Analiza długoterminowych zapisów elektrokardiograficznych w celu wykrycia arytmii u myszy
23 maja 2021
Tutaj prezentujemy krok po kroku protokół dla półautomatycznego podejścia do analizy mysich danych z długoterminowej elektrokardiografii (EKG) dla podstawowych parametrów EKG i częstych zaburzeń rytmu serca. Dane są uzyskiwane przez wszczepialne nadajniki telemetryczne u żywych i przytomnych myszy i analizowane za pomocą Ponemah i jego modułów analitycznych.
Analiza dużych zbiorów danych EKG, zwłaszcza w przypadku badań przesiewowych w kierunku arytmii, jest bardzo trudna i pracochłonna. Nasze półautomatyczne podejście pozwala na znacznie szybsze i wygodniejsze badania przesiewowe w kierunku arytmii u myszy. To półautomatyczne podejście prowadzi do dokładniejszych wyników.
Procedura zostanie zademonstrowana przez Aparnę Chivukula, doktorantkę w moim laboratorium. Zacznij od analizy podstawowych parametrów EKG. Kliknij Ustawienia tematu lub Szczegóły kanału, aby wybrać dowolny z pochodnych parametrów.
Ponieważ myszy podążają za rytmem okołodobowym, analizuj dwa spoczynkowe EKG dziennie. Jeden w ciągu dnia i jeden w nocy, aby kontrolować wpływ okołodobowy, wybierając odpowiednie godziny w zależności od cyklu włączania lub wyłączania światła w obiekcie dla zwierząt. Wybierz odcinek EKG o dobrej jakości sygnału i stabilnym tętnie na wykresie trendu tętna w zdefiniowanym rozsądnym przedziale czasowym wokół tego punktu czasowego.
Potwierdź dokładność masek walidacji lub dostosuj ręcznie do 20 kolejnych kompleksów QRS i dodaj brakujące znaczniki walidacji. W celu dalszych obliczeń i wizualizacji zaznacz wiersze zawierające wartości tych 20 kolejnych kompleksów QRS na pochodnej liście parametrów i skopiuj je do arkusza kalkulacyjnego lub oprogramowania statystycznego. Otwórz szczegółowe informacje o danych, klikając pozycję Experiment Data Insights i obserwując panel wyszukiwania u góry.
Następnie wyświetl panel Wyniki. Zwróć uwagę na liczbę trafień wyszukiwania wyświetlanych jako histogram w dolnej części panelu. Biorąc pod uwagę, że normalne tętno myszy wynosi od 500 do 724 uderzeń na minutę, zdefiniuj regułę wyszukiwania, Bradykardia, aby wykryć bradykardia.
Kliknij prawym przyciskiem myszy na liście wyszukiwania i wybierz opcję Utwórz nowe wyszukiwanie, aby otworzyć okno dialogowe wpisu wyszukiwania. Kliknij prawym przyciskiem myszy w białym polu i wybierz polecenie Dodaj nową klauzulę. Korzystając z menu rozwijanych i pól tekstowych, zdefiniuj regułę wyszukiwania, Bradycardia Single, jako wartość mniejszą niż 500, a następnie kliknij przycisk OK, aby dodać tę regułę wyszukiwania do listy.
Zastosuj tę regułę wyszukiwania, klikając i przeciągając ją do interesującego Cię kanału po lewej stronie. Ponieważ bradykardia wymaga więcej niż jednego długiego interwału RR, zdefiniuj dodatkową regułę wyszukiwania: Bradykardia, aby to uwzględnić. Kliknij OK, aby dodać tę regułę wyszukiwania do listy.
Zastosuj tę regułę wyszukiwania, klikając i przeciągając ją do interesującego Cię kanału po lewej stronie. Aby potwierdzić bradykardię i odrzucić fałszywe wyniki, przejrzyj każdy wynik ręcznie, klikając lewym przyciskiem myszy przebieg. Naciśnij STRG plus R, aby odrzucić wybrany wynik, który następnie zniknie z listy.
Aby zdefiniować regułę wyszukiwania w celu wykrycia tachykardii, kliknij prawym przyciskiem myszy na liście wyszukiwania i wybierz opcję Utwórz nowe wyszukiwanie, aby otworzyć okno dialogowe wyszukiwania wpisu. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy w białym polu i wybierz Dodaj nową klauzulę. Korzystając z menu rozwijanych i pól tekstowych, zdefiniuj regułę wyszukiwania, Tachykardia Pojedyncza, jako wartość większą niż 724, a następnie kliknij przycisk OK, aby dodać tę regułę wyszukiwania do listy.
Zastosuj tę regułę wyszukiwania, klikając i przeciągając ją do interesującego Cię kanału po lewej stronie. Ponieważ tachykardia wymaga więcej niż jednego krótkiego interwału RR, zdefiniuj dodatkową regułę wyszukiwania, Tachykardię, aby to uwzględnić, i kliknij OK, aby dodać tę regułę wyszukiwania do listy. Zastosuj tę regułę wyszukiwania, klikając i przeciągając ją do interesującego Cię kanału po lewej stronie.
Aby potwierdzić tachykardię i odrzucić fałszywe wyniki, przejrzyj każdy wynik ręcznie, klikając lewym przyciskiem myszy przebieg i użyj skrótu STRG plus R, aby odrzucić wybrany wynik. Aby wykryć bloki zatokowo-przedsionkowe i przedsionkowo-komorowe, kliknij prawym przyciskiem myszy na liście wyszukiwania i wybierz Utwórz nowe wyszukiwanie, aby otworzyć okno dialogowe wyszukiwania wpisu. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy w białym panelu i wybierz Dodaj nową klauzulę.
Korzystając z menu rozwijanych i pól tekstowych, zdefiniuj regułę wyszukiwania Wstrzymaj jako wartość większą niż 300 i kliknij przycisk OK, aby dodać tę regułę wyszukiwania do listy, zastosuj tę regułę wyszukiwania, klikając i przeciągając ją do interesującego Cię kanału po lewej stronie. Aby potwierdzić pauzę, zdecyduj, czy pauza jest blokiem zatokowo-przedsionkowym czy przedsionkowym lub przedsionkowym i odrzuć fałszywe wyniki. Przejrzyj każdy wynik ręcznie, klikając lewym przyciskiem myszy przebieg i naciśnij STRG plus R, aby odrzucić wybrany wynik, który zniknie z listy wyników.
Podejście to pozwoliło na wykrycie okresów zmniejszonego częstości akcji serca, zwiększonego przewodnictwa przedsionkowo-komorowego i komorowego, a także zmienionej repolaryzacji u myszy leczonych nowym lekiem. Ponadto protokół wykorzystano do określenia przebiegu w czasie występowania arytmii w postaci śladów reprezentowanych przy prawidłowym rytmie zatokowym, pauzie zatokowej, trzech stopniach bloku przedsionkowo-komorowego i migotaniu przedsionków. Końcowe odczyty są wielorakie i zależą od projektu badania i tematu badawczego.
W przypadku migotania przedsionków całkowite obciążenie chorobą zostało ustalone jako marker prognostyczny i można je obliczyć na podstawie danych uzyskanych za pomocą tego protokołu.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia półautomatyczny, szczegółowy protokół analizy danych z długoterminowej telemetrii EKG u myszy w celu wykrywania arytmii. Wykorzystując oprogramowanie Ponemah oraz jego moduły ECG Pro i Data Insights, opisane podejście optymalizuje proces identyfikacji i walidacji zdarzeń arytmicznych, zwiększając szybkość i dokładność analizy dużych zbiorów danych generowanych przez wolno poruszające się, czuwające myszy.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Elektrofizjologia serca
- Przedkliniczne modele zwierzęce
- Badania nad arytmią
Wstęp
- Arytmie są powszechne, a obecne metody leczenia często wiążą się ze znacznymi skutkami ubocznymi lub mają ograniczoną skuteczność.
- Zrozumienie mechanizmów arytmii wymaga wiarygodnych modeli zwierzęcych; myszy są idealne do badań genetycznych i mechanistycznych.
- Implantowalna telemetria umożliwia ciągły, długoterminowy monitoring ECG u myszy.
- Ręczna analiza dużych zbiorów danych ECG jest pracochłonna i wymagająca.
Cel badania
- Aby zapewnić powtarzalny, półautomatyczny przepływ pracy w wykrywaniu arytmii w danych z telemetrii EKG myszy.
- Aby zademonstrować zastosowanie oprogramowania Ponemah do wydajnej i dokładnej analizy EKG.
- Aby ułatwić identyfikację zdarzeń arytmicznych i poprawić jakość danych w badaniach przedklinicznych.
Zastosowane metody
- Ciągły zapis EKG u swobodnie poruszających się myszy z wykorzystaniem implantowalnych urządzeń telemetrycznych.
- Zautomatyzowana analiza atrybutów w oprogramowaniu Ponemah w celu identyfikacji parametrów EKG (załamki P, Q, R, T, odstępy).
- Ręczna weryfikacja i korekta automatycznych adnotacji w celu zapewnienia dokładności.
- Tworzenie własnych reguł wyszukiwania w Data Insights w celu wykrycia bradykardii, tachykardii oraz bloków przewodzenia.
- Ręczna walidacja wykrytych zdarzeń arytmicznych w celu odrzucenia wyników fałszywie dodatnich.
Główne wyniki
- Półautomatyczny protokół znacząco przyspiesza przesiewowe badanie arytmii w porównaniu z metodami manualnymi.
- Dokładna detekcja bradykardii, tachykardii, bloków przedsionkowo-przyprzodkowych i przedsionkowo-komorowych oraz migotania przedsionków w EKG myszy.
- Protokół umożliwia ocenę wpływu leków na częstość akcji serca, przewodzenie i repolaryzację.
- Za pomocą tego podejścia możliwe jest obliczenie obciążenia arytmią, np. całkowitego czasu trwania migotania przedsionków.
Wnioski
- Opisany schemat postępowania zwiększa wydajność i dokładność wykrywania arytmii w dużych zbiorach danych EKG u myszy.
- Połączenie zautomatyzowanej analizy z manualną weryfikacją zapewnia niezawodną identyfikację zdarzeń arytmicznych.
- Niniejszy protokół wspiera zaawansowane badania przedkliniczne nad mechanizmami arytmii oraz interwencjami terapeutycznymi.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Wysokoprzepustowa, półautomatyczna analiza długoterminowej telemetrii EKG u myszy eliminuje krytyczne wąskie gardło w przedklinicznych badaniach bezpieczeństwa serca oraz mechanizmów arytmii. Ten schemat postępowania zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celów terapeutycznych i wspiera dostosowany do ryzyka rozwój nowych leków, umożliwiając rzetelną, ilościową ocenę elektrofizjologii serca w modelach istotnych dla danej choroby. Integracja przeglądu automatycznego i manualnego zapewnia integralność danych i powtarzalność w procesach badawczych na etapie odkryć oraz badań translacyjnych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia badanie mechanizmów arytmii oraz funkcjonalną walidację celów w genetycznie zmodyfikowanych modelach mysich.
- Wspiera ograniczanie ryzyka biologicznego poprzez kwantyfikację fenotypów elektrofizjologicznych powiązanych z potencjalnymi celami.
- Zwiększa pewność prognostyczną we wczesnych etapach oceny bezpieczeństwa kardiologicznego oraz w badaniach mechanistycznych.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Przygotowuje zwalidowane, ilościowe zestawy danych EKG do dalszego przesiewu związków i oceny farmakologicznej.
- Standaryzuje kryteria wykrywania arytmii i wspiera powtarzalność poprzez zautomatyzowaną oraz manualną weryfikację.
- Umożliwia skalowalny, wysokoprzepustowy przesiew wpływu leków na przewodzenie i rytm serca.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Koreluje wskaźniki obciążenia arytmią w badaniach przedklinicznych z biomarkerami translacyjnymi w celu oceny progresji choroby i skuteczności terapeutycznej.
- Zapewnia ciągłość przejścia od odkryć mechanistycznych do przedklinicznej walidacji ryzyk kardiologicznych.
- Wspiera podejmowanie decyzji skorygowanych o ryzyko w celu promowania kandydatów o korzystnych profilach bezpieczeństwa sercowego.
Integracja potoków i przepływów pracy
Ten półautomatyczny proces analizy EKG łączy wczesne odkrycia, identyfikację wiodących związków oraz przedkliniczną ocenę bezpieczeństwa, umożliwiając solidne, ilościowe fenotypowanie arytmii serca w modelach mysich.
- Biologia odkryć: Wspiera testowanie hipotez i ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez ilościowe określanie fenotypów arytmii u genetycznie zmodyfikowanych myszy.
- Przesiewy: Dostarcza powtarzalne, ilościowe wyniki EKG do oceny związków i segregacji pod kątem bezpieczeństwa.
- Analityka: Zapewnia wyniki statystyczne i wskaźniki obciążenia arytmią w celu porównania warunków eksperymentalnych i efektów działania leków.
- Badania translacyjne: Dostosowuje przedkliniczne punkty końcowe arytmii do biomarkerów klinicznych w celu poprawy ciągłości translacyjnej.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy reużywalną, skalowalną platformę do badań z zakresu elektrofizjologii serca w ramach wielu programów.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów kardiologicznych.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje i przyspiesza analizę danych EKG, poprawiając powtarzalność i skalowalność.
- Wartość strategiczna: Umożliwia podejmowanie lepszych decyzji typu go/no-go i zmniejsza ryzyko związane z bezpieczeństwem kardiologicznym na późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój kandydatów o korzystnym profilu kardiologicznym.
Wskazówki dotyczące implementacji
- Wymagana jest wiedza z zakresu interpretacji EKG i fenotypowania arytmii w modelach małych zwierząt.
- Konieczny jest dostęp do implantowalnych systemów telemetrycznych oraz specjalistycznego oprogramowania do analizy (Ponemah, ECG Pro, Data Insights).
- Wymagana jest międzyzespołowa standaryzacja reguł wyszukiwania oraz protokołów przeglądu manualnego w celu zapewnienia powtarzalności.
- Możliwa może być konieczność adaptacji metody dla różnych szczepów myszy lub modeli chorobowych w celu zapewnienia jakości danych.
- Przegląd manualny pozostaje niezbędny do odrzucenia wyników fałszywie dodatnich i zachowania integralności danych.
