يهدف هذا البروتوكول إلى وصف منهجية جديدة لقياس معدل إطلاق القلب الجوهري باستخدام تسجيل صفيف microelectrode لأنسجة العقدة الصينية الصناعية بأكملها لتحديد عيوب صنع الإيقاع في الفئران. يمكن أيضا إدخال العوامل الدوائية في هذه الطريقة لدراسة آثارها على صنع الإيقاع الجوهري.
العقدة سينواري (SAN)، وتقع في الأذين الأيمن، يحتوي على خلايا منظم ضربات القلب في القلب، والخلل الوظيفي في هذه المنطقة يمكن أن يسبب عدم دقات القلب أو بطء القلب. تحديد موثوق بها من عيوب صنع ضربات القلب يتطلب قياس معدلات ضربات القلب الجوهرية من خلال منع إلى حد كبير تأثير الجهاز العصبي اللاإرادي، والتي يمكن أن تخفي العجز معدل. وتشمل الطرق التقليدية لتحليل وظيفة تنظيم ضربات القلب الجوهرية الحصار اللاإرادي الناجم عن المخدرات لقياس معدلات ضربات القلب في الجسم الحي، وتسجيلات القلب المعزولة لقياس معدلات ضربات القلب الجوهرية، وشريط sinoatrial أو تسجيلات المشبك التصحيح خلية واحدة من خلايا منظم ضربات القلب sinoatrial لقياس معدلات إطلاق النار المحتملة العمل العفوي. ومع ذلك، يمكن أن تكون هذه التقنيات التقليدية أكثر تحديا من الناحية الفنية ويصعب تنفيذها. هنا ، نقدم منهجية جديدة لقياس معدل إطلاق القلب الجوهري من خلال إجراء تسجيلات صفيف microelectrode (MEA) لتحضيرات العقدة الصينية الكاملة من الفئران. وتتألف MEAs من microelectrodes متعددة مرتبة في نمط يشبه الشبكة لتسجيل في إمكانات حقل خارج الخلية المختبر. الطريقة الموصوفة هنا لديها ميزة مجتمعة لكونها أسرع نسبيا، أبسط، وأكثر دقة من النهج السابقة لتسجيل معدلات ضربات القلب الجوهرية، مع السماح أيضا الاستجواب الدوائية سهلة.
القلب هو جهاز معقد تحكمه كل من التأثيرات القلبية الجوهرية والخارجية مثل تلك التي تنشأ في الدماغ. العقدة سينواتي (SAN) هي منطقة محددة في القلب التي تضم خلايا منظم ضربات القلب (يشار إليها أيضا باسم الخلايا الصينية، أو خلايا SA) المسؤولة عن بدء وإدامة ضربات القلب الثديية1،2. معدل ضربات القلب الجوهري هو المعدل الذي تدفعه خلايا تنظيم ضربات القلب دون تأثير من التأثيرات القلبية أو العصبية الفكاهية الأخرى ، ولكن التدابير التقليدية لمعدل ضربات القلب في البشر والحيوانات الحية ، مثل تخطيط القلب الكهربائي ، تعكس كل من منظم ضربات القلب والتأثيرات العصبية على القلب. التأثير العصبي الأبرز على خلايا SA هو من الجهاز العصبي اللاإرادي ، والذي يعدل باستمرار أنماط إطلاق النار لتلبية المتطلبات الفسيولوجية للجسم3. دعم هذه الفكرة، يمكن العثور على كل من التوقعات متعاطفة وشبه متعاطفة بالقرب من سان4. الجهاز العصبي القلبي الجوهري (ICNS) هو تأثير عصبي مهم آخر حيث plexi ganglionated، وتحديدا في الأذين الأيمن، innervate وتنظيم نشاط سان5،6.
فهم العجز في صنع الإيقاع مهم سريريا، حيث أن الخلل الوظيفي يمكن أن يكون وراء العديد من اضطرابات القلب، فضلا عن المساهمة في خطر حدوث مضاعفات أخرى. متلازمة الجيوب الأنفية المريضة (SSS) هي فئة من الأمراض التي تتميز بخلل وظيفي في العقدة الصينية التي تعوق صنع الإيقاع السليم7،8. SSS يمكن أن تقدم مع بطء القلب الجيوب الأنفية, توقف الجيوب الأنفية, اعتقال الجيوب الأنفية, كتلة الخروج سيناوي, وبالتناوب bradyarrythmias وtachyarrhythmias 9 ويمكن أن يؤدي إلى مضاعفات بما في ذلكزيادة خطر السكتة الدماغية الانسدادية والموت المفاجئ8,10. أولئك الذين يعانون من متلازمة بروغادا, اضطراب القلب تميزت الرجفان البطيني مع زيادة خطر الوفاة القلبية المفاجئة, هم أكثر عرضة للأحداث غير صحية إذا كان لديهم أيضا خلل سان comorbid11,12. قد يكون للخلل الصناعي الصيني أيضا عواقب فسيولوجية تتجاوز القلب. على سبيل المثال، وقد لوحظ SSS لتحريك المضبوطات في المريض بسبب نقص الترويةالدماغية 13.
لتحديد العجز في صناعة الإيقاع sinoatrial ، ومعدلات القلب الجوهرية تحتاج إلى تحديد من خلال قياس نشاط سان دون تأثير الجهاز العصبي اللاإرادي أو العوامل الفكاهية. سريريا، وهذا يمكن أن يكون تقريبيا عن طريق الحصار اللاإراديالدوائية 14،ولكن يمكن أيضا تطبيق هذه التقنية نفسها في نماذج الثديياتلدراسة وظيفة القلب الجوهرية 15،16. في حين أن هذا النهج يمنع جزءا كبيرا من التأثيرات العصبية المساهمة ويسمح بإجراء فحص القلب في الجسم الحي ، فإنه لا يقضي تماما على جميع التأثيرات الخارجية على القلب. تقنية بحثية أخرى تستخدم لدراسة وظيفة القلب الجوهرية في النماذج الحيوانية هي تسجيلات القلب المعزولة باستخدام قلوب Langendorff perfused ، والتي تنطوي عادة على قياسات باستخدام الكتروجرامات ، وسرعة ، أو صفائف متعددة الأقطاب epicardial17،18،19،20. في حين أن هذه التقنية هي أكثر تحديدا لوظيفة القلب لأنه ينطوي على إزالة القلب من الجسم، قد لا تزال تتأثر القياسات من قبل آليات التنظيم الذاتي الميكانيكية الكهربائية التي يمكن أن تؤثر على قياسات معدل ضربات القلبالجوهرية 21. تسجيلات القلب المعزولة قد لا تزال تتأثر أيضا التنظيم اللاإرادي من خلال ICNS5,6,22,23. وعلاوة على ذلك، الحفاظ على درجة حرارة ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية للقلب، وهو أمر بالغ الأهمية لقياس وظيفة القلب، يمكن أن يكون من الصعب في القلب المعزول النهج20. وهناك طريقة أكثر مباشرة لدراسة وظيفة سان هو عزل أنسجة سان على وجه التحديد وقياس نشاطها. ويمكن تحقيق ذلك من خلال شرائط سان (أنسجة سان معزولة) أو معزولة SAN خلايا منظم ضربات القلب24,25. كلاهما يتطلب درجة عالية من التدريب التقني، كما SAN هي منطقة صغيرة جدا ومحددة للغاية، وعزل الخلايا يشكل تحديا أكبر لأن الانفصال يمكن أن تلحق الضرر بالصحة العامة للخلية إذا لم يتم تنفيذها بشكل صحيح. وعلاوة على ذلك، تتطلب هذه التقنيات مهارات الخبراء الكهربية من أجل تسجيل بنجاح من الأنسجة أو الخلايا باستخدام الخلايا الدقيقة تسجيل الفردية.
في هذا البروتوكول، نقوم بوصف تقنية لتسجيل SAN في المختبر باستخدام صفيف microelectrode (MEA) للحصول على قياسات معدل ضربات القلب الجوهرية. هذا النهج لديه ميزة جعل التسجيلات الكهربية محددة للغاية في متناول الباحثين الذين يفتقرون إلى skillsets الكهربية المكثفة. وقد سبق أن استخدمت MEAs لدراسة وظيفة cardiomyocyte في الثقافات القلبية الأولية26،27،28،29،30،31،32، أوراق القلب33،34،35،36،37،38،39، والأنسجة كلها يتصاعد40، 41،42،43،44،45،46،47. كما تم القيام بعمل سابق لدراسة الإمكانات الميدانية في أنسجة سان41،42. هنا ، ونحن نقدم منهجية لاستخدام MEA لتسجيل وتحليل مورين الجوهرية سان معدلات اطلاق النار. ونحن نصف أيضا كيف يمكن استخدام هذه التقنية لاختبار الآثار الدوائية للأدوية على معدلات إطلاق سان الجوهرية من خلال توفير تجربة عينة تبين آثار 4-aminopyridine (4-AP), والجهد بوابات K+ مانع القناة. باستخدام المعالم التشريحية المحددة، يمكننا تسجيل سان بدقة دون الحاجة إلى إجراء تشريح الأنسجة واسعة النطاق أو عزل الخلايا المطلوبة في أساليب أخرى. في حين أن MEA يمكن أن تكون باهظة التكلفة ، فإن التسجيلات توفر مقاييس محددة وموثوقة للغاية من صنع الإيقاع التي يمكن استخدامها في مجموعة واسعة من تطبيقات البحوث السريرية والفسيولوجية.
ممارسة واتقان عملية تشريح سان أمر حتمي لأن الأنسجة هشة والأنسجة السليمة ضرورية لتسجيل ناجح. أثناء تشريح سان، التوجه الصحيح ضروري للحصول على المنطقة المناسبة من الأنسجة. ومع ذلك ، يمكن بسهولة فقدان التوجه الأصلي للقلب أثناء عملية التشريح ، مما يعقد هذا المسعى. لذلك ، لضمان التوجه الصحيح بي…
The authors have nothing to disclose.
تم تمويل هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة، وأرقام المنح R01NS100954 وR01NS099188.
4-Aminopyridine | Sigma | A78403-25G | |
22 gauge syringe needle | Fisher Scientific | 14-826-5A | Used for dissection |
23 gauge syringe needle | Fisher Scientific | 14-826-6C | Used for dissection |
60mm Petri Dishes | Genesee Scientific | 32-105G | |
500mL Pyrex Bottle | Fisher Scientific | 06-414-1C | Used to store solutions |
1000 mL Pyrex Bottle | Fisher Scientific | 06-414-1D | Used to store solutions |
Bone Forceps | Fine Science Tools | 16060-11 | |
Calcium chloride dihydrate (CaCl2·2H2O) | Sigma-Aldrich | C5080-500G | |
Carbogen (95% O2, 5% CO2) | |||
Castroviejo Scissors, 4" | Fine Science Tools | 15024-10 | |
D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G7021-1KG | |
Data Acquisition PC | CPU: Intel Xeon or Intel Core i7, Memory: 8GB, HDD: 1TB, Graphic Card: NVIDIA or On-board, Screen: 1920×1080 | ||
Dissection Microscope | Jenco | ||
Dissecting Pins | Fine Science Tools | 26002-20 | |
Dumont #2 Laminectomy Forceps | Fine Science Tools | 11223-20 | |
Dumont #55 Forceps | Fine Science Tools | 11295-51 | |
Extra Fine Graefe Forceps | Fine Science Tools | 11152-10 | |
Glass Chamber | Grainger | 49WF30 | Used for mouse euthanization |
Harp Anchor Kit | Warner Instruments | SHD-22CL/15 WI 64-0247 | |
HCl | Fisher Chemicals | SA48-4 | Used for pH balancing |
Hemostat | Fine Science Tools | 13013-14 | |
Heparin | Aurobindo Pharma Limited IDA, Pashamylaram | NDC 63739-953-25 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-250G | |
Inverted Microscope | Motic | AE2000 | |
Isoflurane | Patterson Veterinary | 07-893-1389 | |
Lab Tape | Fisher Scientific | 15-950 | |
Light for Dissection Microscope | Dolan-Jenner | MI150DG 660000391014 | |
Magesium chloride (MgCl2) | Sigma-Aldrich | 208337-100G | |
MED64 Head Amplifier | MED64 | MED-A64HE1S | |
MED64 Main Amplifier | MED64 | MED-A64MD1A | |
MED64 Perfusion Cap | MED64 | MED-KCAP01 | |
MED64 Perfusion Pipe Holder Kit | MED64 | MED-KPK02 | |
MED64 ThermoConnector | MED64 | MED-CP04 | |
Mesh | Warner Instruments | 640246 | |
Microelectrode array (MEA) | Alpha Med Scientific | MED-R515A | |
Mobius Software | WitWerx Inc. | Specific software for the MED64 | |
NaOH | Fisher Chemicals | S320-500 | Used for pH balancing |
Normal Saline | Ultigiene | NDC 50989-885-17 | |
Paint Brush | Fisher Scientific | NC1751733 | |
Parafilm | Genesee Scientific | PM-996 | |
Peristaltic Pump | Gilson | F155009 | |
Peristaltic Pump Tubing | Fisher Scientific | 14-171-298 | 1/8'' Interior Diameter |
Polyethyleneimine | Sigma | P3143 | |
Potassium chloride (KCl) | Sigma-Aldrich | P9333-500G | |
Potassium phosphate monobasic (KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P5655-500G | |
Sodium Bicarbonate | Sigma | S6297 | |
Sodium chloride (NaCl) | Fisher Scientific | S671-3 | |
Sylgruard Elastomer Kit | Dow Corning | 184 SIL ELAST KIT 0.5KG | |
Sodium Phosphate Monobasic | Sigma | S6566 | |
Sodium tetraborate | Sigma | S9640 | |
Surgical Scissors | Fine Science Tools | 14074-09 | |
Transfer Pipets (3mL graduated) | Samco Scientific | 225 |