Multiparametrische Optische kaart brengen van de Langendorff-geperfuseerde Rabbit Heart
13 september 2011
Dit artikel beschrijft de basisprocedures voor het uitvoeren van optische in kaart brengen van experimenten in de Langendorff-geperfuseerde konijn hart met behulp van het panoramische imaging systeem, en de dubbele (spanning en calcium) beeldvormende modaliteit.
Het algemene doel van deze procedure is om de cardiale elektrofysiologische eigenschappen zoals geleiding, repolarisatie, aritmogeneze en calciumverwerking te bestuderen door optische mappingtechnieken te gebruiken in het langor geperfuseerde konijnenhart. Dit wordt bereikt door eerst een intact konijnenhart te isoleren en retrograad te perfunderen via de aorta. De volgende stap van de procedure is het blootleggen van het hartoppervlak, het afschaffen van de hartcontracties, het gebruik van excitatie-contractie op Coler BLEs statin en het goed kleuren van het myocardium met behulp van spanningsgevoelige en calciumfluorescente indicatoren.
Vervolgens worden opnamen van optische actiepotentialen van een groot deel van het ventrikelepicard gemaakt met behulp van het panoramische optische mappingsysteem. De optische signalen worden vervolgens geprojecteerd op een gereconstrueerde 3D-geometrie van het epicardische oppervlak van het hart. Tijdens deze stap kunnen het optische actiepotentiaal en calciumtransient gelijktijdig worden geregistreerd met behulp van het niet-panorama dubbele beeldsysteem.
Deze procedure levert kwantitatieve gegevens van de ruimtelijke en temporele eigenschappen van het myocardium, excitatie en repolarisatie, evenals congruente kenmerken van calciumverwerking, die kunnen worden geanalyseerd tijdens reguliere ritme evenals atriale en ventrikelaritmie. Hallo, mijn naam is Dr.Iger Eov. Ik ben professor in biomedische techniek aan de Washington University in St.Louis.
De optische techniek die we vandaag presenteren, is een unieke technologie die een aantal voordelen heeft ten opzichte van traditionele micro- en micro-elektrogrammen omdat het in staat is om tientallen, tienduizenden actiepotentialen en calciumtransiënten gelijktijdig te registreren. Bovendien is deze technologie immuun voor artefacten die worden gepresenteerd door elektrische stimulatie en defibrillatie, die de actiepotentialen die door elke elektrogrammen worden geregistreerd sterk vervormen. Bovendien kunnen calciumtransiënten alleen met deze techniek worden geregistreerd.
Er is gewoon geen alternatief. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van de belangrijkste vragen op het gebied van cardiale elektrofysiologie, zoals de mechanismen van inductie, onderhoud en beëindiging van levensbedreigende atriale en ventrikelaritmieën, evenals de functiemodellering in de geleiding en excitatie en constructiekoppeling bij ziekten zoals congenitale hartziekte, metabole ziekte en hartfalen. Eens klaar voor de operatie, moet een konijn worden geëuthanaseerd met een cocktail van natriumpentobarbital en heparine.
Zodra het konijn niet reageert op een pijnreflex, open je zijn borst en verwijder je het hart en de longen. Maak een snede aan het bovenste uiteinde van de opgaande aorta voordat alle takken van de aortaboog op de pomp worden gezet om de stroom van Tyro-oplossing in het niet-recirculerende LRF-perfusiesysteem te starten. Monteer het hart snel op de 16-gauge aortacanule die is verbonden met het LOR-perfusiesysteem.
Spuit de lucht uit de aorta en bind de aortacanule af zodra deze volledig is geperfundeerd. Verspil geen tijd met het openen van het pericardium. Verwijder vervolgens het longtracheevet rond het hart en bindweefsels.
Het is erg belangrijk om vochtophoping in de linker ventrikel te voorkomen, wat ischemie zou kunnen veroorzaken. Dus breng een siliconen afvoerbuis in via een longader en de mitralisklep en in de linker ventrikel. Beweeg nu het hart met de canule naar het recirculerende lang Andorf-perfusiesysteem dat is uitgerust met een optisch mappingsysteem.
Plaats het hart in een op maat gemaakte zeshoekige kamer en sluit de canule aan op het perfusiesysteem. Monitor de aortische druk met behulp van een druktransducer en houd deze rond de 60 plus of minus vijf millimeter kwikstaander door de stroomsnelheid van de perfusiepomp aan te passen. Houd de pH rond 7.35 plus of min 0,05.
Schakel het licht in de kamer uit en injecteer langzaam de lichtgevoelige BLEs statin-voorraadoplossing door de injectiepoort in de luchtbellenvaller boven de canule. Om een concentratie van 10 micromolair BLEs statin te bereiken, injecteer langzaam 0,1 milliliter BLEs statin. Wacht voor elke bolusinjectie tot de druk is gestabiliseerd voordat je de volgende injectie geeft.
Plaats de fotodiode-arrays of PDA's op drie gelijkmatig verdeelde hoeken rond het hart. Richt vervolgens op elke PDA het beeld van het hart op het matglas van het beeldvlak. Pas de positie van de canule in de zeshoekige kamer en elke PDA aan totdat het hart in het gezichtsveld van alle drie de PDA's past.
Neem vervolgens een foto van elk gefocust beeld op het matglas. Injecteer langzaam 10 tot 20 microliter D vier Anep-voorraadoplossing in de perfusieoplossing via de injectiepoort in de luchtbellenvaller. Wacht drie minuten.
Plaats vervolgens voorzichtig de pacing-elektrode op de gewenste locatie. Hier wordt deze op het centrum van de vooraanzicht van het hart geplaatst. Begin met gelijktijdige optische opnames van de PDA's.
Zorg ervoor dat er geen bewegingsartefacten in het optische signaal zijn en dat de signaal-ruisverhouding voldoende is voor verdere gegevensanalyse. Als je klaar bent, zet je het kamerlicht aan en maak je een fotografisch record van het hart door elke 10 graden rotatie een foto te maken vanuit een camera op de locatie van een van de PDA's. Ga vervolgens verder met het opruimen van het perfusiesysteem.
Plaats het gecanuleerde hart in een rad naughty glazen kamer en sluit de canule aan op het perfusiesysteem. Speld het hart vast aan de siliconen bodem van de kamer op de ventrikelapex en de atria. Om het hart te immobiliseren, zet je het kamerlicht uit en injecteer je langzaam BLEs statin via de injectiepoort om de beweging van het oplossingsoppervlak te verminderen.
Plaats een glazen vensterdeksel boven het epicardiale oppervlak. Dit deel van de procedure wordt normaal gesproken in het donker gedaan, maar wordt in het licht gedaan. Om de videobeeldkwaliteit te verbeteren, verplaats je het dubbele beeldsysteem bovenop het hart.
Richt nu de twee CMOs-camera's op hetzelfde gezichtsveld. Position
Overzicht
Dit artikel beschrijft de procedures voor het uitvoeren van optische mapping experimenten in het Langendorff-geperfuseerde konijnenhart met behulp van een panoramisch beeldvormingssysteem. De studie richt zich op cardiale elektrofysiologische eigenschappen, inclusief geleiding en calciumomgang.
Belangrijke onderzoekscomponenten
Wetenschapsgebied
- Cardiale Elektrofysiologie
- Optische Mapping Technieken
- Arrythmogenese
Achtergrond
- Optical mapping maakt gelijktijdige registratie van actiepotentialen en calciumtransienten mogelijk.
- Deze methode biedt inzichten in cardiale functie en aritmieën.
- Traditionele methoden kunnen beperkt zijn door artefacten van elektrische stimulatie.
- De studie gebruikt een Langendorff-geperfuseerde konijnenhartmodel.
Doel van het onderzoek
- Om cardiale geleiding, repolarisatie en arrhythmogenese te onderzoeken.
- Om calciumomgang in het myocard te analyseren.
- Om kwantitatieve gegevens te verschaffen over excitatie- en repolarisatiedynamica.
Gebruikte methoden
- Isolatie en retrograde perfusie van het konijnenhart.
- Kleuring van het myocard met spanningsgevoelige en calciumfluorescente indicatoren.
- Registreren van optische actiepotentialen met behulp van een panoramisch optisch mappingsysteem.
- Gelijktijdige dubbele beeldvorming van optische actiepotentialen en calciumtransienten.
Belangrijkste resultaten
- Kwantitatieve gegevens over ruimtelijke en temporele kenmerken van het myocard.
- Inzichten in de mechanismen van aritmieën en hartziekten.
- Demonstratie van de voordelen van optische mapping ten opzichte van traditionele elektrogrammen.
Conclusies
- Optical mapping is een krachtig hulpmiddel voor het bestuderen van cardiale elektrofysiologie.
- Deze techniek kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in aritmie-onderzoek.
- Toekomstige studies kunnen deze methode gebruiken voor diepere inzichten in cardiale functie.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Optical mapping in Langendorff-perfused rabbit hearts enables high-resolution, artifact-free visualization of cardiac electrophysiology, supporting mechanistic de-risking in arrhythmia target validation. This approach provides quantitative spatial-temporal data on action potentials and calcium transients, directly informing predictive confidence in preclinical models of ventricular and atrial arrhythmias. The method bridges discovery biology and translational research by enabling reproducible, scalable assessment of pro-arrhythmic liability and therapeutic response in a disease-relevant system.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by mapping reentrant wave dynamics and phase singularities during induced arrhythmias.
- Operational Value: Enables functional target validation through simultaneous voltage and calcium imaging to de-risk excitation-contraction coupling mechanisms.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by quantifying arrhythmogenic substrate vulnerability under controlled perfusion conditions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by establishing baseline electrophysiological and calcium handling phenotypes.
- Operational Value: Addresses assay standardization and reproducibility through Langendorff perfusion control and dye-staining protocols.
- Scalability: Highlights screening readiness via panoramic and dual imaging systems capable of simultaneous multi-site optical recording.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Uses rabbit heart model with demonstrated similarity to human excitation-contraction coupling and arrhythmia wave patterns.
- Translational Continuity: Connects discovery findings to preclinical validation through quantitative analysis of conduction, repolarization, and calcium handling during regular rhythm and arrhythmia.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by providing mechanistic insights into arrhythmia induction, maintenance, and termination.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical assessment, enabling iterative refinement of antiarrhythmic candidates based on electrophysiological and calcium handling profiles.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by visualizing rotor dynamics and action potential calcium transient relationships during arrhythmogenesis.
- Screening: Describes assay readiness through reproducible optical signal acquisition with sufficient signal-to-noise ratio for spatial-temporal analysis.
- Analytics: Highlights quantitative measurements of excitation and repolarization dynamics, enabling comparative condition assessment.
- Translational Research: Connects method to preclinical continuity via disease-relevant arrhythmia models and calcium handling insights relevant to heart failure and metabolic disease.
- Enterprise Reuse: Frames the optical mapping system as a reusable platform for assessing multiple compounds or genetic modifications in a standardized perfused heart preparation.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation, reduction of mechanistic ambiguity in arrhythmia mechanisms.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of electrophysiological and calcium transient measurements.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk in cardiovascular programs.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on quantitative arrhythmia liability data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cardiac isolation, Langendorff perfusion, and fluorescent dye handling.
- Needs optical mapping systems with photo diode arrays or CMOS cameras, light sources, and perfusion pressure control.
- Demands cross-team standardization of staining protocols, excitation-contraction uncoupling, and signal acquisition parameters.
- Involves adaptation considerations for species-specific flow rates, optics, and dye loading when extending beyond rabbit hearts.
- Includes practical limitations such as dye photobleaching, motion artifact susceptibility, and the need for precise temperature and pH maintenance during experiments.
