Name: Dwukierunkowe interfejsy elektryczne i optoelektroniczne w zdrowych i niedokrwionych sercach szczurów ex vivo (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-07-18T13:20:00.000+00:00
Duration: 8 min 33 s
Description: Odkryj metody dwukierunkowych interfejsów elektrycznych i optoelektronicznych w izolowanych sercach szczurów. Protokół obejmuje stymulację, rejestrację EKG i modelowanie zawału mięśnia sercowego.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Badanie to było wspierane finansowo przez National Institute of Health poprzez grant 1R56EB034289-01 i 1R01EB036091-01 oraz US Army Research Office poprzez grant W911NF-24-1-0053. P. L. jest wdzięczny za wsparcie udzielone przez Nagrodę Griera w dziedzinie innowacji w naukach biofizycznych.

<ol><li>Sunwoo, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+bioelectronics+for+the+management+of+cardiovascular+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Soft bioelectronics for the management of cardiovascular diseases.</a> Nat Rev Bioeng. 2 (1), 8-24 (2024).</li>
<li>Choi, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adhesive+bioelectronics+for+sutureless+epicardial+interfacing%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Elect%22%5BJournal%5D)">Adhesive bioelectronics for sutureless epicardial interfacing.</a> Nat Elect. 6 (10), 779-789 (2023).</li>
<li>Choi, Y. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully+implantable+and+bioresorbable+cardiac+pacemakers+without+leads+or+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biotech%22%5BJournal%5D)">Fully implantable and bioresorbable cardiac pacemakers without leads or batteries.</a> Nat Biotech. 39 (10), 1228-1238 (2021).</li>
<li>Cingolani, E., Goldhaber, J. I., Marbán, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Next-generation+pacemakers%3A+from+small+devices+to+biological+pacemakers%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Next-generation pacemakers: from small devices to biological pacemakers.</a> Nat Rev Cardiol. 15 (3), 139-150 (2018).</li>
<li>Sala, L., Ward-van Oostwaard, D., Tertoolen, L. G. J., Mummery, C. L., Bellin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrophysiological+Analysis+of+human+Pluripotent+Stem+Cell-derived+Cardiomyocytes+%28hPSC-CMs%29+Using+Multi-electrode+Arrays+%28MEAs%29%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Electrophysiological Analysis of human Pluripotent Stem Cell-derived Cardiomyocytes (hPSC-CMs) Using Multi-electrode Arrays (MEAs).</a> J Vis Exp. (123), e55587(2017).</li>
<li>Fiegle, D. J., Volk, T., Seidel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolation+of+Human+Ventricular+Cardiomyocytes+from+Vibratome-Cut+Myocardial+Slices%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Isolation of Human Ventricular Cardiomyocytes from Vibratome-Cut Myocardial Slices.</a> J Vis Exp. (159), e61167(2020).</li>
<li>Alam, P., Maliken, B. D., Ivey, M. J., Jones, S. M., Kanisicak, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolation%2C+Transfection%2C+and+Long-Term+Culture+of+Adult+Mouse+and+Rat+Cardiomyocytes%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Isolation, Transfection, and Long-Term Culture of Adult Mouse and Rat Cardiomyocytes.</a> J Vis Exp. (164), e61073(2020).</li>
<li>Nippert, F., Schreckenberg, R., Schlüter, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolation+and+Cultivation+of+Adult+Rat+Cardiomyocytes%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Isolation and Cultivation of Adult Rat Cardiomyocytes.</a> J Vis Exp. (128), e56634(2017).</li>
<li>Trayanova, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole-Heart+Modeling%3A+Applications+to+Cardiac+Electrophysiology+and+Electromechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Circ+Res%22%5BJournal%5D)">Whole-Heart Modeling: Applications to Cardiac Electrophysiology and Electromechanics.</a> Circ Res. 108 (1), 113-128 (2011).</li>
<li>Yin, R. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Open+thoracic+surgical+implantation+of+cardiac+pacemakers+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Open thoracic surgical implantation of cardiac pacemakers in rats.</a> Nat Protoc. 18 (2), 374-395 (2023).</li>
<li>Wu, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modifications+of+the+Langendorff+Method+for+Simultaneous+Isolation+of+Atrial+and+Ventricular+Myocytes+from+Adult+Mice%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Modifications of the Langendorff Method for Simultaneous Isolation of Atrial and Ventricular Myocytes from Adult Mice.</a> J Vis Exp. (171), e62514(2021).</li>
<li>Pendexter, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modified+Langendorff+Perfusion+for+Extended+Perfusion+Times+of+Rodent+Cardiac+Grafts%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Modified Langendorff Perfusion for Extended Perfusion Times of Rodent Cardiac Grafts.</a> J Vis Exp. (208), e66815(2024).</li>
<li>Kałużna, E., Nadel, A., Zimna, A., Rozwadowska, N., Kolanowski, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+human+heart+ex+vivo-current+possibilities+and+strive+for+future+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Tissue+Eng+Regenerat+Med%22%5BJournal%5D)">Modeling the human heart ex vivo-current possibilities and strive for future applications.</a> J Tissue Eng Regenerat Med. 16 (10), 853-874 (2022).</li>
<li>Jiang, Y. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Topological+supramolecular+network+enabled+high-conductivity%2C+stretchable+organic+bioelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Topological supramolecular network enabled high-conductivity, stretchable organic bioelectronics.</a> Science. 375 (6587), 1411-1417 (2022).</li>
<li>Driscoll, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MXene-infused+bioelectronic+interfaces+for+multiscale+electrophysiology+and+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Transl+Med%22%5BJournal%5D)">MXene-infused bioelectronic interfaces for multiscale electrophysiology and stimulation.</a> Sci Transl Med. 13 (612), eabf8629(2021).</li>
<li>Gablech, I., Głowacki, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((State-of-the-Art+Electronic+Materials+for+Thin+Films+in+Bioelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Elect+Mater%22%5BJournal%5D)">State-of-the-Art Electronic Materials for Thin Films in Bioelectronics.</a> Adv Elect Mater. 9 (8), 2300258(2023).</li>
<li>Cho, Y. H., Park, Y., Kim, S., Park, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Electrodes+for+Bioelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">3D Electrodes for Bioelectronics.</a> Adv Mater. 33 (47), 2005805(2021).</li>
<li>Chen, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((bioresorbable%2C+transparent+microelectrode+arrays+for+multimodal+spatiotemporal+mapping+and+modulation+of+cardiac+physiology%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Adv%22%5BJournal%5D)">bioresorbable, transparent microelectrode arrays for multimodal spatiotemporal mapping and modulation of cardiac physiology.</a> Sci Adv. 9 (27), eadi0757(2023).</li>
<li>Jiang, Y. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rational+design+of+silicon+structures+for+optically+controlled+multiscale+biointerfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Rational design of silicon structures for optically controlled multiscale biointerfaces.</a> Nat Biomed Eng. 2 (7), 508-521 (2018).</li>
<li>Prominski, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porosity-based+heterojunctions+enable+leadless+optoelectronic+modulation+of+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Porosity-based heterojunctions enable leadless optoelectronic modulation of tissues.</a> Nat Mater. 21 (6), 647-655 (2022).</li>
<li>Huang, Y. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioresorbable+thin-film+silicon+diodes+for+the+optoelectronic+excitation+and+inhibition+of+neural+activities%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Bioresorbable thin-film silicon diodes for the optoelectronic excitation and inhibition of neural activities.</a> Nat Biomed Eng. 7 (4), 486-498 (2023).</li>
<li>Balamur, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Capacitive+and+Efficient+Near-Infrared+Stimulation+of+Neurons+via+an+Ultrathin+AgBiS2+Nanocrystal+Layer%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Inter%22%5BJournal%5D)">Capacitive and Efficient Near-Infrared Stimulation of Neurons via an Ultrathin AgBiS2 Nanocrystal Layer.</a> ACS Appl Mater Inter. 16 (23), 29610-29620 (2024).</li>
<li>Karatum, O., Kaleli, H. N., Eren, G. O., Sahin, A., Nizamoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+Stimulation+of+Neurons+with+Quantum+Dots+via+Near-Infrared+Light%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Electrical Stimulation of Neurons with Quantum Dots via Near-Infrared Light.</a> ACS Nano. 16 (5), 8233-8243 (2022).</li>
<li>Han, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photovoltaic+neurointerface+based+on+aluminum+antimonide+nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Comm+Mater%22%5BJournal%5D)">Photovoltaic neurointerface based on aluminum antimonide nanocrystals.</a> Comm Mater. 2 (1), (2021).</li>
<li>Ejneby, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+electrical+stimulation+of+peripheral+nerves+via+deep-red+light+transduced+by+an+implanted+organic+photocapacitor%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Chronic electrical stimulation of peripheral nerves via deep-red light transduced by an implanted organic photocapacitor.</a> Nat Biomed Eng. 6 (6), 741-753 (2022).</li>
<li>Li, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monolithic+silicon+for+high+spatiotemporal+translational+photostimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Monolithic silicon for high spatiotemporal translational photostimulation.</a> Nature. 626 (8001), 990-998 (2024).</li>
<li>Yang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bioinspired+permeable+junction+approach+for+sustainable+device+microfabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Sustain%22%5BJournal%5D)">A bioinspired permeable junction approach for sustainable device microfabrication.</a> Nat Sustain. 7 (9), 1190-1203 (2024).</li>
<li>Shi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monolithic-to-focal+evolving+biointerfaces+in+tissue+regeneration+and+bioelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Chem+Eng%22%5BJournal%5D)">Monolithic-to-focal evolving biointerfaces in tissue regeneration and bioelectronics.</a> Nat Chem Eng. 1 (1), 73-86 (2024).</li>
<li>Shi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Active+biointegrated+living+electronics+for+managing+inflammation%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Active biointegrated living electronics for managing inflammation.</a> Science. 384 (6699), 1023-1030 (2024).</li>
<li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Marangoni+Effect-Driven+Motion+of+Miniature+Robots+and+Generation+of+Electricity+on+Water%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Marangoni Effect-Driven Motion of Miniature Robots and Generation of Electricity on Water.</a> Langmuir. 33 (44), 12609-12615 (2017).</li>
<li>Cogan, S. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+Stimulation+and+Recording+Electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Rev+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Neural Stimulation and Recording Electrodes.</a> Ann Rev Biomed Eng. 10 (1), 275-309 (2008).</li>
<li>Nussinovitch, U., Gepstein, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetics+for+in+vivo+cardiac+pacing+and+resynchronization+therapies%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Optogenetics for in vivo cardiac pacing and resynchronization therapies.</a> Nat Biotechnol. 33 (7), 750-754 (2015).</li>
<li>Hsueh, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiogenic+control+of+affective+behavioural+state%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Cardiogenic control of affective behavioural state.</a> Nature. 615 (7951), 292-299 (2023).</li>
<li>Tian, B. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Macroporous+nanowire+nanoelectronic+scaffolds+for+synthetic+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Macroporous nanowire nanoelectronic scaffolds for synthetic tissues.</a> Nat Mater. 11 (11), 986-994 (2012).</li>
<li>Fang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micelle-enabled+self-assembly+of+porous+and+monolithic+carbon+membranes+for+bioelectronic+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Micelle-enabled self-assembly of porous and monolithic carbon membranes for bioelectronic interfaces.</a> Nat Nanotechnol. 16 (2), 206-213 (2021).</li>
<li>Kay, G. N., Shepard, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulation+and+Excitation+of+Cardiac+Tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Cardiac+Pacing+Defibrillat+Resynchronizat+Ther%22%5BJournal%5D)">Stimulation and Excitation of Cardiac Tissues.</a> Clin Cardiac Pacing Defibrillat Resynchronizat Ther. , 61-113 (2017).</li>
<li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gold-modified+nanoporous+silicon+for+photoelectrochemical+regulation+of+intracellular+condensates%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Gold-modified nanoporous silicon for photoelectrochemical regulation of intracellular condensates.</a> Nat Nanotechnol. , (2025).</li>
<li>Li, P., Kim, S., Tian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beyond+25+years+of+biomedical+innovation+in+nano-bioelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22Device%22%5BJournal%5D)">Beyond 25 years of biomedical innovation in nano-bioelectronics.</a> Device. 2 (7), 100401(2024).</li>
<li>Yang, C., Cheng, Z., Li, P., Tian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+Present+and+Future+Directions+in+Nano-Enhanced+Optoelectronic+Neuromodulation%5BTitle%5D)+AND+%22Acc+Chem+Res%22%5BJournal%5D)">Exploring Present and Future Directions in Nano-Enhanced Optoelectronic Neuromodulation.</a> Acc Chem Res. 57 (9), 1398-1410 (2024).</li>
<li>Prominski, A., Li, P., Miao, B. A., Tian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoenabled+Bioelectrical+Modulation%5BTitle%5D)+AND+%22Acc+Mater+Res%22%5BJournal%5D)">Nanoenabled Bioelectrical Modulation.</a> Acc Mater Res. 2 (10), 895-906 (2021).</li>
<li>Li, P., Kim, S., Tian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoenabled+Trainable+Systems%3A+From+Biointerfaces+to+Biomimetics%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Nanoenabled Trainable Systems: From Biointerfaces to Biomimetics.</a> ACS Nano. 16 (12), 19651-19664 (2022).</li>
<li>Majmudar, A., Kim, S., Li, P., Tian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perspectives+on+non-genetic+optoelectronic+modulation+biointerfaces+for+advancing+healthcare%5BTitle%5D)+AND+%22Med-X%22%5BJournal%5D)">Perspectives on non-genetic optoelectronic modulation biointerfaces for advancing healthcare.</a> Med-X. 2 (1), 18(2024).</li>
<li>Hwang, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Physically+Transient+Form+of+Silicon+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A Physically Transient Form of Silicon Electronics.</a> Science. 337 (6102), 1640-1644 (2012).</li>
<li>Yu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+photoelectrochemical+efficiency+and+stability+using+a+conformal+TiO2+film+on+a+black+silicon+photoanode%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Ener%22%5BJournal%5D)">Enhanced photoelectrochemical efficiency and stability using a conformal TiO2 film on a black silicon photoanode.</a> Nat Ener. 2 (6), 17045(2017).</li>
<li>Kosta, S., Dauby, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frank-Starling+mechanism%2C+fluid+responsiveness%2C+and+length-dependent+activation%3A+Unravelling+the+multiscale+behaviors+with+an+in+silico+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Computat+Bio%22%5BJournal%5D)">Frank-Starling mechanism, fluid responsiveness, and length-dependent activation: Unravelling the multiscale behaviors with an in silico analysis.</a> PLoS Computat Bio. 17 (10), e1009469(2021).</li>
<li>Silverman, D. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heart+Rate-Induced+Myocardial+Ca2%2B+Retention+and+Left+Ventricular+Volume+Loss+in+Patients+With+Heart+Failure+With+Preserved+Ejection+Fraction%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Heart+Assoc%22%5BJournal%5D)">Heart Rate-Induced Myocardial Ca2+ Retention and Left Ventricular Volume Loss in Patients With Heart Failure With Preserved Ejection Fraction.</a> J Am Heart Assoc. 9 (17), e017215(2020).</li>
<li>Zeng, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Printing+thermoelectric+inks+toward+next-generation+energy+and+thermal+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Printing thermoelectric inks toward next-generation energy and thermal devices.</a> Chem Soc Rev. 51 (2), 485-512 (2022).</li>
<li>Rastogi, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+nongenetic+optical+modulation+of+neuronal+activity+using+fuzzy+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci%22%5BJournal%5D)">Remote nongenetic optical modulation of neuronal activity using fuzzy graphene.</a> Proc Natl Acad Sci. 117 (24), 13339-13349 (2020).</li>
</ol>

P.L. i B.T. złożyli wniosek patentowy na produkcję i zastosowanie urządzenia z nanoporowatego krzemu. P.L., C. Y. i B.T. złożyli patent na produkcję i zastosowanie urządzenia z nanoporowatego węgla. P. L. i B. T. złożyli wniosek patentowy na wytwarzanie i zastosowanie elastycznej macierzy mikroelektronowej.

W protokole tym wprowadzono platformę ex vivo serca szczura (ryc. 1A) oraz model I/R, aby zaoferować szybkie i wygodne badania elektrofizjologii na poziomie narządów, aby towarzyszyć szybko rosnącym wysiłkom badawczym i wymaganiom w dziedzinie bioelektroniki38. Szczegółowo opisano wytwarzanie i walidację trzech systemów urządzeń, a mianowicie nanoporowatego krzemu, elastycznych układów wieloelektrodowych i nanoporowatego węgla (rysunki 1B-D), jako punktu odniesienia dla dwukierunkowych badań elektrofizjologicznych. Nanoporowaty krzem umożliwia niską intensywność, pojemnościowość i wysoką stymulację czasoprzestrzenną, elastyczne układy wieloelektrodowe umożliwiają wielokanałowe rejestrowanie i mapowanie aktywności nasierdzia, a nanoporowaty węgiel prowadzi do stymulacji niskonapięciowej i zapisu o wysokiej wartości sygnału do szumu (SNR) w połączeniu z MEA27.
Stymulacja optyczna została wcześniej zademonstrowana przy użyciu optogenetyki, metody, która wymaga modyfikacji genetycznej w celu ekspresji wrażliwych na światło kanałów jonowych w tkankach docelowych33. Chociaż optogenetyka jest skuteczna, wprowadza znaczną złożoność ze względu na potrzebę wektorów wirusowych lub podejść transgenicznych, co budzi obawy dotyczące bezpieczeństwa, etyki i regulacji, szczególnie w przypadku zastosowań klinicznych. W przeciwieństwie do tego, biostymulacja oparta na półprzewodnikach, niegenetyczna oferuje prostszą i bardziej opłacalną translacyjnie alternatywę 39,40,40,42. Materiały takie jak krzem i inne półprzewodniki organiczne umożliwiają bezpośrednią optoelektroniczną modulację tkanek bez zmian genetycznych, wykorzystując pojemnościowe prądy fotologiczne do biobezpiecznej i zrównoważonej stymulacji ładunku. Podejście to osiąga porównywalną lub nawet lepszą wydajność niż optogenetyka pod względem intensywności stymulacji, działając znacznie poniżej progów bezpieczeństwa lasera w celu zminimalizowania uszkodzenia tkanek31,32 (ryc. 8). Niegenetyczny charakter biostymulacji opartej na półprzewodnikach eliminuje bariery związane z modyfikacją genetyczną, torując drogę do szerszego zastosowania w warunkach klinicznych i różnorodnych zastosowań w inżynierii tkankowej i medycynie bioelektronicznej. Jednak urządzenia muszą być starannie zaprojektowane, aby integrować się z tkanką, gdzie należy dokładnie rozważyć biokompatybilność, a także miejsce połączenia w celu skutecznej stymulacji i rejestracji (ryc. 8A-B). Ponadto obecność materiału na powierzchni tkanki może utrudniać obrazowanie w czasie rzeczywistym, chyba że urządzenie można zaprojektować tak, aby było przezroczyste dla okna wzbudzenia-emisji niektórych czynników obrazujących.
Nanoporowaty krzem wyróżnia się wśród fototymulatorów półprzewodnikowych, ponieważ nie wymaga sztucznej elektrody powrotnej, w przeciwieństwie do wcześniej opisanych materiałów26. Ta wyjątkowa właściwość wynika z jego zdolności do tworzenia przestrzennie rozdzielczych obszarów katody i anody w oparciu o rozmiar i lokalizację plamki świetlnej. Oświetlona powierzchnia służy jako miejsce iniekcji katodowej, podczas gdy otaczające ją obszary peryferyjne ułatwiają powrót prądu anodowego. Mechanizm ten umożliwia wielomiejscową stymulację na monolitycznych, bezpikselowych błonach, co pozwala na precyzyjną i miejscową stymulację. Warto zauważyć, że miejscowa stymulacja światłem, a nie globalne oświetlenie, ma kluczowe znaczenie dla tworzenia wydajnych profili stymulacji bipolarnej. Dodatkowo rozmiar urządzenia znacząco wpływa na wydajność; Większe urządzenia generują wyższe prądy w tych samych warunkach stymulacji, co jeszcze bardziej zwiększa ich funkcjonalną wszechstronność.
Awaria stymulacji optycznej może wynikać z różnych czynników, nawet w zdrowych modelach biologicznych, przede wszystkim związanych z integralnością urządzenia i sprzężeniem biointerfejsu. Po pierwsze, dokładna charakterystyka fotoprądów ma kluczowe znaczenie przed stymulacją serca. Niższe niż oczekiwano prądy fotologiczne mogą powstać w wyniku degradacji materiału43 pasywacji tlenkami po długotrwałym przechowywaniu, nadmiernego trawienia podczas procesu barwienia, pęknięć urządzenia podczas przenoszenia lub przenoszenia lub nieprawidłowej orientacji urządzenia podczas łączenia. Aby złagodzić uszkodzenia mechaniczne, PDMS został użyty jako miękkie podłoże do umieszczenia nanoporowatych membran krzemowych, zapewniając ochronę przed potencjalnymi uszkodzeniami spowodowanymi bezpośrednią obsługą pęsetą. Po drugie, niezbędne jest ustanowienie bezproblemowego interfejsu z nasierdziem, które w tej konfiguracji jest perfundowane płynami biologicznymi. Gruba warstwa płynu biologicznego może utrudniać prawidłowe przyleganie i pogarszać skuteczność stymulacji. Aby wzmocnić sprzężenie biointerfejsu, można zastosować bioadhezje42,43 lub szycie w celu ustabilizowania połączenia i zapewnienia niezawodnej stymulacji. Warto zauważyć, że nanoporowaty krzem użyty w naszym badaniu jest biodegradowalny, wspiera tymczasowe aplikacje stymulacyjne, ale pogarsza wydajność w ciągu 1-2 dni w warunkach fizjologicznych. W celu uzyskania długoterminowej stabilności należy rozważyć pasywację powierzchni44 lub zastosowanie trwalszych materiałów półprzewodnikowych.
Podczas stymulacji ex vivo stopniowy wzrost LVP (ryc. 8E) przy wyższych częstotliwościach (np. 4 Hz) prawdopodobnie wynika ze zwiększonej kurczliwości mięśnia sercowego, akumulacji wapnia i mechanizmu Franka-Starlinga45. Podwyższone tempo stymulacji poprawia wewnątrzkomórkowy obieg wapnia i dynamikę napełniania komór, zwiększając napięcie wstępne i siłę skurczu46. Chociaż może to zwiększyć zapotrzebowanie na tlen w mięśniu sercowym i ryzyko arytmii, skutki te można złagodzić poprzez wystarczające wstępne natlenienie, ścisłe monitorowanie EKG i kontrolowane parametry stymulacji. W naszych eksperymentach nie zaobserwowano istotnych działań niepożądanych.
W przypadku zapisu wieloelektrodowego określenie lokalizacji elektrod na sercu i ich względnych położeń w stosunku do elektrody stymulującej ma kluczowe znaczenie dla miarodajnej analizy. Konieczne jest wyeliminowanie przesłuchów między elektrodami, aby zapewnić uchwycenie wyraźnych przebiegów i czasowo rozdzielczych wzorców. Elastyczne układy elektrod zazwyczaj zapewniają dobry interfejs z nasierdziem; Jednak przyczepność można jeszcze bardziej zwiększyć za pomocą jonowo przewodzących powłok adhezyjnych, takich jak cienkie warstwy hydrożelu28,43 w celu poprawy stabilności i jakości sygnału.
Nanostrukturalne materiały grafenowo-węglowe, o dużych powierzchniach do przechowywania i wstrzykiwania ładunku, mogą poprawić wydajność urządzeń bioelektronicznych poprzez zmniejszenie impedancji na złączach elektroda-sól fizjologiczna i zwiększenie możliwości wstrzykiwania ładunku35. Obecne metody wzorowania materiałów grafenowych na elastycznych elektrodach (np. Au) obejmują elektroosadzanie, powlekanie wirowe i sitodruk47. Jednak metody te są zwykle związane ze złożonymi procesami produkcyjnymi, ograniczonymi możliwościami modelowania i zmniejszoną wydajnością ze względu na martwą objętość spoiw. Metodę syntezy laserowej wykorzystano do wygenerowania nanostrukturalnych wzorów węgla na podłożu celulozowym, a następnie przeniesienia ich na inne miękkie warstwy w celu stworzenia zgodnego biointerfejsu, który stanowi łatwy i skuteczny sposób wytwarzania bioelektroniki. Połączenie wzorzystych powłok węglowych o małych rozmiarach geometrycznych aż do poziomu pojedynczego ogniwa, które zwiększyłyby zlokalizowane pole elektryczne, oraz wysoce porowatych struktur membrany węglowej w celu zmniejszenia oporu na granicy elektroda-tkanka, synergistycznie osiągną w przyszłości skuteczną stymulację biologiczną i rejestrację48.
Chociaż jest to wygodny model choroby, model Langendorff ex vivo I/R nie ma interakcji ogólnoustrojowych, izolując serce od odpowiedzi neurohormonalnych i immunologicznych i opiera się na sztucznej perfuzji z, które mogą zmieniać warunki fizjologiczne, takie jak dostarczanie tlenu i funkcja śródbłonka. Jego ograniczona żywotność ogranicza badania do ostrych zdarzeń. Niemniej jednak model oferuje wysoce kontrolowane środowisko z precyzyjnymi regulacjami parametrów i dobrą odtwarzalnością. Umożliwia również pomiar czynności serca w czasie rzeczywistym, co czyni go cennym narzędziem do badania nowych strategii terapeutycznych w chorobie niedokrwiennej serca. Na przykład, można sobie wyobrazić, że urządzenia elektroceutyczne będą wstępnie kondycjonować serce, trenując je do znoszenia trudnych warunków środowiskowych związanych z reaktywnymi formami tlenu (ROS) lub łagodzić poziomy ROS w celu przyspieszenia regeneracji. Skuteczność takich zabiegów można ocenić za pomocą wskaźników, takich jak wzorce bicia serca, krzywe EKG i prędkość przewodzenia. Co więcej, wieloośrodkowa platforma stymulacyjna może dostarczyć informacji przestrzennych na temat zawału mięśnia sercowego, umożliwiając bardziej szczegółową ocenę dotkniętych nim regionów. Podejście to może również wykazać poprawę progów stymulacji, skorelowanych z ciężkością zawału, oferując kompleksowe ramy oceny i optymalizacji terapeutycznej.
Chociaż w protokole podkreślono zastosowanie tych trzech urządzeń w dwukierunkowych modelach serca ex vivo , ich zastosowanie wykracza daleko poza tkanki serca. Urządzenia te można łatwo przystosować do użytku z innymi tkankami lub narządami pobudzającymi elektrycznie, takimi jak tkanki nerwowe, mięśnie szkieletowe i układy pokarmowe, gdzie precyzyjna modulacja elektryczna ma kluczowe znaczenie, co czyni je wszechstronnymi narzędziami zarówno do badań, jak i zastosowań translacyjnych w medycynie bioelektronicznej.

Dziedzina bioelektroniki serca rozwija się szybko, napędzana potrzebą opracowania materiałów i urządzeń, które umożliwiają precyzyjną i wydajną dwukierunkową komunikację z sercem 1,2,3,4. Badania elektrofizjologiczne odgrywają kluczową rolę w tym przedsięwzięciu, dostarczając krytycznych informacji na temat interakcji materiałów z biointerfejsami serca poprzez modulację i wykrywanie. Podczas gdy modele in vitro, takie jak hodowane linie komórkowe HL-1 i pierwotne kardiomiocyty gryzoni, oferują kontrolowane środowisko do wstępnych ocen 5,6,7,8, ich prostota często nie jest w stanie odtworzyć złożonych, dynamicznych warunków życia serca. Modele te nie mają architektury 3D serca, kluczowej dla skoordynowanego przewodnictwa elektrycznego i generowania siły mechanicznej, i nie mogą naśladować rytmicznych cykli skurczowo-relaksacyjnych ani dynamiki perfuzji krytycznejdla dostarczania tlenu i składników odżywczych. Z drugiej strony, modele in vivo dostarczają najbardziej istotnych fizjologicznie informacji, ale wiążą się z poważnymi wyzwaniami etycznymi, administracyjnymi i technicznymi, w tym koniecznością intensywnego szkolenia, wyrafinowanymi konfiguracjami chirurgicznymi i zgodnością z rygorystycznymi ramami regulacyjnymi10.
Aby wypełnić tę lukę, modele serca ex vivo, takie jak perfundowane przez Langendorffa serce dorosłego szczura, stanowią atrakcyjną alternatywę dla badań naukowych11,12. Modele te łączą fizjologiczne znaczenie systemów in vivo z kontrolowalnością i dostępnością konfiguracji in vitro. Izolując serce i utrzymując je w stanie funkcjonalnym, aparat Langendorffa umożliwia naukowcom prowadzenie badań elektrofizjologii serca o wysokiej wierności w precyzyjnie kontrolowanych warunkach. Brak zmiennych ogólnoustrojowych, takich jak bodźce nerwowe i krążące hormony, upraszcza interpretację wyników przy jednoczesnym zachowaniu kluczowych aspektów fizjologii serca. Ponadto modele ex vivo łagodzą wiele problemów etycznych i zmniejszają obciążenie zasobów, co czyni je wszechstronną i praktyczną platformą dla badań translacyjnych13.
Oprócz potencjału translacyjnego, protokół ten wyznacza punkt odniesienia dla oceny wydajności materiałów. Poprzez włączenie reprezentatywnych strategii materiałowych, takich jak platformy optoelektroniczne do bezprzewodowej fotostymulacji oraz systemy elektroniczne do przewodowej stymulacji i rejestracji, ustanawia powtarzalne ramy dla badań porównawczych. Ta standaryzacja nie tylko ułatwia innowacje, ale także zwiększa odtwarzalność i wiarygodność wyników we wszystkich grupach badawczych. W przeszłości wiele wysokowydajnych fotoelektrod i elektrod okazało się bardzo obiecujących dla badań bioelektrycznych, takich jak PEDOT: PSS14, MXene15, tlenki irydu16, platyna17, molibden18, krzem 19,20,21, kropki kwantowe 22,23,24 i półprzewodniki organiczne 25. W tym przypadku protokół ten przedstawia reprezentatywne i najnowocześniejsze materiały, w tym nanoporowaty krzem26, nanoporowaty węgiel27 i elastyczne złote matryce wieloelektrodowe przypominające siatkę (MEA)28,29, integrując się z protokołem w celu zademonstrowania swoich możliwości w dwukierunkowych interfejsach serca. Materiały te umożliwiają stymulację supraprogową o niskiej intensywności, wysoką rozdzielczość czasoprzestrzenną i zapisy o wysokim SNR, pokazując ich potencjał w zakresie rozwoju bioelektroniki serca. Co więcej, włączenie modelu zawału mięśnia sercowego wywołanego urazem I/R zapewnia solidne ramy dla badań istotnych dla choroby i poszukiwań terapeutycznych.
W pracy przedstawiono szczegółowe metody wytwarzania i stosowania zaawansowanych materiałów do bezołowiowej fotostymulacji oraz elektrostymulacji i wykrywania za pomocą serc szczurów ex vivo (ryc. 1A). Nanoporowate membrany krzemowe wytworzono za pomocą modelowania fotolitograficznego, reaktywnego trawienia jonowego (RIE) i uwalniania buforowanego kwasu fluorowodorowego (HF) z płytek krzemowych na izolatorze (SOI) z warstwą urządzenia o grubości 5 μm, a następnie wytrawiania i przenoszenia do miękkich membran polidimetylosiloksanu (PDMS)26. Na potrzeby stymulacji elektrycznej i rejestracji nanoporowaty węgiel opracowano poprzez ablację laserową inkubowanych w soli substratów celulozowych, a następnie transfer fazy wodnej i laminowanie cieplne, oferując lepsze możliwości magazynowania i wstrzykiwania ładunku w porównaniu z tradycyjnymi elektrodami złotymi27. Dodatkowo, elastyczne MEA wyprodukowano na płytkach krzemowych pokrytych poliimidem przy użyciu fotolitografii, metalizacji wiązką elektronów, trawienia, enkapsulacji i procesów uwalniania, aby umożliwić przestrzennie rozdzielczą rejestrację i mapowanie nasierdzia28,29.
Poza produkcją, protokół zapewnia protokół krok po kroku do izolacji, perfuzji, monitorowania i łączenia się z urządzeniami optycznymi i elektrycznymi serca dorosłego szczura. Urządzenia przetestowano na izolowanych sercach, wykazując reprezentatywne wyniki w stymulacji i zapisie do oceny elektrofizjologicznej. Protokół ten wprowadza również metodę tworzenia modelu zawału mięśnia sercowego za pomocą I/R, zwalidowanego przez zapisy fizjologiczne, barwienie i oceny morfologiczne. Ta kompleksowa metodologia ustanawia powtarzalne ramy oceny materiałów i urządzeń w biointerfejsach serca. Rysunek 1B-D przedstawia procesy wytwarzania materiałów do oceny w tym modelu serca ex vivo. Rysunek 2A-C przedstawia oczekiwane wyniki na zdjęciach urządzeń w stanie poprodukcyjnym.

<table><tbody><tr><td>16-kanałowa scena główna</td><td>Technologie Intan</td><td>Zobacz materiał C3334 powiedział:</td><td></td></tr><tr><td>Chlorek 2,3,5-trifenylotetrazolu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T8877-5G</td><td>chlorek trifenylotetrazolu </td></tr><tr><td>2-propanol (IPA) </td><td>Fischer Naukowy</td><td>A451-4</td><td></td></tr><tr><td>Laser 635 nm, 500 mW</td><td>Blask laserowy</td><td>NIE</td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Fischer Naukowy</td><td>A18-4</td><td></td></tr><tr><td>Parownik Angstrom Evovac z wiązką elektryczną</td><td>Angstrem</td><td>NIE</td><td></td></tr><tr><td>Deweloper AZ 300MIF</td><td>Mikrochemikalia</td><td>18441123163</td><td>Wywoływacz</td></tr><tr><td>AZ nlof 2020 </td><td>Mikrochemikalia</td><td>Numer katalogowy 1A002020</td><td></td></tr><tr><td>AZ NMP </td><td>Mikrochemikalia</td><td>NIE</td><td>Środek do usuwania fotorezystu</td></tr><tr><td>AZ40XT-11D </td><td>Mikrochemikalia</td><td>1000300</td><td>Fotorezystor</td></tr><tr><td>Buforowany HF</td><td>Thermo Scientific</td><td>AA44627K2</td><td></td></tr><tr><td>CaCl2.2H2O</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(C3881)</td><td></td></tr><tr><td>Laser CO2 </td><td>Uniwersalne systemy laserowe</td><td>VLS 4.60</td><td></td></tr><tr><td>Przewodząca srebrna farba</td><td>PELCO</td><td>16062</td><td>Przewodząca adhezja między elektrodą a łączącym drutem Cu</td></tr><tr><td>Drut miedziany w obudowie 0,1 mm</td><td>Amazonka</td><td>https://www.amazon.com/Enameled-Temperature-Resistance-Transformers-Inductors/dp/ B09TNM51S5/ref=asc_df_B09 TNM51S5?mcid=155de761ea4 c389ea86d45ba61a83e8d& Tag =Hyprod-20& linkCode=df0& hvadid =693675076770& hvpos=& hvnetw =g& hvrand=664358781094905 4431& hvpone=& hvptwo=& hvqmt =& hvdev=c& hvdvcmdl=& hvlocint =& hvlocphy=9021716& hvtargid= pla-1878323158943& psc=1</td><td></td></tr><tr><td>Digitizer Digidata 1550</td><td>Urządzenia molekularne</td><td>NIE</td><td></td></tr><tr><td>Glukoza</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Kontroler G7021</td><td></td></tr><tr><td>HBSS, bez wapnia, bez magnezu, bez czerwieni fenolowej</td><td>Thermo Scientific</td><td>14175095</td><td></td></tr><tr><td>Heidelberg MLA150 bezpośredni pisarz</td><td>Heidelberg</td><td>NIE</td><td></td></tr><tr><td>heparyna (1000 j.m./kg)</td><td>Sagent Pharmaceuticals</td><td>1009655</td><td></td></tr><tr><td>HEPESY</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(H4034)</td><td></td></tr><tr><td>Heksan </td><td>Sigma Aldrich</td><td>Pojemność 52750-10ML</td><td>Rozpuszczalnik</td></tr><tr><td>HF</td><td>Fisher Naukowy</td><td>A513-500</td><td>Gatunek metalu śladowego</td></tr><tr><td>Piekarnik HMDS Vapor Prime</td><td>Systemy inżynierii plonów</td><td>NIE</td><td></td></tr><tr><td>HNO3 powiedział:</td><td>Fisher Naukowy</td><td>A509P500</td><td>Gatunek metalu śladowego</td></tr><tr><td>Laminator na gorąco</td><td>Magazyn biurowy</td><td>L410-A</td><td>Wielowarstwowa hermetyzacja </td></tr><tr><td>Systemy Intan RHD</td><td>Technologie Intan</td><td>Zobacz materiał C3100</td><td></td></tr><tr><td>iWorx EKG</td><td>iWorx powiedział:</td><td> IA-400D</td><td></td></tr><tr><td>Sonda iWorx LVD</td><td>iWorx powiedział:</td><td>Zobacz materiał BP-100</td><td></td></tr><tr><td>Przedwzmacniacz iWorx</td><td>iWorx powiedział:</td><td>Certyfikat C-ISO-256</td><td></td></tr><tr><td>Kcl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(P4504)</td><td></td></tr><tr><td>Balon lateksowy (rozmiar 4)</td><td>Radnoti powiedział:</td><td>170404</td><td></td></tr><tr><td>MgCl2.7H2O</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(M9272)</td><td></td></tr><tr><td>Zawartość NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(S9625)</td><td></td></tr><tr><td>Nafion 117 zawierający roztwór</td><td>Sigma Aldrich</td><td>31175-20-9</td><td>Odczynnik utrwalający do nanoporowatego wzoru węglowego</td></tr><tr><td>NaH2PO4 powiedział:</td><td>Sigma Aldrich</td><td>(S0751)</td><td></td></tr><tr><td>NaOH powiedział:</td><td>Sigma Aldrich</td><td>221465</td><td></td></tr><tr><td>PDMS (system zarządzania zasobami ludzkimi)</td><td>Fisher Naukowy</td><td>NC9285739</td><td></td></tr><tr><td>Wytrawiacz fluorkowy plazmowy sprzężony indukcyjnie Plasma-Therm</td><td>Plazma-Therm</td><td>NIE</td><td></td></tr><tr><td>PMMA (495 A6) </td><td>Mikrochemikalia</td><td>M130006 </td><td></td></tr><tr><td>poli(piromelityczna dianhydry-Co-4,4'-oksydianilina)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>575801</td><td>Prekursor PI</td></tr><tr><td>Poli(etylen-ko-octan winylu)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Numer katalogowy: 437247-250G</td><td>Polimer do infiltracji</td></tr><tr><td>Poli(alkohol winylowy)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>341584-25G</td><td></td></tr><tr><td>Politereftalan etylenu (PET)</td><td>Amazonka</td><td>Zobacz materiał KS-6304-21-11</td><td>Typ D Przezroczysty arkusz PET .0005 "Grubość x 27" Szerokość x 10 stóp Długość 1 szt</td></tr><tr><td>Potencjostat</td><td>Biologiczne</td><td>SP-200 (wersja angielska)</td><td>Stymulacja elektryczna</td></tr><tr><td>Oprzyj piekarnik</td><td> Wysyłki</td><td>LCC1-15-5</td><td></td></tr><tr><td>Skaningowa mikroskopia elektronowa</td><td>Carl Zeiss</td><td>Drzemlik</td><td>Instrument do charakterystyki morfologicznej</td></tr><tr><td>wafel krzemowy </td><td>Materiały elektroniczne NOVA</td><td>HS39626</td><td></td></tr><tr><td>Klej silikonowy</td><td>Wskaźnik WPI</td><td>KWIK-SIL-S</td><td>Hermetyzacja</td></tr><tr><td>Boran sodu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Zobacz materiał SX0355</td><td></td></tr><tr><td>Wafel SOI</td><td>Ultrasil</td><td>3-10541</td><td>Orient typu: P/B(100) DT:7+/-1um DR:<. 005 Ohmcm HT: 300 +/- 10um HR: 1-30 Ohm Skrzynka: 1um +/- 5% UD-13998 / UH-13962</td></tr><tr><td>SU-8 2002</td><td>Mikrochemikalia</td><td>Seria SU-8 2000</td><td></td></tr><tr><td>Deweloper SU-8</td><td>Mikrochemikalia</td><td>Seria SU-8 2000</td><td></td></tr><tr><td>Klej do mokrych tkanek</td><td>3 mln</td><td>1469SB powiedział:</td><td></td></tr><tr><td>Jakościowa bibuła filtracyjna Whatman, klasa 1</td><td>Sigma Aldrich</td><td>WHA1001150</td><td>Podłoże do modelowania węglowego</td></tr></tbody></table>

dwukierunkowe interfejsy elektryczne i optoelektroniczne w zdrowych i niedokrwionych sercach szczurów ex vivo

Bidirectional Electrical and Optoelectronic Interfaces in Healthy and Ischemic Ex Vivo Rat Hearts

Badania elektrofizjologiczne mają kluczowe znaczenie w badaniu interakcji między materiałami a biointerfejsami serca. Ostatnie osiągnięcia umożliwiły wprowadzenie różnych nowatorskich materiałów przewodnikowych i półprzewodnikowych do dwukierunkowych interfejsów z modelami serca, ułatwiając stymulację o niskiej intensywności wraz z zapisami o wysokim stosunku czasoprzestrzennym i wysokim stosunku sygnału do szumu (SNR). Model serca gryzoni ex vivo służy jako skuteczna platforma do walidacji funkcjonalności nowych materiałów i urządzeń, łącząc wyniki badań in vitro z wglądem translacyjnym, jednocześnie minimalizując problemy etyczne i administracyjne. W tym protokole szczegółowo opisujemy izolację i perfuzję ex vivo serc dorosłych szczurów za pomocą aparatu Langendorffa, ustanawiając precyzyjną dwukierunkową stymulację i rejestrację za pomocą wysokowydajnych półprzewodników i przewodników, w tym nanoporowatego krzemu, nanoporowatego węgla i elastycznych układów mikroelektrod przypominających siatkę. Dodatkowo przedstawiamy model zawału mięśnia sercowego wywołanego uszkodzeniem niedokrwienno-reperfuzyjnym (I/R), oceniany za pomocą wielokanałowego zapisu i mapowania, a także barwienia zawału, umożliwiając badania związane z chorobami serca i potencjalne poszukiwania terapeutyczne. Metodologia ta dostarcza cennych informacji na temat badań nad interfejsem materiałowo-biologicznym oraz rozwoju bioelektroniki serca nowej generacji.

Protokół ten przedstawia zaawansowane metody wytwarzania materiałów i ex vivo badania serca szczurów do optycznego i elektrycznego dwukierunkowego biointerfejsu, umożliwiając precyzyjną stymulację serca, rejestrację i modelowanie zawału na potrzeby badań bioelektronicznych.

Dwukierunkowe interfejsy elektryczne i optoelektroniczne w zdrowych i niedokrwionych sercach szczurów ex vivo

Electrophysiological studies are pivotal in exploring interactions between materials and cardiac biointerfaces. Recent advancements have introduced ...

Opracowaliśmy model serca ex vivo do oceny materiałów optoelektronicznych i elektronicznych do stymulacji i wykrywania serca, łącząc innowacje laboratoryjne z translacyjnymi zastosowaniami bioelektronicznymi. Wypełniamy lukę między in vitro a in vivo, oferując kontrolowany, niegenetyczny model serca ex vivo do oceny zarówno przewodowych, jak i bezprzewodowych materiałów bioelektronicznych w rzeczywistych tkankach. Nasz protokół umożliwia szybkie, powtarzalne testowanie materiałów w całych bijących sercach, łącząc znaczenie fizjologiczne z precyzyjną kontrolą, co jest idealne do porównywania wydajności stymulacji i wykrywania w różnych urządzeniach.Badamy materiały terapeutyczne, które modulują czynność serca i weryfikujemy ich skuteczność w leczeniu zawału mięśnia sercowego za pomocą naszego modelu reperfuzji niedokrwiennej ex vivo. Na początek potwierdź znieczulenie ogólne, szczypiąc jedną z łap znieczulonego szczura i kontynuuj tylko wtedy, gdy nie zaobserwuje się żadnej odpowiedzi. Następnie wykonaj pięciocentymetrowe nacięcie tuż pod klatką piersiową, aby otworzyć klatkę piersiową.Za pomocą nożyczek ostrożnie przetnij przeponę, aby odsłonić serce i płuca. Teraz przetnij żebra po obu stronach, aby całkowicie otworzyć klatkę piersiową. Zabezpiecz otwartą klatkę piersiową przy mostku za pomocą hemostatu.Użyj drugiego hemostatu, aby przytrzymać żyłę główną od dołu serca. Przeciąć pod hemostatem zgiętymi nożyczkami jak najbliżej dna klatki piersiowej, aby usunąć serce. Natychmiast przenieś serce na szalkę Petriego wypełnioną lodowatym HBSS.Napełnij kaniulę i oddzielną szalkę Petriego całkowicie lodowatym HBSS. Przenieś serce na szalkę Petriego, wstępnie wypełnioną buforem do podziału. Użyj pęsety lub nożyczek, aby usunąć płuca i inne tkanki łączne przyczepione do serca.Następnie delikatnie naciśnij serce i prześledź ścieżkę krwi, aby zlokalizować aortę. Jeśli łuk aorty jest zachowany, przeciąć pod pierwszą tętnicą wstępującą. Ostrożnie kanuuluj aortę.Zalać aparat Langendorffa wstępnie natlenionym roztworem roboczym. Otwórz przepływ buforowy i ostrożnie przymocuj kaniulę do aparatu perfuzyjnego, upewniając się, że do systemu nie dostały się pęcherzyki powietrza. Obserwuj, że serce zaczyna się kurczyć, gdy zaczyna się perfuzja.Teraz odetnij część przedsionków lub uszka przedsionka za pomocą małych nożyczek. Przed włożeniem balonu do lewej komory należy go całkowicie opróżnić. Następnie za pomocą podłączonej strzykawki napełnić balon wodą.Następnie podłącz sondy ciśnieniowe BP 100 do linii perfuzyjnej i balonów wypełnionych wodą, aby monitorować odpowiednio ciśnienie w lewej komorze. Wzmocnij wszystkie sygnały wyjściowe, w tym ciśnienie w lewej komorze i EKG, za pomocą wzmacniacza IA-400D. Monitoruj ciśnienie w buforze HEPES Tyrode i dostosuj je tak, aby pozostawało w optymalnym zakresie od 80 do 100 milimetrów słupa rtęci.Zmodyfikuj objętość wody w balonie za pomocą strzykawki, aby ustawić podstawowe ciśnienie w lewej komorze na około 20 milimetrów słupa rtęci. Podłącz elektrody elektrokardiogramu, uziemiając kaniulę i umieszczając przewody elektrod po bokach, na górze lub na wierzchołku serca w zależności od preferencji użytkownika. Napełnij podgrzewaną komorę buforem HEPES Tyrode podgrzanym do 37 stopni Celsjusza.Zanurz serce w komorze i przekręć kurek, aby zatrzymać przepływ bufora, wywołując globalne niedokrwienie. Po 30 minutach niedokrwienia przekręć kurek, aby przywrócić przepływ buforowy i rozpocząć reperfuzję. Pozwól sercu na perfuzję przez 45 minut przed zakończeniem eksperymentu w celu barwienia zawału.Sprawdź powodzenie niedokrwienia, obserwując zmniejszenie częstości akcji serca i nieregularne sygnały EKG. Aby ustanowić dwukierunkowe interfejsy optoelektryczne między urządzeniami a tkanką serca, umieść silikonową membranę optoelektroniczną w pożądanym miejscu stymulacji serca. Pozwól mu samoprzymocować się do nasierdzia za pomocą siły kapilarnej.Podłącz elektrody do systemu rejestracji RHD lub kompatybilnej platformy elektrofizjologicznej. Następnie umieść elastyczne układy wieloelektrodowe na powierzchniach komór izolowanego serca. Teraz zaprogramuj źródło lasera 635 nm z żądaną częstotliwością i cyklem pracy za pomocą sygnałów logicznych tranzystor-tranzystor.Skoncentruj wiązkę laserową na punkcie o średnicy jednego milimetra i wyrównaj ją na membranie silikonowej. Uruchom protokół nagrywania i stymulacji. Stopniowo zwiększaj intensywność lasera, aż do momentu, gdy zaobserwuje się ciągłe nadpisywanie stymulacji serca.Aby ustanowić dwukierunkowe interfejsy elektryczne oparte na elektrodach między urządzeniami a tkanką serca, połącz elektrody stymulacyjne w konfiguracji dwuelektrodowej, umieszczając porowatą elektrodę roboczą z węgla na lewej ścianie komory i przeciwelektrodę na prawej ścianie komory. Za pomocą potencjostatu dostarczaj przebiegi prądu prostokątnego, takie jak dwa miliampery o czasie trwania impulsu wynoszącym jedną milisekundę, aż do osiągnięcia pomyślnego pobudzenia serca. Stworzono platformę na bazie nanoporowatego węgla do efektywnej modulacji elektrycznej lub wykrywania układów kardiologicznych.Po stymulacji czterech herców przy jednym miliamperze. Zarówno złote, jak i nanoporowate złote elektrody pokryte węglem osiągnęły skuteczną stymulację nadbiegu, przy czym wyższe amplitudy elektrokardiogramu zaobserwowano w grupie nanoporowatych węgli. Obie elektrody wykazywały wykładniczy spadek prądu progowego wraz ze wzrostem czasu trwania impulsu.Przy prądzie stymulacji wynoszącym cztery miliampery na centymetr kwadratowy i czasie trwania jednej milisekundy, napięcie progowe wymagane do efektywnego stymulacji wynosiło 1,32 V dla elektrod złotych i 0,90 V dla elektrod pokrytych nanoporowatym węglem. 16-kanałowa, nanoporowata, przeszczepiona węglem złota elektroda znacznie poprawiła wykrywanie sygnału elektrokardiogramu nasierdziowego, poprawiając ośmiokrotnie stosunek sygnału do szumu w porównaniu ze standardowymi elektrodami złotymi. Skuteczna indukcja zawału reperfuzyjnego niedokrwiennego została potwierdzona eksperymentalnie przez barwienie TTC, w którym serca z zawałem wykazywały wyraźne białe obszary reprezentujące uszkodzenie mięśnia sercowego.Podczas monitorowania w czasie rzeczywistym niedokrwienne serca wykazywały znacznie obniżone tętno. Mapowanie wieloelektrodowe serc niedokrwiennych wykazało zmniejszoną prędkość przewodzenia elektrycznego w nasierdziu, na co wskazuje zwiększone opóźnienie sygnału.

bidirectional-electrical-optoelectronic-interfaces-healthy-ischemic

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Niniejszy artykuł opisuje technikę o wysokiej rozdzielczości czasowej i przestrzennej do obrazowania optycznego przemieszczania się potencjału czynnościowego na powierzchni serca szczura perfundowanego metodą Langendorffa z wykorzystaniem barwnika potencjometrycznego (di-8-ANEPPS).

Mapowanie optyczne serc szczurzych perfundowanych metodą Langendorffa

Niniejszy artykuł opisuje podstawowe procedury przeprowadzania eksperymentów mapowania optycznego w sercu królika perfundowanym metodą Langendorffa z wykorzystaniem panoramicznego systemu obrazowania oraz podwójnej modalności obrazowania (napięciowego i wapniowego).

Multiparametryczne mapowanie optyczne serca królika perfundowanego metodą Langendorffa

Celem tego badania było ustalenie metody badania dynamiki serca za pomocą translacyjnego modelu zwierzęcego. Opisane podejście eksperymentalne obejmuje optokardiografię podwójnej emisji w połączeniu z badaniem elektrofizjologicznym w celu oceny aktywności elektrycznej w izolowanym, nienaruszonym modelu serca świni.

Badania optokardiograficzne i elektrofizjologiczne serca perfundowanego ex vivo Langendorffem

Ten protokół opisuje procedurę cięcia i hodowli ludzkich wycinków serca do przedklinicznych testów leków oraz szczegółowo opisuje użycie mapowania optycznego do jednoczesnego rejestrowania napięcia transbłonowego i wewnątrzkomórkowych sygnałów wapnia z tych wycinków.

Przedkliniczna ocena elektrofizjologii serca za pomocą optycznego mapowania dwunapięciowego i wapniowego ludzkich organotypowych wycinków serca

Ten artykuł przedstawia skuteczną metodę przeprowadzenia niedokrwienia mięśnia sercowego i następującej po nim przewlekłej reperfuzji u szczurów przy użyciu minimalnie inwazyjnego podejścia. Ponadto funkcję hemodynamiczną lewej komory szczurów ocenia się za pomocą echokardiografii i izolowanych metod pracy serca.

Półminimalnie inwazyjna metoda indukcji zawału mięśnia sercowego u szczurów i ocena czynności serca przez izolowany działający układ serca

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.

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

Ten protokół wprowadza dwubarwne optyczne mapowanie serc myszy uzyskanych od zwierząt typu dzikiego i knock-in dotkniętych katacholaminergicznym polimorficznym częstoskurczem komorowym, w tym elektrofizjologiczne pomiary napięcia transbłonowego i wewnątrzkomórkowych stanów przejściowych Ca2+ o wysokiej rozdzielczości czasowej i przestrzennej.

Podwójnie barwnikowe mapowanie optyczne serc z myszy RyR2R2474S Knock-In z kataecholaminergicznym polimorficznym częstoskurczem komorowym

Ten protokół ilustruje metodę optogenetycznej stymulacji wewnętrznych neuronów serca w transgenicznych sercach myszy. Opisane podejście służy do badania kinetyki nagłej aktywacji neuronów sercowych w sercach perfundowanych ex vivo oraz interakcji między aktywnością cholinergiczną i katecholaminergiczną.

Optogenetyczna aktywacja wewnętrznych autonomicznych neuronów serca w wyciętych perfundowanych sercach myszy

Opisano trójwymiarowy (3D) system hodowli dla hematopoezy z wykorzystaniem ludzkiej krwi pępowinowej oraz komórek szpiku kostnego z białaczką. Metoda opiera się na zastosowaniu porowatego syntetycznego rusztowania z poliuretanu pokrytego białkami macierzy pozakomórkowej. Rusztowanie to można dostosować do hodowli szerokiego zakresu komórek.

Ex vivo naśladowanie prawidłowej i nieprawidłowej hematopoezy u ludzi

Omówiono metodę, za pomocą której mechaniczne zachowanie in vivo materiałów reagujących na bodźce jest monitorowane w funkcji czasu. Próbki są badane ex vivo przy użyciu testera mikrorozciągania z kontrolą środowiska w celu symulacji środowiska fizjologicznego. Praca ta dodatkowo przyczynia się do zrozumienia zachowania naszego materiału in vivo.

Kontrolowane środowiskowo badania mikrorozciągalności mechanicznie adaptacyjnych nanokompozytów polimerowych do charakterystyki ex vivo

Odkryj metody dwukierunkowych interfejsów elektrycznych i optoelektronicznych w izolowanych sercach szczurów. Protokół obejmuje stymulację, rejestrację EKG i modelowanie zawału mięśnia sercowego.

Dwukierunkowe interfejsy elektryczne i optoelektroniczne w zdrowych i niedokrwionych sercach szczurów ex vivo

Przeglądaj więcej filmów