Analisi delle registrazioni elettrocardiografiche a lungo termine per rilevare le aritmie nei topi
23 maggio 2021
Qui presentiamo un protocollo passo-passo per un approccio semiautomatico per analizzare i dati dell'elettrocardiografia a lungo termine (ECG) murina per i parametri ECG di base e le aritmie comuni. I dati sono ottenuti da trasmettitori di telemetria impiantabili in topi vivi e svegli e analizzati utilizzando Ponemah e i suoi moduli di analisi.
L'analisi di grandi set di dati ECG, specialmente quando si esegue lo screening per qualsiasi aritmia, è molto impegnativa e laboriosa. Il nostro approccio semi-automatizzato consente uno screening molto più rapido e conveniente per le aritmie nei topi. Questo approccio semi-automatizzato porta a risultati più accurati.
La procedura sarà dimostrata da Aparna Chivukula, uno studente di dottorato nel mio laboratorio. Inizia analizzando i parametri ECG di base. Fare clic su Impostazione soggetto o Dettagli canale per selezionare uno qualsiasi dei parametri derivati.
Mentre i topi seguono un ritmo circadiano, analizza due ECG a riposo al giorno. Uno di giorno e uno di notte per controllare gli effetti circadiani, selezionando gli orari adatti a seconda del ciclo di accensione o spegnimento della luce nella struttura per animali. Selezionare una sezione dell'ECG con una buona qualità del segnale e una frequenza cardiaca stabile nel grafico dell'andamento della frequenza cardiaca entro un intervallo di tempo ragionevole definito intorno a questo punto temporale.
Conferma l'accuratezza delle maschere di convalida o regola manualmente 20 complessi QRS consecutivi e aggiungi i segni di convalida mancanti. Per ulteriori calcoli e visualizzazioni, contrassegnare le linee contenenti i valori di questi 20 complessi QRS consecutivi nell'elenco dei parametri derivati e copiarle su un foglio di calcolo o un software di statistica. Apri le informazioni dettagliate sui dati facendo clic su Experiment Data Insights e osserva il pannello di ricerca in alto.
Quindi visualizzate il pannello Risultati. Osservare il numero di risultati di ricerca visualizzati come istogramma nella parte inferiore del pannello. Dato che la frequenza cardiaca normale di un topo è compresa tra 500 e 724 battiti al minuto, definire una regola di ricerca, Bradicardia, per rilevare la bradicardia.
Fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno dell'elenco di ricerca e selezionare Crea nuova ricerca per aprire la finestra di dialogo della voce di ricerca. Fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno della casella bianca e selezionare Aggiungi nuova clausola. Utilizzando i menu a discesa e i campi di testo, definire la regola di ricerca, Bradycardia Single, come valore inferiore a 500, e fare clic su OK per aggiungere questa regola di ricerca all'elenco.
Applica questa regola di ricerca facendo clic e trascinandola sul canale di interesse a sinistra. Poiché la bradicardia richiede più di un intervallo RR lungo, definire una regola di ricerca aggiuntiva Bradicardia, per tenere conto di questo. Fare clic su OK per aggiungere questa regola di ricerca all'elenco.
Applica questa regola di ricerca facendo clic e trascinandola sul canale di interesse a sinistra. Per confermare la bradicardia e rifiutare risultati falsi, rivedere manualmente ogni risultato facendo clic con il pulsante sinistro del mouse sulla forma d'onda. Premere STRG più R per rifiutare il risultato selezionato, che scomparirà dall'elenco.
Per definire una regola di ricerca per rilevare la tachicardia, fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno dell'elenco di ricerca e selezionare Crea nuova ricerca per aprire la finestra di dialogo della voce di ricerca. Quindi fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno della casella bianca e selezionare Aggiungi nuova clausola. Utilizzando i menu a discesa e i campi di testo, definire la regola di ricerca, Tachicardia Singola, come valore maggiore di 724, e fare clic su OK per aggiungere questa regola di ricerca all'elenco.
Applica questa regola di ricerca facendo clic e trascinandola sul canale di interesse a sinistra. Poiché la tachicardia richiede più di un breve intervallo RR, definire una regola di ricerca aggiuntiva, Tachicardia, per tenere conto di questo, e fare clic su OK per aggiungere questa regola di ricerca all'elenco. Applica questa regola di ricerca facendo clic e trascinandola sul canale di interesse a sinistra.
Per confermare la tachicardia e rifiutare risultati falsi, rivedere manualmente ogni risultato facendo clic con il pulsante sinistro del mouse sulla forma d'onda e utilizzare la scorciatoia STRG più R per rifiutare il risultato selezionato. Per rilevare i blocchi senoatriale e atrioventricolare, fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno dell'elenco di ricerca e selezionare Crea nuova ricerca per aprire la finestra di dialogo della voce di ricerca. Quindi fare clic con il pulsante destro del mouse all'interno del pannello bianco e selezionare Aggiungi nuova clausola.
Utilizzando i menu a discesa e i campi di testo, definire la regola di ricerca, Pausa, come valore maggiore di 300 e fare clic su OK per aggiungere questa regola di ricerca all'elenco applicare questa regola di ricerca facendo clic e trascinandola sul canale di interesse a sinistra. Per confermare una pausa, decidere se la pausa è un blocco senoatriale o atrio ventricolare e rifiutare risultati falsi. Esamina manualmente ogni risultato facendo clic con il pulsante sinistro del mouse sulla forma d'onda e premi STRG più R per rifiutare il risultato selezionato, che scomparirà dall'elenco dei risultati.
Questo approccio ha permesso di rilevare periodi di riduzione della frequenza cardiaca, aumento della conduzione atrioventricolare e ventricolare, nonché alterata ripolarizzazione nei topi trattati con un nuovo farmaco. Inoltre, il protocollo è stato utilizzato per determinare il decorso temporale dell'insorgenza dell'aritmia sotto forma di tracce rappresentate al normale ritmo sinusale, pausa sinusale, tre gradi di blocco atrioventricolare e fibrillazione atriale. Le letture finali sono molteplici e dipendono dal disegno dello studio e dall'argomento di ricerca.
Nella fibrillazione atriale, il carico totale della malattia è stato stabilito come marcatore prognostico e potrebbe essere calcolato dai dati ottenuti con questo protocollo.
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Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo semi-automatico, passo dopo passo, per l'analisi di dati di telemetria ECG a lungo termine nei topi al fine di rilevare aritmie. Utilizzando il software Ponemah e i suoi moduli ECG Pro e Data Insights, questo approccio semplifica l'identificazione e la validazione degli eventi aritmici, migliorando sia la velocità che l'accuratezza nell'analisi di grandi set di dati ottenuti da topi liberi di muoversi e svegli.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Elettrofisiologia cardiaca
- Modelli animali preclinici
- Ricerca sulle aritmie
Sfondo
- Le aritmie sono diffuse e i trattamenti attuali spesso presentano effetti collaterali significativi o un'efficacia limitata.
- La comprensione dei meccanismi alla base delle aritmie richiede modelli animali robusti; i topi sono ideali per studi genetici e meccanicistici.
- La telemetria impiantabile consente un monitoraggio continuo e a lungo termine dell'ECG nei topi.
- L'analisi manuale di grandi dataset di ECG è un processo laborioso e complesso.
Scopo dello studio
- Fornire un flusso di lavoro riproducibile e semi-automatico per il rilevamento di aritmie nei dati di telemetria ECG del topo.
- Illustrare l'utilizzo del software Ponemah per un'analisi ECG efficiente e accurata.
- Facilitare l'identificazione di eventi aritmici e migliorare la qualità dei dati negli studi preclinici.
Metodi Utilizzati
- Registrazione continua dell'ECG in topi liberi di muoversi mediante dispositivi telemetrici impiantabili.
- Analisi automatica degli attributi in Ponemah per identificare i parametri dell'ECG (onde P, Q, R, T e intervalli).
- Revisione e correzione manuale delle annotazioni automatiche per garantire accuratezza.
- Regole di ricerca personalizzate in Data Insights per rilevare bradicardia, tachicardia e blocchi di conduzione.
- Convalida manuale degli eventi aritmici rilevati per escludere i falsi positivi.
Risultati principali
- Il protocollo semi-automatico accelera in modo significativo la selezione delle aritmie rispetto ai metodi manuali.
- Rilevamento accurato di bradicardia, tachicardia, blocchi seno-atriali e atrioventricolari, e fibrillazione atriale negli ECG di topo.
- Il protocollo consente la valutazione degli effetti dei farmaci sulla frequenza cardiaca, sulla conduzione e sulla ripolarizzazione.
- Il calcolo del carico aritmico, come la durata totale della fibrillazione atriale, è possibile con questo approccio.
Conclusioni
- Il flusso di lavoro descritto migliora l'efficienza e l'accuratezza nel rilevamento delle aritmie a partire da grandi dataset di ECG nei topi.
- La combinazione di analisi automatizzata e revisione manuale garantisce un'identificazione affidabile degli eventi aritmici.
- Questo protocollo supporta ricerche precliniche avanzate sui meccanismi delle aritmie e sugli interventi terapeutici.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
L'analisi ad alto rendimento, semi-automatica, della telemetria ECG a lungo termine nei topi affronta un collo di bottiglia critico negli studi preclinici sulla sicurezza cardiaca e sui meccanismi di aritmia. Questo flusso di lavoro aumenta la fiducia predittiva nella validazione degli obiettivi e supporta l'avanzamento mirato al rischio di nuove terapie, consentendo una valutazione robusta e quantitativa dell'elettrofisiologia cardiaca in modelli pertinenti alla malattia. L'integrazione di revisioni automatiche e manuali garantisce l'integrità e la riproducibilità dei dati attraverso i percorsi di ricerca scoperta e traslazionale.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Permette l'analisi dei meccanismi aritmici e la validazione funzionale di bersagli in modelli murini geneticamente modificati.
- Supporta la riduzione del rischio biologico quantificando i fenotipi elettrofisiologici associati a potenziali bersagli.
- Facilita la valutazione predittiva nelle fasi iniziali della sicurezza cardiaca e negli studi meccanicistici.
Sviluppo di screening e saggi
- Prepara set di dati ECG quantitativi e validati per lo screening di composti e la valutazione farmacologica successiva.
- Standardizza i criteri di rilevamento delle aritmie e favorisce la riproducibilità mediante revisione automatizzata e manuale.
- Consente lo screening scalabile ad alto rendimento degli effetti dei farmaci sulla conduzione cardiaca e sul ritmo.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea le metriche precliniche del carico aritmico con biomarcatori traslazionali per la progressione della malattia e l'efficacia terapeutica.
- Fornisce continuità dalla scoperta dei meccanismi alla validazione preclinica delle tossicità cardiache.
- Supporta decisioni basate sul rischio per lo sviluppo di candidati con profili di sicurezza cardiaca favorevoli.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo flusso di lavoro semi-automatico di analisi dell'ECG collega la fase iniziale della scoperta, l'identificazione dei composti promettenti e la valutazione preclinica della sicurezza, consentendo una fenotipizzazione robusta e quantitativa delle aritmie cardiache nei modelli murini.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e la riduzione del rischio meccanicistico quantificando i fenotipi di aritmia in topi geneticamente modificati.
- Screening: Fornisce output ECG quantitativi e riproducibili per la valutazione dei composti e il triage di sicurezza.
- Analisi: Offre output statistici e metriche del carico di aritmia per confrontare condizioni sperimentali ed effetti dei farmaci.
- Ricerca traslazionale: Allinea gli endpoint preclinici delle aritmie con biomarcatori clinici per migliorare la continuità traslazionale.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma riutilizzabile e scalabile per studi di elettrofisiologia cardiaca in diversi programmi.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella validazione degli obiettivi cardiaci.
- Valore operativo: Standardizza e accelera l'analisi dei dati ECG, migliorando la riproducibilità e la scalabilità.
- Valore strategico: Consente decisioni più accurate sul proseguimento o meno dello sviluppo e riduce il rischio di sicurezza cardiaca nelle fasi avanzate.
- Impatto sul portafoglio: Favorisce la priorizzazione e la progressione di candidati con profili cardiaci favorevoli, adeguata al rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nell'interpretazione dell'ECG e nel fenotipaggio delle aritmie in modelli animali di piccola taglia.
- Necessita dell'accesso a sistemi di telemetria impiantabili e a software di analisi specializzati (Ponemah, ECG Pro, Data Insights).
- Richiede una standardizzazione intersettoriale delle regole di ricerca e dei protocolli di revisione manuale per garantire la riproducibilità.
- Potrebbe essere necessaria un'adattamento per diverse linee di topi o modelli di malattia al fine di assicurare la qualità dei dati.
- La revisione manuale rimane essenziale per scartare i falsi positivi e mantenere l'integrità dei dati.
