Hier presenteren we een niet-invasief elektrocardiografie (ECG) protocol, geoptimaliseerd voor vroege postnatale muizen, dat niet het gebruik van verdoving vereist.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Niet-invasieve elektrocardiografie in de perinatale muis
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Elektrocardiografie (ECG) is al lang vertrouwd als een effectieve en betrouwbare methode voor de beoordeling van cardiovasculaire (en cardiopulmonale) functie in zowel menselijke als dierlijke modellen van de ziekte. Individuele hartslag, ritme en regelmaat, gecombineerd met kwantitatieve parameters verzameld van ECG, dienen om de integriteit van het hartgeleidingssysteem en de geïntegreerde fysiologie van de hartcyclus tebeoordelen. Dit artikel geeft een uitgebreide beschrijving van de methoden en technieken die worden gebruikt om een niet-invasieve ECG uit te voeren op perinatale en neonatale muizenpups al op de eerste postnatale dag, zonder dat er anesthesiemiddelen nodig zijn. Dit protocol is ontworpen om direct tegemoet te komen aan de behoefte aan een gestandaardiseerde en herhaalbare methode voor het verkrijgen van ECG bij pasgeboren muizen. Vanuit een translationeel perspectief, dit protocol blijkt te zijn volledig effectief voor de karakterisering van aangeboren cardiopulmonale afwijkingen gegenereerd met behulp van transgene muislijnen, en in het bijzonder voor de analyse van defecten veroorzaken dodelijkheid op of tijdens de eerste postnatale dagen. Dit protocol is ook bedoeld om een leemte in de wetenschappelijke literatuur rechtstreeks aan te pakken om normatieve gegevens te karakteriseren en te verstrekken die verband houden met rijping van het vroege postnatale cardiale geleidingssysteem. Deze methode is niet beperkt tot een specifiek postnatale tijdspunt, maar maakt het eerder mogelijk voor ecg-gegevensverzameling bij neonatale muizenpups vanaf de geboorte tot postnatale dag 10 (P10), een venster dat van cruciaal belang is voor het modelleren van menselijke ziekten in vivo, met bijzondere nadruk op aangeboren hartziekten (CHD).
Inleiding
Cardiale functie kan worden gemeten op verschillende manieren, waarvan de meest voorkomende omvat het gebruik van elektrocardiografie (ECG) om de geleiding van elektrische stroom te analyseren door het hart, evenals de algehele cardiale cyclus en functie1. Elektrocardiografie blijft een nuttig diagnostisch instrument voor het identificeren en karakteriseren van hartafwijkingen in zowel menselijke als dierlijke modellen van ziekte1,2. Onregelmatigheden in een elektrocardiogrammeting kunnen worden gevonden in abnormale hartontwikkeling (d.w.z. aangeboren hartziekte (CHD)), en kunnen hartritmestoornissen omvatten die zich manifesteren als veranderingen in de hartslag (bijvoorbeeld bradycardie), en ritme (bijvoorbeeld "hartblokken"), wat wijst op defecten in de integriteit en/of functie van het onderliggende myocardium. Veranderingen zoals deze kunnen patiënten vatbaar maken voor levensbedreigende cardiale disfunctie (bijvoorbeeld congestief hartfalen en/of hartstilstand) en verhoogde mortaliteit3,4. Gezien de hoge sterftecijfers met ernstige en onbehandelde CHD is het van cruciaal belang om een gestandaardiseerde en herhaalbare methode te ontwikkelen voor het verzamelen van ECG tijdens deze vroege postnatale periode.
Hoewel we niet de eerste zijn om dit probleem aan te pakken, hebben eerdere methoden voor het verzamelen van ECG op een muispups traditioneel invasieve procedures (onderhuidse naald- of draadelektroden) en/of het gebruik van verdovingsmiddelen5,6,7. Voordelen van het uitvoeren van niet-invasieve ECG-analyse zijn het minimaliseren van pijn en het ongedaan maken van stress op het dier. Terwijl de experimentator moet nog steeds voorzichtig zijn over het veroorzaken van de pup stress, het apparaat is ontworpen om gemeenschappelijke stressoren te voorkomen om nauwkeurige gegevens te produceren. In het kader van de evaluatie van de hartfunctie kan de invoering van anesthesie bij dieren die cardiopulmonale afwijkingen kunnen hebben, de onderliggende aandoeningen kunnen maskeren of zelfs verergeren. Anesthetica kan de elektrische geleiding beïnvloeden door de depolarisatie en/of repolarisatie van de cellen te wijzigen. Ten slotte kan het gebruik van anesthesie de pasgeboren pup een verhoogd risico op onderkoeling geven, wat elke inherente pathologie verder zou kunnen verwarren. Het volgende protocol introduceert geen verdoving, invasieve procedures of uitgesproken ongemak voor de pup. Zodra de installatie van de apparatuur is voltooid, kunnen de installatie van het apparaat en het verzamelen van gegevens waarbij het dier betrokken is, efficiënt worden voltooid, waarna de pups kunnen worden teruggestuurd naar hun moeder. Bovendien maakt dit systeem het mogelijk om herhaalde en/of seriële analyses uit te voeren, wat ideaal is voor experimenten die in de loop van de tijd moeten worden geanalyseerd, de introductie van farmacologische therapieën, enz.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Het volgende protocol volgt de normen van het Institutional Animal Care and Use Committee van de Universiteit van New England. Nauwe observatie van het protocol moet bevredigende ECG-reads opleveren in alle onderzochte neonaten (n > 70).
1. Voorbereidingen voor hulpmiddelen
- Sluit het apparaat aan op de USB-poort van een computer met de ECG-software erop te downloaden. Het meetapparaat begint automatisch met verwarmen tot (37 °C/98,6 °F). De interne verwarmingsunit bevindt zich in de meetunit en verwarmt alleen het kunststofoppervlak. De zilverdraadelektroden worden niet verwarmd.
- Laat ongeveer 15 minuten voor het oppervlak om de temperatuur te bereiken. Gebruik deze tijd om dieren te verzamelen en op te zetten.
OPMERKING: Het protocol kan op dit punt worden onderbroken en het platform kan gedurende een langere periode aangesloten en verwarmd blijven. Bij afwezigheid van een zelfverwarmend elektrodeplatform kan een veilig verwarmingskussen van dieren ook worden gebruikt om te voorkomen dat moeder en pups onderkoeld worden.
2. Dierlijke preparaten
- Verzamel de moeder en pups en houd binnen de kooi tot klaar om te verzamelen.
- Zodra de meeteenheid is verwarmd tot de temperatuur, verwijder de muis pup uit de kooi en veeg de thorax met 70% ethanol gespoten op een doekje. Plaats de pup op het verwarmde oppervlak van het plastic.
- Laat de muis ongeveer 2-5 minuten in het donker aan het oppervlak acclimatiseren.
3. Setup van muis- en elektrodenplatform (elektrodetoepassing)
- Gebruik een metalen spatel, sonde, of houten handdoek om een kleine druppel lijm, elektrische geleidende gel (een sneldrogende high-conductivity elektrode gel vaak gebruikt voor de plaatsing van knaagdier elektroden) te verzamelen.
OPMERKING: Elk niet vezelig, vast object kan worden gebruikt om de geleidende gel aan te brengen, zolang het object geen synthetische vezels of soortgelijk materiaal op de elektroden achterlaat die de kwaliteit van het elektrische signaal kunnen verstoren. - Raak met behulp van de spatel/handdoek voorzichtig de bovenkant van elk van de vier, afgeplatte elektrodeoppervlakken aan door zachtjes naar beneden te drukken en de geleidende gel onder een schuine hoek weg te trekken van het midden van de elektrodeconstructie. Zorg ervoor dat elke afzonderlijke elektrode volledig bedekt is met de gel.
LET OP: Deze stap is uiterst belangrijk om ervoor te zorgen dat de geleidende, elektrodegel zich niet aan meer dan één enkele elektrode hecht. Lijmstrengen die zich tussen elektroden vormen, kunnen lading uitvoeren en mogelijk het gewenste elektrische signaal verstoren of korten. Het protocol mag niet worden onderbroken op dit moment als de gel zal beginnen te stollen en aanhankelijkheid. Zorg ervoor dat u de muis binnen 5-10 minuten na het aanbrengen van geleidende gel (of gelijkwaardige geleidende elektrodegelsubstitutie) op het platform instelt. - Plaats de metalen spatel of houten handdoek met de rest van de gel aan de zijkant.
- Plaats de neonatale muis pup borstbeen naar beneden en gevoelig met het hoofd van de pup naar de uitgaande USB-rand van het platform. Zorg ervoor dat een deel van de borst van de pup is die elk van de vier elektroden. Houd de onderarmen van de pup voorzichtig aan hun zijde terwijl ze tegelijkertijd ongeveer 1 min ingedrukt blijven om de geleidende gel in te stellen.
- Plaats rubber siliconen bumpers aan de rechter- en linkerkant van de pup. Bumpers moeten de pup aan elke kant vastkloot en stabiliteit bieden om overmatige bewegingen van de muis te voorkomen, maar mogen NIET voorkomen dat alle bewegingen van de muis. Eenmaal geïnstalleerd, let op de muis voor een moment en aanpassen bumper plaatsing als dat nodig is.
LET OP: Compreer de muis niet te strak, omdat dit de ademhalingsmechanica en de ademhalingsfrequentie kan verstoren. - Gebruik de dowel die gereserveerd is om de resterende geleidende gel op de aardingsstaartelektrode aan te brengen en plaats op de romp van de pup. Breng zachte druk aan om de gel in te stellen voordat de pup loslaat.
- Plaats de laatste siliciumbumper bovenop de romp van de muis om de aardingselektrode op zijn plaats te houden.
LET OP: Breng geen overmatige kracht aan tijdens het plaatsen van de laatste bumper, omdat dit ongemak kan veroorzaken voor de pup en/of de aardingselektrode kan verplaatsen. - Pak het hele platform vast en plaats voorzichtig in de Kooi van Faraday.
LET OP: Wees voorzichtig en zorg ervoor dat de bovenste siliconen bumper niet verplaatst wordt zodra de Kooi van Faraday op zijn plaats is. - Controleer voorafgaand aan de opname of de muispup niet overmatig beweegt en zorg ervoor dat het lichaam en het hoofd van de muis veilig lijken.
LET OP: Zorg ervoor dat het hoofd van de muispup enigszins vrij in de bumpers kan bewegen en niet volledig snuit naar beneden in het platform. Het verhoogde platform is ontworpen om de muis thorax iets te verheffen en verstikking te voorkomen, maar dit moet nauwlettend worden gecontroleerd.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Een ideale ECG zou een duidelijk, prominent signaal hebben waarmee alle golven in verschillende tijdsframes kunnen worden geanalyseerd(figuur 1). Het laboratorium gebruikte aanvankelijk een aangepaste toepassing van een elektromyografieapparaat om ECGs van een onbevredigende kwaliteit te produceren, die ons slechts toestond om basisparameters zoals hartslag te analyseren (Figuur S1). Dit inspireerde het werk met een bedrijf om een nieuw prototype ECG-apparaat te ontwikkelen ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De gegevens punten verzameld in perinatale dag 1 muis pups zijn iets onder de gemiddelde verwachte waarden voor volwassen muizen (500-700 slagen per minuut). 8 Er is een toename van de hartslag naarmate de muis ouder wordt, wat meer in lijn is met de verwachte waarden(tabel 1). Het is echter belangrijk om te benadrukken dat neonatale waarden zich aan de onderkant van dit bereik bevonden, wat het idee ondersteunt dat normatieve waarden op een leeftijdsspecifieke manier moeten worde...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs melden geen belangenconflicten.
Dankbetuigingen
De auteurs erkennen genereuze steun van de Saving tiny Hearts Society (KLT), het UNE COBRE Program (NIGMS subsidienummer P20GM103643; LAF), en de SURE Fellowship Program aan de Universiteit van New England (VLB), evenals patiënt technische ondersteuning van Ashish More (iWorx, Dover, NH). Figuur 3, figuur 4 en figuur S1 zijn gemaakt met Biorender-software.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| LabScribe4 | iWorx | LabScribe4 | Software gebruikt om ECG op te nemen |
| Neonatal Mouse ECG & Respiration System | iWorx | RS-NMECG : Neonatal Mouse ECG | ECG apparaat |
| Tensive Conductive Adhesive Gel | Parker Laboratories, Inc | 22-60 | Tac-gel gebruikt als geleidend gel voor ECG |
Referenties
- Pappano, A. J., Wier, W. G. Cardiovascular Physiology. 11, Elsevier. 40-41 (2019).
- Kaese, S., Verheule, S. Cardiac electrophysiology in mice: A matter of size. Frontiers in Physiology. 3, Semptember 1-19 (2012).
- Sisakian, H. Cardiomyopathies: Evolution of pathogenesis concepts and potential for new therapies. World Journal of Cardiology. 6 (6), 478-494 (2014).
- London, B. Cardiac Arrhythmias: From (Transgenic) Mice to Men. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 12 (9), 1089-1091 (2001).
- Zehendner, C. M., Luhmann, H. J., Yang, J. -W. A Simple and Novel Method to Monitor Breathing and Heart Rate in Awake and Urethane Anesthetized Newborn Rodents. PLoS ONE. 5, 62628(2013).
- Zhao, Y., et al. Dry-contact microelectrode membranes for wireless detection of electrical phenotypes in neonatal mouse hearts. Biomedical Microdevices. 17 (2), 40(2015).
- Cao, H., et al. Wearable multi-channel microelectrode membranes for elucidating electrophysiological phenotypes of injured myocardium. Integrative Biology. 6 (8), 789(2014).
- Ho, D., et al. Heart rate and electrocardiography monitoring in mice. Current Protocols in Mouse Biology. 1 (1), 123-139 (2011).
- Heier, C. R., Hampton, T. G., Wang, D., DiDonato, C. J. Development of electrocardiogram intervals during growth of FVB/N neonate mice. BMC Physiology. 10, 16(2010).
- Heier, C. R., DiDonato, C. J. ECG in neonate mice with spinal muscular atrophy allows assessment of drug efficacy. Frontiers Biosciences (Elite Ed). 7, 107-116 (2015).
- Chu, V., et al. Method for noninvasively recording electrocardiograms in conscious mice. BMC Physiology. 1, 6(2001).
- Patel, S. I., Souter, M. J. Equipment-related electrocardiographic artifacts: causes, characteristics, consequences, and correction. Anesthesiology. 108 (1), 138-148 (2008).
- Castellan, R. F. P., Thomson, A., Moran, C. M., Gray, G. A. Electrocardiogram-gated kilohertz visualisation (EKV) ultrasound allows assessment of neonatal cardiac structural and functional maturation and longitudinal evaluation of regeneration after injury. Ultrasound in Medicine and Biology. 46 (1), 167-179 (2020).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
