쥐 심장에 광유전학적 다중 부위 광자극을 적용하여 고급 심장 리듬 관리

물리적으로 가장 근본적인 심장 세동 및 제세동은 완전히 이해되지 않았습니다. 광유전학은 잘 통제된 환경에서 심장 현상에 대한 더 많은 통찰력을 얻을 수 있는 방법을 제공할 수 있습니다. 마이크로 LED를 사용한 국소 광 자극은 특정 심장 조직 영역의 혁신을 허용합니다.

이 표적 자극은 심장 부드러운 안티 산술 요법 방법을 개발하는 새로운 도구입니다. 표시된 프로토콜은 심장 부정맥 및 특히 종료 중 심장 행동을 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 전향적으로, 개발된 기술은 임상적으로 더 관련성이 높은 대형 동물 모델을 연구하는데 사용될 수 있다.

모든 실험 전에 완전히 탈광된 물로 모든 튜브를 청소하십시오. 실온에서 30 분 동안 carbogen으로 갑상선 용액을 폭기하고 수산화 나트륨과 염산으로 pH를 7.3으로 조정합니다. 물 열 펌프로 관류 시스템을 섭씨 37도까지 가열합니다.

방수 가열 케이블과 같은 추가 발열체를 사용하여 수조 내에서 향수 온도를 일정하게 유지하십시오. 각 갑상선 용액 500ml를 해당 저장소에 추가하고 튜브나 버블 트랩에 더 이상 갇힌 기포가 보이지 않을 때까지 관류 시스템을 통해 갑상선 용액을 실행하여 튜브와 버블 트랩을 탈기합니다. 카보겐으로 저장소에서 전체 실험 중에 갑상선 용액을 계속 통기하여 관류 중에 향수의 pH가 나중에 안정적으로 유지되도록 합니다.

심장을 제거한 후 실체 현미경으로 미세 준비를 수행하십시오. 대동맥을 무딘 바늘에 부착하고 봉합사 재료로 혈관을 고정하십시오. 대조군으로 얼음처럼 차가운 갑상선 용액을 바늘을 통해 심장에 주입하고 심장이 단단히 장착되어 있는지 확인하십시오.

장착된 심장을 관류 시스템으로 옮기고 바늘을 버블 트랩에 연결하는 동안 공기가 심장으로 들어가는 것을 방지하기 위해 관류가 흐르고 있는지 확인하십시오. 심장이 수조에서 갑상선 용액으로 덮여 있고 몇 분 안에 뛰고 있는지 확인하십시오. 좋은 신호 품질을 보장하기 위해 ECG 전극 중 하나를 심장 표면에 최대한 가깝게 배치하십시오.

갑상선 용액에 두 번째 ECG 전극을 매달아 ECG가 기록되고 있는지 확인하십시오. 마이크로 LED 어레이를 관심 영역에 놓습니다. 관류를 penecid로 낮은 칼륨 갑상선으로 변경하고 15-30 분 동안 심장을 정독하십시오.

부정맥을 유도하려면 25-35 헤르츠의 주파수, 2-15 밀리 초의 펄스 지속 시간, 평방 밀리미터 당 2.8 밀리 와트의 광도를 가진 20-50 광 펄스의 트레인으로 LED 1과 LED 2로 심장을 비춥니다. 부정맥이 유발 될 때까지이 과정을 반복하십시오. 지속적인 부정맥이 육안으로 감지되면 15밀리암페어 교각의 펄스 전류에서 어레이의 3개, 6개 또는 9개의 마이크로 LED를 사용하여 폭과 주파수가 다른 펄스 버스트를 적용합니다.

5번의 마이크로 LED 어레이 기반 제세동 시도 후에도 부정맥이 계속되면 시도를 실패한 것으로 분류하고 동일한 타이밍 매개변수를 가진 LED 1과 LED 2를 사용하여 백업 제세동을 시작합니다. 블레비스타틴 용액으로 심장을 관류하고 심장이 뛰는 것을 멈출 때 수행되는 기계적 분리가 발생할 때까지 기다리지만 ECG 신호는 여전히 측정 가능합니다. Langendorff 관류의 버블 트랩에 볼루스로 1 밀리리터 전압 염료, 염료 4-A-N-B-D-Q-P-Q를 투여하고 염료가 심장을 균일하게 정독 할 수 있도록 5-10 분 동안 기다리십시오.

LED 3을 켭니다. 카메라를 심장 표면에 집중시키고 평방 밀리미터당 1.27밀리와트의 광 전력을 적용합니다. 실험실 조명을 끄고 녹음을 시작하여 얻은 신호의 주파수를 기록 된 ECG의 주파수와 비교하여 광 신호가 수집되고 있는지 확인하십시오.

11 마리의 마우스에 대해 서로 다른 주파수, 마이크로 LED 수 및 펄스 지속 시간을 사용한 일련의 실험을 테스트하여 1-20 밀리 초의 펄스가 다른 성공률로 변형 될 수 있음을 입증했습니다. 18 및 20 헤르츠의 제세동 주파수에서 1 밀리 초 및 20 밀리 초의 펄스 지속 시간을 갖는 9 개의 LED의 성공률이 크게 증가하며, 이는 플러스 또는 마이너스 4 점 제로 3 헤르츠의 오차 간격을 가진 모든 부정맥의 분석 된 평균 부정맥 빈도 22.55에 더 가깝습니다. ECG 기록과 각각의 스펙트로그램을 사용하여 14헤르츠 주파수로 두 가지 다른 제세동 시도가 여기에 표시됩니다.

30 밀리 초 펄스의 제세동의 예에서, 부정맥의 지배적 인 주파수는 광 자극이 시작될 때까지 약간 증가합니다. VF는 VT로 바뀌어 지배적 인 주파수가 14 헤르츠로 떨어지고 실패한 후 24 헤르츠의 지배적 인 주파수로 부정맥 행동으로 돌아갑니다. 두 번째 예에서 세그먼트 1은 23Hz의 주요 주파수를 가진 VT를 보여 주며 광 자극이 시작될 때까지 펄스 폭이 20밀리초인 고조파 성분입니다.

세그먼트 3은 3.5Hz의 기본 주파수와 그에 따른 고조파를 가진 정상적인 부비동 리듬으로 이어지는 성공적인 종료를 표시합니다. 고속 카메라를 사용한 광학 매핑은 정상적인 부비동 리듬 동안 심장의 단일 박동 동안 형광 강도의 변화를 보여주었습니다. 관류 길이는 심장을 건강하게 유지하기 위한 모든 조건, 즉 온도, pH 값 및 산화가 일정하게 유지되어야 합니다.

시스템의 기포가 심장을 손상시킬 수 있으므로 티로이드 용액이 비어 있지 않도록 하는 것이 특히 중요합니다. 마이크로 현실 어레이는 뛰어난 유연성을 제공합니다. 심장의 다른 위치를 표적으로 삼거나 한 번의 실험에서 여러 배열을 결합하여 부정맥을 적절하게 종결시킬 수도 있습니다.