Geprogrammeerde elektrische stimulatie in Muizen
May 26th, 2010
Geprogrammeerde elektrische stimulatie biedt de mogelijkheid tot geleiding eigenschappen van het hart te bepalen, en de mogelijkheid om te induceren en te beëindigen hartritmestoornissen met behulp van verschillende pacing protocollen. Met behulp van een katheter transveneuze, kan intracardiale elektrogram opnames worden verkregen bij muizen na geprogrammeerde elektrische stimulatie protocollen aritmogene substraten te identificeren.
De verdovende muis wordt op een verwarmingsplaat in een rugligging vastgeplakt. De rechter jugulaire ader wordt gescheiden en het proximale uiteinde van de ader wordt dichtgebonden. De 1,1 Franse OC Apolair katheter wordt in de ader ingebracht en vervolgens wordt de katheter in het rechter atrium en het rechter ventrikel gebracht.
Ten slotte wordt het distale uiteinde van de ader dichtgebonden om de katheterpositie te beveiligen en bloeden te voorkomen. Hallo, ik ben Naali van het laboratorium van Dr. Zver in de afdeling Moleculaire Fysiologie en biofysica aan het Baylor College of Medicine. Vandaag laten we u een procedure zien voor het programmeren van elektrische stimulatie bij muizen.
We gebruiken deze procedure in ons laboratorium om induceerbare aritmieën bij muizen te bestuderen. Dus laten we beginnen. Voorafgaand aan de operatie voor canuletie en katheterinbrenging, gebruikt u een haartrimmer om de vacht van de verdoverde muis vanaf de neklijn tot op borsthoogte te scheren.
Desinfecteer het operatiegebied met 10% povidone jodium. Plaats de muis in een rugligging en plak zijn ledematen op ECG-elektroden Incorporated. In een verwarmingsplaat bevelen we een systeem aan dat een rectale temperatuursensor omvat die is verbonden met een verwarmingspad die wordt geregeld door een thermisch analysesysteem, zodat de lichaamstemperatuur op 37 plus of min één graad Celsius wordt gehouden.
Nadat u door een trekbeweging hebt bevestigd dat de muis volledig verdoofd is, maakt u een halve centimeter incisie rechts van de middellijn met het caudale einde ter hoogte van de sleutelbeen. Scheid het onderhuidse weefsel, speekselklieren en lymfatisch weefsel door middel van een stompe dissectie. Om de rechter jugulaire ader te visualiseren, bindt u het proximale uiteinde van de ader met zes oh-naad.
Plaats nog een naad onder de ader aan het distale uiteinde van het gevisualiseerde segment. Begin nu met computergebaseerde dataverwerving om het oppervlakte-ECG op te nemen. Verbind de katheter met een externe stimulator in opnamemodus.
Gebruik vervolgens microscharen om een kleine incisie in de lengterichting van de ader te maken terwijl u voorzichtig aan de proximale naad trekt. Om de ader recht te houden, brengt u de 1,1 Franse Octo puller-katheter door de ader in het rechter atrium en ventrikel. De juiste katheterpositie wordt geverifieerd door visualisatie van de golfvormen van de vier intracardiale elektrogrammen op het niveau van de apex van het rechter ventrikel, de basis van het rechter ventrikel, de atriale ventrikelknoop en het rechter atrium, en bind tenslotte de distale naad af om de katheterpositie te beveiligen en mogelijk bloeden voor atriale pacing te voorkomen.
Het elektrodenpaar dat zich in het atrium bevindt, wordt geschakeld van opnamemodus naar stimulatiemodus, terwijl de andere elektrodenparen in opnamemodus blijven. Om te bepalen of een muis een verhoogde kwetsbaarheid voor atriale aritmieën heeft, wordt geprogrammeerde elektrische stimulatie van het rechter atrium uitgevoerd. Bepaal eerst de atriale pacingdrempel door minimaal 52 milliseconde stroompulsen toe te passen bij verschillende basiscycluslengtes of BCL om de consistentie van stimuluscapture te testen.
De BCL van de initiële pulstrein is iets lager dan de intrinsieke BCL en wordt met 10 milliseconden verlaagd. De typische stroomamplitude die nodig is voor stimuluscapture is 100 tot 200 microamps. Na het toepassen van een 15-secondige atriale pacingtrein bij een BC van 100 milliseconden, meet u de sinusknoophersteltijd of SNRT, die wordt gedefinieerd als het interval tussen de laatste stimulus in de pacingtrein en het begin van de eerste spontane sinusslag.
Om de atriale effectieve refractaire periode of A ERP te bepalen, brengt u een reeks atriale pacingtreinen aan bij een vaste BCLS een met een paar kortere premature stimuli S twee. Het S een tot S twee interval wordt progressief met twee milliseconden verlaagd in elke pacingtrein van 70 milliseconden tot 20 milliseconden met een herstelperiode van minimaal 30 seconden tussen elk stimulatieprotocol. De A ERP wordt gedefinieerd als het langste S een tot S twee koppelingsinterval voor atria die geen gepropageerde slag met S twee genereerden.
Een soortgelijke toepassing van atriale pacingtreinen en premature stimuli wordt gebruikt om de effectieve refractaire periode van de atriale ventrikelknoop AV NERP te bepalen. De AV NERP wordt gedefinieerd als het langste S een tot S twee koppelingsinterval waarbij de premature stimulatie die aan het atrium wordt afgegeven, wordt gevolgd door een gesispotentiaal, maar niet door een QRS-complex. Inducibiliteit van atriale aritmieën, inclusief atriale fibrillatie, kan worden getest met behulp van het burst pacing-protocol waarbij een reeks van twee seconden bursts wordt toegepast.
De eerste twee seconden burst heeft een cycluslengte of CL van 40 milliseconden, en elke opvolgende twee seconden burst heeft een CL van twee milliseconden korter dan de vorige burst totdat de laatste CL van 20 milliseconden. Nadat alle pacingprotocollen zijn voltooid, wordt de dataverwerving gestopt. In het geval van terminale EP-studies wordt de knoop voorzichtig losgemaakt om de katheter vrij te geven.
Hier laten we enkele representatieve oppervlakte-ECG en intracardiale elektrogrammen in een muis zien. Dit oppervlakte-ECG toont een regelmatige sinusritme met een frequentie van ongeveer 540 slagen per minuut. Deze volgende vier elektrogrammen tonen bipolaire intracardiale elektrogrammaopnamen op het niveau van het rechter atrium.
De atriale ventrikelknoop, de basis van het rechter ventrikel en de apex van het rechter ventrikel. De intracardiale a-golf in de elektrogrammaopname op het niveau van het rechter atrium komt overeen met de P-golf op het oppervlak. CCG. De V-golf op het ventriculaire elektrogramma komt overeen met de QRS-golf op het oppervlak CCG.
Vervolgens laten we representatieve oppervlakte CCG en intracardiale elektrogrammen zien van een muis die na atriale burst pacing op het oppervlak atriale fibrillatie ontwikkelde. CCG, het RR-interval is onregelmatig en er zijn geen duidelijke P-golven. Aan de andere kant onthult het atriale elektrogramma snelle atriale signalen die onregelmatig zijn, consistent met atriale fibrillatie.
Het ventriculaire elektrogramma heeft een lagere
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel presenteert een procedure voor geprogrammeerde elektrische stimulatie bij muizen, waardoor de beoordeling van de hartgeleidingseigenschappen en de inductie van aritmieën mogelijk wordt. Het gebruik van een transveneuze katheter maakt intracardiale elektrogramma-opnamen mogelijk om aritmogene substraten te identificeren.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Cardiologie
- Aritmieonderzoek
- Muismodellen
Achtergrond
- Geprogrammeerde elektrische stimulatie is een techniek die wordt gebruikt om de hartgeleiding te evalueren.
- Het kan helpen bij het begrijpen van de mechanismen achter hartritmestoornissen.
- Intracardiale elektrogramma-opnamen leveren waardevolle gegevens voor onderzoek.
- Deze methode is bijzonder nuttig in preklinische studies met muismodellen.
Doel van het onderzoek
- Om de procedure voor geprogrammeerde elektrische stimulatie bij muizen te demonstreren.
- Om aritmogene substraten te identificeren door middel van elektrogramma-opnamen.
- Om het begrip van de hartgeleidingseigenschappen te verbeteren.
Gebruikte methoden
- De verdoofde muis wordt op een verwarmingsbord geplaatst.
- De rechter halsslagader wordt toegankelijk gemaakt en voorbereid voor katheterinbrenging.
- Een 1.1 French OC Apolair katheter wordt in de ader ingebracht en naar het hart gevoerd.
- Elektrogramma-opnamen worden verkregen volgens geprogrammeerde elektrische stimulatieprotocollen.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle katheterplaatsing in het rechter atrium en ventrikel.
- Elektrogramma-opnamen onthullen de geleidingseigenschappen van het hart.
- Aritmieën kunnen worden geïnduceerd en beëindigd met behulp van pacing-protocollen.
- Identificatie van aritmogene substraten wordt bereikt door deze methode.
Conclusies
- Geprogrammeerde elektrische stimulatie is een effectieve methode voor het bestuderen van de hartfunctie bij muizen.
- Deze techniek helpt bij het begrijpen van aritmieën en hun onderliggende mechanismen.
- Toekomstig onderzoek kan voortbouwen op deze bevindingen om therapeutische interventies te verkennen.
Veelgestelde vragen
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.
