Zaawansowane zarządzanie rytmem serca poprzez zastosowanie optogenetycznej fotostymulacji wieloośrodkowej w mysich sercach

Laura Diaz-Maue; Janna Steinebach; Michael Schwaerzle; Stefan Luther; Patrick Ruther; Claudia Richter

doi:10.3791/62335

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Zaawansowane zarządzanie rytmem serca poprzez zastosowanie optogenetycznej fotostymulacji wieloośrodkowej w mysich sercach

2.4K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/62335

⸱

26 sierpnia 2021

Laura Diaz-Maue^*¹^,² , Janna Steinebach^*¹ , Michael Schwaerzle⁸^,⁹ , Stefan Luther¹^,³^,⁴^,⁶ , Patrick Ruther⁸^,⁹ , Claudia Richter¹^,⁵^,⁶^,⁷

¹Research Group Biomedical Physics, Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization, ²Research Electronics Department, Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization, ³Department of Pharmacology and Toxicology, University Medical Center Goettingen, ⁴Institute for Nonlinear Dynamics, Georg-August-University Goettingen, ⁵Department of Cardiology and Pneumology, University Medical Center Goettingen, ⁶German Center for Cardiovascular Research, DZHK e.V., partner site Goettingen, ⁷Laboratory Animal Science Unit, German Primate Center Leibniz Institute for Primate Research, ⁸Department of Microsystems Engineering (IMTEK), University of Freiburg, ⁹Cluster of Excellence BrainLinks-BrainTools, University of Freiburg

^* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Ta praca opisuje metodę kontrolowania rytmu serca nienaruszonych mysich serc transgenicznych myszy z rodopsyną kanałową-2 (ChR2) za pomocą lokalnej fotostymulacji za pomocą mikro-LED i jednoczesnego optycznego mapowania potencjału błony nasierdziowej.

Streszczenie

Częstoskurcze komorowe są główną przyczyną śmiertelności i zachorowalności na całym świecie. Defibrylacja elektryczna za pomocą wstrząsów elektrycznych o wysokiej energii jest obecnie jedynym sposobem leczenia zagrażającego życiu migotania komór. Jednak defibrylacja może mieć skutki uboczne, w tym nieznośny ból, uszkodzenie tkanek i pogorszenie rokowania, co wskazuje na istotną potrzebę medyczną opracowania łagodniejszych strategii zarządzania rytmem serca. Oprócz metod elektrycznych redukujących energię, optogenetyka serca została wprowadzona jako potężne narzędzie do wpływania na czynność serca za pomocą światłoczułych kanałów jonowych błony i impulsów świetlnych. W niniejszym badaniu opisana zostanie solidna i ważna metoda skutecznej fotostymulacji perfundowanych nienaruszonych mysich serc Langendorffa w oparciu o stymulację wielomiejscową z zastosowaniem układu mikrodiod elektroluminescencyjnych 3 x 3 (micro-LED). Jednoczesne mapowanie optyczne fal napięciowych błony nasierdziowej pozwala na badanie efektów stymulacji specyficznej dla regionu i ocenę nowo wywołanej czynności serca bezpośrednio na miejscu. Uzyskane wyniki wskazują, że skuteczność defibrylacji jest silnie uzależniona od parametrów dobranych do fotostymulacji podczas arytmii serca. Zostanie wykazane, że oświetlony obszar serca odgrywa kluczową rolę w pomyślnym zakończeniu, a także w jaki sposób można osiągnąć ukierunkowaną kontrolę czynności serca podczas oświetlenia w celu modyfikacji wzorców arytmii. Podsumowując, technika ta daje możliwość optymalizacji manipulacji mechanizmem na miejscu na drodze do kontroli rytmu serca ze sprzężeniem zwrotnym w czasie rzeczywistym oraz, w odniesieniu do specyfiki regionu, nowych podejść do zmniejszania potencjalnych szkód dla układu sercowego w porównaniu z zastosowaniem niespecyficznych zastosowań elektrowstrząsowych.

Wprowadzenie

Wczesne badania dynamiki przestrzenno-czasowej podczas arytmii wykazały, że złożone wzorce elektryczne podczas migotania serca są napędzane przez wirowe wirujące fale wzbudzenia¹. Odkrycie to dostarczyło nowych informacji na temat mechanizmów leżących u podstaw arytmii, co z kolei doprowadziło do opracowania nowatorskich terapii przerywania czynności elektrycznych opartych na wielomiejscowym wzbudzeniu mięśnia sercowego²^,³^,⁴. Jednak zabiegi wykorzystujące stymulację polem elektrycznym są niemiejscowe i mogą unerwiać wszystkie otaczające pobudliwe komór....