マウスにおけるプログラム電気刺激
May 26th, 2010
プログラム電気刺激は、心臓の伝導特性を決定する能力、および様々なペーシングプロトコルを使用して不整脈を誘発し、終了する可能性を提供します。経静脈カテーテルを使用して、心内電位図記録は、不整脈基質を同定するためにプログラムされた電気刺激のプロトコールに従って、マウスで入手できます。
麻酔をかけたマウスは、仰臥位で加熱ボードにテープで固定されます。右頸静脈を分離し、静脈の近位端を結びます。1.1 フレンチ OC アポーラ カテーテルを静脈に挿入し、カテーテルを右心房と右心室に進めます。
最後に、静脈の遠位端を結んでカテーテルの位置を固定し、出血を防ぎます。こんにちは、ベイラー医科大学の分子生理学および生物物理学部のZver博士の研究室のNaaliです。今日は、マウスで電気刺激をプログラムする手順をお見せします。
私たちの研究室では、この手順を使用して、マウスの誘導性不整脈を研究しています。それでは始めましょう。カニューレ挿入とカテーテル挿入の手術の前に、バリカンを使用して、麻酔をかけたマウスの毛皮を首のラインから胸の中央まで剃ります。
手術部位を10%ポビドンヨードで消毒します。マウスを仰臥位に置き、手足をECG電極にテープで貼り付けます。加熱ボードでは、体温が摂氏37度±1度に維持されるように、熱分析システムによって制御される加熱パッドに接続された直腸温度プローブを含むシステムをお勧めします。
マウスが完全に麻酔されていることを牽引ピンチで確認した後、鎖骨のレベルでコダル末端を使用して正中線の右側に半インチの切開を行います。皮下組織、唾液腺、リンパ組織を鈍的解剖により分離します。右頸静脈を視覚化するには、静脈の近位端を6つのOH縫合糸で結びます。
視覚化されたセグメントの遠位端の静脈の下に別の縫合糸を配置します。次に、表面心電図を記録するためのコンピュータベースのデータ収集を開始します。記録モードでカテーテルを外部刺激装置に接続します。
次に、マイクロハサミを使用して、近位縫合糸をそっと引っ張りながら、静脈の長手方向に小さな切開を行います。静脈をまっすぐに保つために、1.1 French Octo Pullerカテーテルを静脈を通って右心房と心室に進めます。適切なカテーテル位置は、右心室の頂点、右心室の基部、心房結節、および右心房のレベルで 4 つの心臓内電位図の波形を視覚化することによって確認され、最終的に遠位縫合糸を結び付けてカテーテルの位置を固定し、心房ペーシングのための出血を防ぎます。
アトリウム内にある電極ペアは記録モードから刺激モードに切り替わり、他の電極ペアは記録モードのままになります。マウスが心房性不整脈に対する脆弱性が高いかどうかを判断するために、右心房のプログラム電気刺激が行われます。まず、刺激捕捉の一貫性をテストするために、異なる基本サイクル長またはBCLで少なくとも52ミリ秒の電流パルスを適用することにより、心房ペーシングの閾値を決定します。
初期パルス列の BCL は、固有の BCL よりもわずかに低く、10 ミリ秒減少します。刺激の捕捉に必要な一般的な電流振幅は100〜200マイクロアンペアです。100 ミリ秒の BC で 15 秒の心房ペーシング トレインを適用した後、ペーシング トレインの最後の刺激と最初の自発的な洞拍の開始との間の間隔として定義される洞結節の回復時間 (SNRT) を測定します。
心房の有効不応期またはERPを決定するには、固定BCLSで一連の心房ペーシングトレインを適用し、1つは、2つの短い時期尚早刺激S 2です。S 1 から S 2 の間隔は、各ペーシング トレインで 70 ミリ秒から 20 ミリ秒に 2 ミリ秒ずつ徐々に減少し、各刺激プロトコルの間には少なくとも 30 秒の回復期間があります。A ERPは、S 2で伝播ビートを生成できなかったアトリアの最長のS 1からS 2への結合間隔として定義されます。
心房ペーシングトレインと時期尚早刺激の同様の適用を使用して、心房結節AVNERPの有効不応期を決定します。AV NERP は、心房に送達される時期尚早の刺激の後にヒス電位が続く最長の S 1 から S 2 の結合間隔として定義されますが、QRS コンプレックスは続きません。心房細動を含む心房性不整脈の誘発性は、一連の 2 秒間のバーストが適用されるバースト ペーシング プロトコルを使用してテストできます。
最初の 2 秒のバーストのサイクル長 (CL は 40 ミリ秒) で、連続する 2 秒のバーストの CL は前のバーストより 2 ミリ秒短く、最後の CL が 20 ミリ秒になります。すべてのペーシングプロトコルが終了すると、データ集録は停止します。末期EP研究の場合、結び目を緩めてカテーテルを解放します。
ここでは、マウスの代表的な表面心電図と心臓内電図を示します。この表面心電図は、毎分約540拍の周波数で規則的な洞調律を示します。これらの次の 4 つの心電図は、右心房のレベルでのバイポーラ心臓内心電図の記録を示しています。
心房心室結節、右心室の基部、および右心室の頂点。右心房のレベルで記録された電位図の心臓内A波は、表面のP波に対応します。CCGです。心室電位図のV波は、表面CCGのQRS波に対応します。
次に、代表的な表面CCGと心臓内電位図、および表面上で心房バーストペーシング後に心房細動を発症したマウスを示します。CCG、RR間隔は不規則で、明らかなP波はありません。一方、心房電図は、心房細動と一致する不規則な急速な心房信号を明らかにします。
心室電位図は、表面リードRR間隔と同様に遅い周波数を持っています。この手順を行うときは、マウスの電気刺激をプログラムする方法をお見せしましたが、広範な出血を避け、体温を36〜37度の正常範囲内に保つことを覚えておくことが重要です。また、Asof Florinへの曝露は、高濃度で2時間以上完全にさらされると、マウスの心臓と呼吸機能が抑制される可能性があるため、最小限に抑えるようにしてください。
したがって、すべてを2時間以内に複雑に開始することをお勧めします。というわけで、これだけです。ご覧いただきありがとうございます、そしてあなたの実験に頑張ってください。
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概要
この記事では、マウスにおけるプログラム電気刺激の手順を紹介し、心臓の伝導特性の評価と不整脈の誘発を可能にします。経静脈的カテーテルの使用により、不整脈原性基質を特定するための心内電気図記録が可能です。
主要な研究構成要素
科学分野
- 心臓電気生理学
- 不整脈研究
- マウスモデル
背景
- プログラム電気刺激は心臓の伝導を評価するために使用される技術です。
- 心臓不整脈のメカニズムを理解するのに役立ちます。
- 心内電気図記録は研究に貴重なデータを提供します。
- この方法は特にマウスモデルを使用した前臨床研究に有用です。
研究の目的
- マウスにおけるプログラム電気刺激の手順を示すこと。
- 電気図記録を通じて不整脈原性基質を特定すること。
- 心臓の伝導特性の理解を深めること。
使用した方法
- 麻酔をかけたマウスを温板の上に置きます。
- 右頸静脈にアクセスし、カテーテル挿入の準備を行います。
- 1.1フレンチOC非極性カテーテルを静脈に挿入し、心臓まで進めます。
- プログラム電気刺激プロトコルに従って電気図記録を取得します。
主な結果
- 右心房と右心室へのカテーテルの正確な配置。
- 電気図記録により心臓の伝導特性が明らかになります。
- ペーシングプロトコルを使用して不整脈を誘発および終結させることができます。
- この方法で不整脈原性基質の特定が可能です。
結論
- プログラム電気刺激はマウスの心臓機能を研究するための効果的な方法です。
- この技術は不整脈とその根底にあるメカニズムの理解を助けます。
- 将来の研究はこれらの知見に基づいて治療介入を探ることができます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Programmed electrical stimulation in genetically modified mice enables precise interrogation of cardiac conduction and arrhythmia mechanisms at the preclinical stage. This approach provides high-resolution, quantitative data on electrophysiological properties, supporting mechanistic de-risking and target validation for cardiac drug discovery portfolios. Its integration into early discovery workflows enhances predictive confidence for arrhythmia liability and therapeutic hypothesis testing.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional validation of molecular targets implicated in cardiac conduction and arrhythmias.
- Supports mechanistic de-risking by quantifying inducibility and recovery parameters in disease-relevant models.
- Facilitates portfolio triage by providing robust, reproducible electrophysiological endpoints.
Screening & Assay Development
- Establishes validated in vivo systems for downstream compound screening targeting cardiac electrophysiology.
- Delivers standardized, quantitative outputs such as sinus node recovery time and refractory periods.
- Enables reproducible assessment of arrhythmia susceptibility for compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical models with human arrhythmia phenotypes for translational biomarker development.
- Provides continuity from molecular discovery to in vivo validation of cardiac safety and efficacy.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by quantifying arrhythmogenic potential in vivo.
Pipeline & Workflow Integration
Programmed electrical stimulation in mice bridges early discovery and preclinical validation, informing lead identification and safety assessment for cardiac programs.
- Discovery Biology: Quantifies conduction and arrhythmia phenotypes to test therapeutic hypotheses and clarify mechanistic pathways.
- Screening: Provides reproducible, quantitative readouts for arrhythmia risk and conduction parameters.
- Analytics: Enables statistical comparison of pacing thresholds, refractory periods, and arrhythmia inducibility across genotypes or treatments.
- Translational Research: Aligns in vivo findings with clinical arrhythmia endpoints for biomarker and safety translation.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, standardized platform for cardiac electrophysiology studies across multiple programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cardiac target validation.
- Operational Value: Delivers standardized, scalable, and reproducible in vivo electrophysiology workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by de-risking cardiac liabilities early.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of cardiac assets and supports cross-program comparability.
Implementation Considerations
- Requires expertise in small animal surgery and cardiac electrophysiology.
- Needs specialized instrumentation for intracardiac pacing and electrogram acquisition.
- Demands rigorous cross-team standardization of protocols and data analysis.
- Adaptation may be needed for different mouse strains or genetic backgrounds.
- Procedural duration and anesthesia exposure must be carefully managed to avoid confounding effects.
