הפרעות קצב נפוצות מאוד ורלוונטיות מאוד מבחינה קלינית; עם זאת, הטיפול הנוכחי נותר ברובו לא מספיק מכיוון שרוב האסטרטגיות הטיפוליות מתמקדות רק בסימפטומים ולא מכוונות למנגנונים הסיבתיים של הפרעות קצב. לפיכך, יש צורך דחוף בהבנה טובה יותר של מנגנוני המחלה המורכבים כדי לפתח טיפולים חדשניים, חדשניים וסיבתיים.
מטרת אוסף השיטות הנוכחי של JoVE היא לספק מערך פרוטוקולים בלתי משוחד ומגוון המאפשר לחקור באופן מקיף היבטים שונים של הפרעות קצב.
הומאוסטזיס סידן שונה הוא אחד מסימני ההיכר של הפרעות קצב אך נותר מאתגר לחקירה מכיוון שיש לקחת בחשבון היבטים מרובים, שכל אחד מהם דורש טכניקות ספציפיות למחקר 1,2. באוסף שיטות זה, Tomsits et al. מספקים פרוטוקול המאפשר בידוד של קרדיומיוציטים פרוזדוריים וחדריים מאותו עכבר ומחקר של זרם הסידן מסוג L ומעברי הסידן בו זמנית3. לפיכך, פרוטוקול זה מאפשר לחוקרים לחקור הפרעות סידן באופן גלובלי יותר ולהפחית את מספר בעלי החיים בו זמנית, מה שמייצג שיפור מדעי ואתי משמעותי.
עם זאת, תיקון תאים מבודדים נותר ניסויים מורכבים, עתירי עבודה ותפוקה נמוכה4. כדי לטפל בכך, Seibertz et al. מספקים פרוטוקול המשתמש בצבע רגיש למתח כדי למדוד פוטנציאל פעולה בקרדיומיוציטים שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם5. מכיוון שהטכניקה אינה זקוקה להכשרה נרחבת (כנדרש להידוק טלאי) וניתן ליישם אותה באמצעות מערך ניסיוני בעלות נמוכה יחסית, לפרוטוקול זה יש יישומים רחבים.
מלבד קרדיומיוציטים, סוגי תאים אחרים (למשל, פיברובלסטים או מקרופאגים) ממלאים גם הם תפקיד חשוב באלקטרופיזיולוגיה 6,7,8. כדי לחקור השפעות ספציפיות לסוג התא במערכת ההולכה, Xia et al. מספקים מדריך שלב אחר שלב לזיהוי צומת הסינוס (SAN) והצומת העליון-חדרי (AVN) בעכברים 9,10 ואחריו מיקרודיסקציה ומיון תאים מופעלים פלואורסצנטיים (FACS) לבידוד ומחקר מקרופאגים9 או על ידי הדמיה אימונופלואורסצנטית שלמה. זה מאפשר זיהוי של סוגי תאים שונים, הערכת המבנה התלת מימדי וחקר ביטוי חלבון ספציפי לסוג התא בתוך ה-SAN/AVN10.
יתר על כן, ניתן לבצע הקלטות מערך מרובה אלקטרודות (MEA) על תכשירים בהרכבה שלמה כפי שהוצגו על ידי Kumar et al.11. שיטה זו היא תוספת מצוינת לטכניקות המשמשות כיום מכיוון שהיא מהירה ופשוטה יחסית ומספקת גם רזולוציה מרחבית מעולה. הוא מאפשר התערבויות תרופתיות וניתן ליישם אותו בקלות על אזורים ספציפיים אחרים בלב (למשל, ה-AVN).
מערכת העצבים האוטונומית ממלאת תפקיד חיוני באלקטרופיזיולוגיה 12,13,14 וקיימות אסטרטגיות טיפול, כגון כריתת סימפתקטומיה 15,16,17,18 או אבלציה של גרעיני לב19. עם זאת, הבסיס המכניסטי עדיין לא ידוע ברובו, במיוחד מכיוון שמבנים אנטומיים של מערכת העצבים האוטונומית אינם נגישים בקלות בעכברים. בגיליון זה, שרשל ועמיתיו מספקים פרוטוקול המאפשר זיהוי ונתיחה של גרעיני הכוכבים בעכברים כדי לחקור ביטויי גנים וחלבונים בסוגי תאים שונים20. זה יאפשר ללמוד היבטים חדשים של שיפוץ אוטונומי.
לימוד אלקטרופיזיולוגיה ברמה התאית הוא קריטי לחקר המנגנונים הבסיסיים. עם זאת, עדיין יש צורך במחקרי in vivo במודלים של בעלי חיים כדי לאמת ממצאים תאיים ולאשר רלוונטיות פיזיולוגית (פתו-) של מבני מטרה מזוהים21. עכברים נמצאים בשימוש נרחב ביותר, אך במיוחד דור העכברים הטרנסגניים הוא מורכב. בגיליון זה, Shimura et al. מציגים פרוטוקול המשתמש בעריכת גנים CRISPR-Cas9 כדי לחקור באופן ספציפי את התפקידים הרגולטוריים המורכבים של חלבונים קטומים והשפעותיהם in vivo. לשם כך, הם יצרו מודל עכבר טרנסגני המכיל מוטציה נקודתית אחת בגן GJA1 המקודד קונקסין-43. התוצאה היא ביטוי רגולרי של Cx43 באורך מלא אך ביטוי מופחת של Cx4322 קטום.
אחת המגבלות העיקריות של מחקרי in vivo היא הצורך בהרדמת בעלי חיים במהלך ניסויים, מה שעשוי להשפיע על פרמטרים אלקטרופיזיולוגיים שונים ולכן עשוי שלא לייצג את המצב ה'אמיתי'23,24. מכשירים טלמטריים, לעומת זאת, מאפשרים לחקור עכברים ערים ונעים בחופשיות לאורך תקופות ארוכות של מספר שבועות עד חודשים25,26. Rötzer ואחרים מתארים כיצד להשתיל מכשירים טלמטריים כדי לתעד את קצב הלב ולחץ הדם בו זמנית בעכברים, מה שמאפשר באופן ספציפי לחקור את מערכת העצבים האוטונומית ואת רגישות הברורפלקס27.
למרות שמכשירי טלמטריה הם כלים חזקים מאוד, נותר אתגר גדול: כיצד לנתח את מערכי הנתונים הגדולים הללו. כדי לטפל בבעיה זו, Tomsits et al. מפתחים פרוטוקול לניתוח הקלטות א.ק.ג טלמטריות באופן סטנדרטי למחצה אוטומטי28. בעקבות הפרוטוקול שלהם, החוקרים יכולים לקבל פרמטרים בסיסיים של א.ק.ג (למשל, דופק או מרווח PR) ולבדוק הפרעות קצב מוגדרות בנפרד (למשל, הפסקות, בריידי-/טכיקרדיה). חשוב לציין, הם גם דנים באתגרים ובמלכודות של הקלטה וניתוח של אק"ג טלמטרי, כולל כמה הנחיות לשיפור איכות האות.
מכשירים רפואיים שפותחו לאחרונה, כגון שסתומים תותבים, נבדקים ביסודיות במודלים של בעלי חיים לפני יישומם בחולים אנושיים29. עם זאת, מחקרים בבעלי חיים בריאים עשויים שלא להיות מתורגמים בצורה מושלמת לחולים אנושיים, במיוחד אלה שעברו ניתוח בעבר30,31. כדי להתגבר על מגבלות כאלה, Grab et al. מספקים פרוטוקול להדפסת תלת מימד של דגמי לב בודדים ספציפיים למטופל32. המודלים שלהם אלסטיים ודומים לתכונות ביומכניות כמו גם למאפיינים המודינמיים הדומים לחולים אנושיים; מודלים אלה מאפשרים ללמד רופאים, לבדוק פרוצדורות או מכשירים התערבותיים חדשים ולתכנן אסטרטגיות טיפול אישיות, במיוחד בחולים עם אנטומיה מורכבת.
הפרוטוקולים המסופקים באוסף שיטות JoVE זה יתמכו בחוקרים רבים בחקר אלקטרופיזיולוגיה והפרעות קצב. החוזק העיקרי של אוסף זה הוא שהוא מספק שיפורים וחידושים לטכנולוגיות מסורתיות אך גם מדגים גישות חדשות לחקר היבטים שונים של הפרעות קצב. אוסף זה יעזור להרחיב את הבנתנו את המחלות המורכבות הללו ובסופו של דבר לפתח טיפולים חדשניים לחולים עם הפרעות קצב.