As arritmias são muito comuns e clinicamente altamente relevantes; no entanto, o tratamento atual permanece amplamente insuficiente, uma vez que a maioria das estratégias terapêuticas se concentra apenas nos sintomas, em vez de direcionar os mecanismos causais das arritmias. Assim, uma melhor compreensão dos complexos mecanismos da doença é urgentemente necessária para desenvolver tratamentos novos, inovadores e causais.
O objetivo da atual coleção de métodos JoVE é fornecer um conjunto imparcial e diversificado de protocolos que permitam investigar de forma abrangente vários aspectos da arritmogênese.
A homeostase do cálcio alterada é uma das características da arritmogênese, mas ainda é difícil de investigar, uma vez que vários aspectos precisam ser considerados, cada um exigindo técnicas específicas para estudo 1,2. Nesta coleção de métodos, Tomsits et al. fornecem um protocolo que permite o isolamento de cardiomiócitos atriais e ventriculares de um mesmo camundongo e o estudo da corrente de cálcio do tipo L e dos transientes de cálcio simultaneamente3. Assim, este protocolo permite que os pesquisadores investiguem os distúrbios do cálcio de forma mais global e, ao mesmo tempo, reduzam o número de animais, o que representa uma melhoria científica e ética significativa.
No entanto, o remendo de célulasisoladas permanece complexo, trabalhoso e de baixo rendimento Para resolver isso, Seibertz et al. fornecem um protocolo usando um corante sensível à voltagem para medir os potenciais de ação em cardiomiócitos derivados de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos5. Como a técnica não precisa de treinamento extensivo (conforme necessário para patch clamping) e pode ser aplicada usando uma configuração experimental de custo relativamente baixo, este protocolo tem amplas aplicações.
Além dos cardiomiócitos, outros tipos celulares (por exemplo, fibroblastos ou macrófagos) também desempenham um papel importante na eletrofisiologia 6,7,8. Para investigar os efeitos específicos do tipo de célula no sistema de condução, Xia et al. fornecem um guia passo a passo para identificar o nó sinusal (SAN) e o nó atrioventricular (AVN) em camundongos 9,10 seguido de microdissecção e classificação de células ativadas por fluorescência (FACS) para isolar e estudar macrófagos9 ou por imagem de imunofluorescência de montagem total. Isso permite a identificação de diferentes tipos celulares, a avaliação da estrutura tridimensional e o estudo da expressão proteica específica do tipo celular dentro do SAN/AVN10.
Além disso, os registros de multi-eletrodo array (MEA) podem ser realizados em preparações de montagem completa, conforme apresentado por Kumar et al.11. Este método é um excelente complemento para as técnicas utilizadas atualmente, pois é relativamente rápido e simples e também oferece resolução espacial superior. Permite intervenções farmacológicas e pode ser facilmente aplicado a outras regiões específicas do coração (por exemplo, a NAV).
O sistema nervoso autônomo desempenha um papel essencial na eletrofisiologia12,13,14 e existem estratégias de tratamento, como a simpatectomia 15,16,17,18 ou a ablação dos gânglios cardíacos 19. No entanto, a base mecanicista ainda é amplamente desconhecida, especialmente porque as estruturas anatômicas do sistema nervoso autônomo não são facilmente acessíveis em camundongos. Nesta edição, Scherschel et al. fornecem um protocolo que permite a identificação e dissecção dos gânglios estrelados em camundongos para estudar a expressão gênica e proteica em vários tipos de células20. Isso permitirá o estudo de novos aspectos da remodelação autonômica.
Estudar eletrofisiologia em nível celular é fundamental para estudar os mecanismos fundamentais. No entanto, estudos in vivo em modelos animais ainda são necessários para validar os achados celulares e confirmar a relevância (pato)fisiológica das estruturas-alvo identificadas21. Os camundongos são os mais amplamente utilizados, mas especialmente a geração de camundongos transgênicos é complexa. Nesta edição, Shimura et al. apresentam um protocolo usando a edição de genes CRISPR-Cas9 para estudar especificamente os complexos papéis regulatórios de proteínas truncadas e seus efeitos in vivo. Para isso, eles geraram um modelo de camundongo transgênico que abriga uma mutação de ponto único no gene GJA1 que codifica a conexina-43. Isso resulta em uma expressão regular do Cx43 de comprimento total, mas uma expressão reduzida de um Cx4322 truncado.
Uma das principais limitações dos estudos in vivo é a necessidade de anestesiar os animais durante os experimentos, o que pode afetar vários parâmetros eletrofisiológicos e, portanto, não representar a situação 'verdadeira'23,24. Os dispositivos telemétricos, por outro lado, permitem o estudo de camundongos acordados e em movimento livre por longos períodos de várias semanas a meses25,26. Rötzer e col. descrevem como implantar dispositivos telemétricos para registrar a frequência cardíaca e a pressão arterial simultaneamente em camundongos, o que permite especificamente a investigação do sistema nervoso autônomo e da sensibilidade barorreflexa27.
Embora os dispositivos de telemetria sejam ferramentas muito poderosas, um grande desafio permanece: como analisar esses grandes conjuntos de dados. Para resolver essa questão, Tomsits et al. desenvolvem um protocolo para analisar registros telemétricos de ECG de maneira semiautomáticapadronizada 28. Seguindo seu protocolo, os pesquisadores podem obter parâmetros fundamentais de ECG (por exemplo, frequência cardíaca ou intervalo PR) e rastrear arritmias definidas individualmente (por exemplo, pausas, bradicardia/taquicardia). É importante ressaltar que eles também discutem os desafios e armadilhas do registro e análise de ECGs telemétricos, incluindo algumas orientações para melhorar a qualidade do sinal.
Dispositivos médicos recém-desenvolvidos, como próteses valvares, são exaustivamente testados em modelos animais antes de sua aplicação em pacientes humanos29. No entanto, estudos em animais saudáveis podem não se traduzir perfeitamente em pacientes humanos, especialmente aqueles que foram submetidos a uma cirurgia prévia30,31. Para superar essas limitações, Grab et al. fornecem um protocolo para impressão 3D de modelos cardíacos individuais específicos do paciente32. Seus modelos são elásticos e se assemelham a propriedades biomecânicas, bem como características hemodinâmicas semelhantes a pacientes humanos; Esses modelos permitem o ensino de médicos, o teste de novos procedimentos ou dispositivos intervencionistas e o planejamento de estratégias de tratamento individualizadas, especialmente em pacientes com anatomia complexa.
Os protocolos fornecidos nesta coleção de métodos JoVE apoiarão muitos pesquisadores no estudo de eletrofisiologia e arritmias. A principal força desta coleção é que ela fornece melhorias e inovações para tecnologias tradicionais, mas também demonstra novas abordagens para estudar vários aspectos da arritmogênese. Esta coleção ajudará, portanto, a ampliar nossa compreensão dessas doenças complexas e, finalmente, a desenvolver terapias inovadoras para pacientes com arritmias.