChR2) en utilisant la photostimulation locale avec un réseau micro-LED et la cartographie optique simultanée du potentiel de membrane épicardique.

Résumé

Les tachyarythmies ventriculaires sont une cause majeure de mortalité et de morbidité dans le monde. La défibrillation électrique utilisant des chocs électriques à haute énergie est actuellement le seul traitement de la fibrillation ventriculaire potentiellement mortelle. Cependant, la défibrillation peut avoir des effets secondaires, y compris une douleur intolérable, des lésions tissulaires et une aggravation du pronostic, indiquant un besoin médical important pour le développement de stratégies de gestion du rythme cardiaque plus douces. Outre les approches électriques réductrices d’énergie, l’optogénétique cardiaque a été introduite comme un outil puissant pour influencer l’activité cardiaque en utilisant des canaux ioniques membranaires sensibles à la lumière et des impulsions lumineuses. Dans la présente étude, une méthode robuste et valide pour une photostimulation réussie de cœurs murins intacts perfusés de Langendorff sera décrite sur la base d’une stimulation multisite appliquant un réseau 3 x 3 de microdiodes électroluminescentes (micro-LED). La cartographie optique simultanée des ondes de tension de la membrane épicardique permet d’étudier les effets de la stimulation spécifique à la région et d’évaluer l’activité cardiaque nouvellement induite directement sur place. Les résultats obtenus montrent que l’efficacité de la défibrillation dépend fortement des paramètres choisis pour la photostimulation lors d’une arythmie cardiaque. Il sera démontré que la zone éclairée du cœur joue un rôle crucial pour le succès de l’arrêt ainsi que la façon dont le contrôle ciblé de l’activité cardiaque pendant l’éclairage pour modifier les schémas d’arythmie peut être atteint. En résumé, cette technique offre la possibilité d’optimiser la manipulation du mécanisme sur site sur la voie du contrôle en retour en temps réel du rythme cardiaque et, en ce qui concerne la spécificité de la région, de nouvelles approches pour réduire les dommages potentiels au système cardiaque par rapport à l’utilisation d’applications de choc électrique non spécifiques.

Introduction

Les premières recherches sur la dynamique spatio-temporelle au cours de l’arythmie ont révélé que les schémas électriques complexes au cours de la fibrillation cardiaque sont entraînés par des ondes d’excitation rotatives de type vortex¹. Cette découverte a donné de nouvelles informations sur les mécanismes sous-jacents des arythmies, ce qui a ensuite conduit au développement de nouvelles thérapies de terminaison électrique basées sur l’excitation multi-sites du myocarde ^2,3,4. Cependant, les traitements utilisant la stimulation de champ électrique son....