Gerenciamento Avançado do Ritmo Cardíaco Aplicando Fotoestimulação Optogenética Multi-Site em Corações Murinos

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

doi:10.3791/62335

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Artigo de método

Gerenciamento Avançado do Ritmo Cardíaco Aplicando Fotoestimulação Optogenética Multi-Site em Corações Murinos

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DOI:

10.3791/62335

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26 de agosto de 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

Neste artigo

Resumo

Este trabalho relata um método de controle do ritmo cardíaco de corações murinos intactos de camundongos transgênicos com canalrodopsina-2 (ChR2) utilizando fotoestimulação local com matriz micro-LED e mapeamento óptico simultâneo do potencial de membrana epicárdica.

Resumo

As taquiarritmias ventriculares são uma das principais causas de mortalidade e morbidade em todo o mundo. A desfibrilação elétrica usando choques elétricos de alta energia é atualmente o único tratamento para fibrilação ventricular com risco de vida. No entanto, a desfibrilação pode ter efeitos colaterais, incluindo dor intolerável, danos teciduais e piora do prognóstico, indicando uma necessidade médica significativa para o desenvolvimento de estratégias de manejo do ritmo cardíaco mais suaves. Além das abordagens elétricas redutoras de energia, a optogenética cardíaca foi introduzida como uma ferramenta poderosa para influenciar a atividade cardíaca usando canais iônicos de membrana sensíveis à luz e pulsos de luz. No presente estudo, um método robusto e válido para fotoestimulação bem-sucedida de corações murinos intactos perfundidos de Langendorff será descrito com base na estimulação multi-local aplicando uma matriz 3 x 3 de microdiodos emissores de luz (micro-LED). O mapeamento óptico simultâneo das ondas de tensão da membrana epicárdica permite a investigação dos efeitos da estimulação específica da região e avalia a atividade cardíaca recém-induzida diretamente no local. Os resultados obtidos mostram que a eficácia da desfibrilação é fortemente dependente dos parâmetros escolhidos para a fotoestimulação durante uma arritmia cardíaca. Será demonstrado que a área iluminada do coração desempenha um papel crucial para o sucesso da terminação, bem como a forma como o controle direcionado da atividade cardíaca durante a iluminação para modificar os padrões de arritmia pode ser alcançado. Em resumo, essa técnica oferece a possibilidade de otimizar a manipulação do mecanismo no local no caminho para o controle de feedback em tempo real do ritmo cardíaco e, em relação à especificidade da região, novas abordagens na redução do dano potencial ao sistema cardíaco em comparação com o uso de aplicações de choque elétrico não específicas.

Introdução

Investigações iniciais da dinâmica espaço-temporal durante a arritmia revelaram que os complexos padrões elétricos durante a fibrilação cardíaca são impulsionados por ondas de excitação rotativas semelhantes a vórtices¹. Esse achado deu novos insights sobre os mecanismos subjacentes das arritmias, o que levou ao desenvolvimento de novas terapias de terminação elétrica baseadas na excitação multissítio do miocárdio ^2,3,4. No entanto, os tratamentos que utilizam estimulação elétrica de campo não são locais e podem inervar todas as células excitáveis circ....