Çok parametreli Langendorff perfüze Tavşan Kalp Optik Haritalama
13 Eylül 2011
Bu makale, panoramik görüntüleme sistemi kullanılarak Langendorff perfüze tavşan kalbinde, optik haritalama deneylerini için temel prosedürleri ve ikili (voltaj ve kalsiyum) görüntüleme yöntemidir.
Bu prosedürün genel amacı, langor yöntemiyle perfüze edilmiş tavşan kalbinde optik haritalama tekniklerini kullanarak iletim, repolarizasyon, aritmojenite ve kalsiyum yönetimi gibi kardiyak elektrofizyolojik özellikleri incelemektir. Bu işlem, öncelikle sağlam bir tavşan kalbinin izole edilmesi ve aort üzerinden retrograd perfüzyonunun sağlanmasıyla gerçekleştirilir. Prosedürün bir sonraki adımı, kalp yüzeyinin açığa çıkarılması, eksitasyon-kontraksiyon ayrıştırıcı bir statin kullanılarak kalp kasılmalarının durdurulması ve miyokardın voltaj duyarlı ve kalsiyum floresan indikatörleri kullanılarak uygun şekilde boyanmasıdır.
Ardından, panoramik optik haritalama sistemi kullanılarak ventriküler epikardiyumun büyük bir kısmından optik aksiyon potansiyellerinin kayıtları alınır. Optik sinyaller daha sonra kalbin epikardiyal yüzeyinin yeniden yapılandırılmış 3D geometrisi üzerine haritalanır. Bu adım sırasında, panoramik olmayan çift görüntüleme sistemi kullanılarak optik aksiyon potansiyeli ve kalsiyum geçişi eş zamanlı olarak kaydedilebilir.
Bu prosedür, düzenli ritmin yanı sıra atriyal ve ventriküler aritmi sırasında analiz edilebilen miyokardın uzaysal ve zamansal uyarılması ve repolarizasyonunun yanı sıra kalsiyum yönetimine ait uyumlu özelliklerin kantitatif verilerini sağlar. Merhaba, ben Dr. Iger Eov. St. Louis'teki Washington Üniversitesi'nde biyomedikal mühendisliği profesörüyüm.
Bugün sunduğumuz optik teknik; onlarca, on binlerce aksiyon potansiyelini ve kalsiyum geçişlerini eş zamanlı olarak kaydedebildiği için geleneksel mikro ve mikro elektrogramlara göre birçok avantaja sahip olan benzersiz bir teknolojidir. Dahası, bu teknoloji, herhangi bir elektrogram tarafından kaydedilen aksiyon potansiyellerini şiddetli şekilde bozan elektriksel stimülasyon ve defibrilasyon kaynaklı artefaktlara karşı bağışıklıdır. Ayrıca, kalsiyum geçişleri yalnızca bu teknikle kaydedilebilmektedir.
Başka bir alternatif bulunmamaktadır. Bu yöntem, yaşamı tehdit edenle atrial ve ventriküler aritmilerin indüksiyon, sürdürme ve sonlandırma mekanizmalarının yanı sıra; konjenital kalp hastalığı, metabolik hastalık ve kalp yetmezliği gibi hastalıklarda iletim, uyarılma ve kontraksiyon eşleşmesinin fonksiyonel modellemesi gibi kardiyak elektrofizyoloji alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Cerrahiye hazırlandığında, bir tavşanı sodyum pentobarbital ve heparin karışımıyla ötanize edin.
Tavşan ağrı refleksine yanıt vermeyi bıraktığı anda, göğsünü açın ve kalp ile akciğerleri çıkarın. Aortik arkın tüm dalları başlamadan önce çıkan aortanın üst ucundan bir kesi yapın ve non-resirkülatuar LRF perfüzyon sisteminde Tyro solüsyonu akışını başlatmak için pompayı çalıştırın. Kalbi, LOR perfüzyon sistemine bağlı olan 16 gauge aorta kanülüne hızla yerleştirin.
Tam perfüzyon sağlandığında, aorttaki havayı dışarı atın ve aort kanülünü bağlayın. Vakit kaybetmeden perikardiyumu kesin. Ardından kalbi çevreleyen akciğer trakea yağlarını ve bağ dokularını temizleyin.
İskemiye yol açacak sol ventrikülde sıvı birikimini önlemek çok önemlidir. Bu nedenle, bir pulmoner ven ve mitral kapak üzerinden sol ventriküle silikon bir drenaj tüpü yerleştirin. Şimdi, kanülasyonu yapılmış kalbi, optik haritalama sistemiyle donatılmış lang Andorf resirkülasyon perfüzyon sistemine taşıyın.
Kalbi özel yapım altıgen bir hazneye yerleştirin ve kanülü perfüzyon sistemine bağlayın. Aort basıncını bir basınç transdüseri kullanarak izleyin ve perfüzyon pompasının akış hızını ayarlayarak basıncı 60 ± 5 mmHg civarında tutun. pH değerini 7,35 ± 0,05 civarında koruyun.
Oda ışığını kapatın ve ışığa duyarlı BLEs statin stok çözeltisini, kanülün üzerinde bulunan hava kabarcığı tutucudaki enjeksiyon portu aracılığıyla yavaşça enjekte edin. 10 mikromolar BLEs statin konsantrasyonuna ulaşmak için 0,1 mililitre BLEs statin yavaşça enjekte edin. Her bolus enjeksiyonu için, bir sonraki enjeksiyondan önce basıncın stabilize olmasını bekleyin.
Fotodiyot dizilerini veya PDA'ları kalbin etrafında eşit aralıklarla üç farklı açıya yerleştirin. Ardından, her bir PDA'da kalbin görüntüsünü görüntü düzleminin buzlu camına odaklayın. Kalp, üç PDA'nın da görüş alanına girene kadar altıgen oda içindeki kanülün ve her bir PDA'nın konumunu ayarlayın.
Ardından, buzlu cam üzerindeki odaklanmış her görüntünün fotoğrafını çekin. Hava kabarcığı tuzağındaki enjeksiyon portu aracılığıyla perfüzyon solüsyonuna 10 ila 20 µL D four Anep stok solüsyonu yavaşça enjekte edin. Ve üç dakika bekleyin.
Ardından, pacing elektrodunu nazikçe istenen konuma yerleştirin. Burada elektrot, kalbin anterior görünümünün merkezine yerleştirilmiştir. PDA'lardan eş zamanlı optik kayda başlayın.
Optik sinyalde hareket artefaktı bulunmadığından ve sinyal-gürültü oranının sonraki veri analizi için yeterli olduğundan emin olun. İşlem tamamlandığında, oda ışıklarını açın ve PDA'lardan birinin konumuna yerleştirilmiş bir kamera ile her 10 derecelik rotasyon için bir fotoğraf çekerek kalbin fotoğraf kayıtlarını oluşturun. Ardından perfüzyon sisteminin temizleme işlemine geçin.
Kanüle edilmiş kalbi radyal bir cam hazneye yerleştirin ve kanülü perfüzyon sistemine bağlayın. Kalbi, ventrikül apeksinden ve atriyumlardan haznenin silikon tabanına iğneleyin. Kalbi sabitlemek için oda ışığını kapatın ve çözelti yüzeyinin hareketini azaltmak için enjeksiyon portu üzerinden yavaşça BLE statin enjekte edin.
Epikardiyal yüzeyin üzerine cam bir pencere örtüsü yerleştirin. Prosedürün bu kısmı normalde karanlıkta gerçekleştirilir, ancak burada ışık altında yapılmaktadır. Video görüntüsünü iyileştirmek için çift görüntüleme sistemini kalbin üzerine taşıyın.
Şimdi iki CMO kamerasını aynı görüş alanına odaklayın. Ardından, eksitasyon filtreli iki halojen lamba için ışık kılavuzlarını konumlandırın. Enjeksiyon portu aracılığıyla 10 ila 20 microliters voltaja duyarlı RH 2 37 boyası ekleyerek kalbi boyayın.
Ardından, hava kabarcığı tuzak portu üzerinden, bir bire bir karışım halinde 200 µL road 2:00 AM ile onic F1 27 ekleyin. Haritalama başlamadan önce road 2:00 AM'in DS'leşmesi için yaklaşık 20 dakika bekleyin. Şimdi bir test kaydı yapın.
Çözelti yüzeyinde hareket oluşmasını önlemek için süperfüzyon pompasını kapatın. Halojen lambaları açın ve her iki kameradan optik kayıt alın. Ardından uyarım ışığını kapatın.
Süperfüzyon pompasını çalıştırın ve optik sinyallerin kalitesini kontrol edin. Sinyal zayıfsa, kalbi ek RH 2 37 ve road 2:00 AM ile yeniden boyayın. Hareket artefaktı varsa, hareketi gidermek için ek BLEs statin ekleyin ve her şeyin yolunda olduğundan emin olun. Planlanan deneye devam edin ve sistemi temizleyin.
İşlem tamamlandığında, Lang Endorf perfüzyonlu bir tavşan kalbinin bu ön görünümünü göstermek için panoramik optik haritalama sistemi kullanılmıştır. Karşılaştırma amacıyla, kalbin geometrik yeniden yapılandırması aynı ön görünümü göstermektedir. Burada gösterilen açılmış epikard yüzeyi, faza göre renklerle kodlanmıştır.
Kalp, rotorun çevresindeki beş farklı konumdan kaynaklanan takikardik bir aritmi atağı geçiriyordu. Optik aksiyon potansiyelleri sunuldu. Burada kırmızıyla gösterilen, stabil bir reentry aritmi döngüsü sırasında yayılan bir aktivasyon dalga cephesidir.
Dalga cephesi, kalbin ön yüzeyindeki bir faz tekilliği etrafında saat yönünde döner. Dalga cephelerinin arka yüzeyde görselleştirilebilmesi için repolarizasyon şeffaf mavi renkte gösterilmiştir. Aksiyon potansiyellerinin ve kalsiyum geçişlerinin eş zamanlı haritalamasını göstermek için kalp, çiftli haritalama sistemi kullanılarak analiz edilmiştir.
A, tek bir bölgeden alınan kayıtların yakın çekim görüntüsünde aksiyon potansiyelleri mavi, kalsiyum geçişleri ise kırmızı renktedir. Bu ön görünümdeki noktalarla belirtilen eşit aralıklı bölgelerden alınan örnek izlerin bir dizisi gösterilmiştir. Bu veriler, piksel başına 200 micron x 200 micron optik çözünürlükte toplanmıştır.
Terapiyle ilgili çıkarımlar, elektroterapi sırasında güçlü elektrik stimülasyonlarının etkisini doğrudan görselleştirebildiğimiz için atriyal ve ventriküler 10 K aritmileri için defibrilasyon terapisini genişletmektedir. Bunu yapabilen başka bir alternatif yöntem mevcut değildir. Bu yöntemi kullanarak, atriyal fibrilasyon ve ventriküler taşikardi için yeni, düşük voltajlı ve ağrısız bir defibrilasyon terapisi geliştirmiş ve doğrulamış bulunmaktayız.
Genel Bakış
Bu makale, panoramik bir görüntüleme sistemi kullanılarak Langendorff perfüzyonlu tavşan kalbinde optik haritalama deneylerinin yürütülmesine yönelik prosedürleri açıklamaktadır. Çalışma, iletim ve kalsiyum yönetimi dahil olmak üzere kardiyak elektrofizyolojik özelliklere odaklanmaktadır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Kardiyak Elektrofizyoloji
- Optik Haritalama Teknikleri
- Aritmojenez
Arka Plan
- Optik haritalama, aksiyon potansiyellerinin ve kalsiyum geçişlerinin eş zamanlı olarak kaydedilmesine olanak tanır.
- Bu yöntem, kardiyak fonksiyonlar ve aritmiler hakkında bilgiler sağlar.
- Geleneksel yöntemler, elektriksel stimülasyondan kaynaklanan artefaktlar nedeniyle sınırlı olabilir.
- Çalışmada Langendorff perfüzyonlu tavşan kalbi modeli kullanılmıştır.
Çalışmanın Amacı
- Kardiyak iletiyi, repolarizasyonu ve aritmogenezi incelemek.
- Miyokardiyumdaki kalsiyum yönetimini analiz etmek.
- Eksitasyon ve repolarizasyon dinamikleri hakkında kantitatif veriler sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Tavşan kalbinin izolasyonu ve retrograd perfüzyonu.
- Miyokardın voltaj duyarlı ve kalsiyum floresan indikatörleri ile boyanması.
- Panoramik bir optik haritalama sistemi kullanılarak optik aksiyon potansiyellerinin kaydedilmesi.
- Optik aksiyon potansiyellerinin ve kalsiyum geçişlerinin eş zamanlı çift görüntülemesi.
Ana Sonuçlar
- Miyokardın uzaysal ve zamansal özelliklerine ilişkin nicel veriler.
- Aritmi ve kalp hastalıklarının mekanizmalarına dair içgörüler.
- Optik haritalamanın geleneksel elektrogramlara göre avantajlarının gösterilmesi.
Sonuçlar
- Optik haritalama, kardiyak elektrofizyolojinin incelenmesi için güçlü bir araçtır.
- Bu teknik, aritmi araştırmalarındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir.
- Gelecekteki çalışmalar, kardiyak fonksiyonlar hakkında daha derin bilgiler edinmek için bu yöntemden yararlanabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Yönetici Endüstriyel Uygunluğu
Langendorff perfüzyonlu tavşan kalplerinde optik haritalama, kardiyak elektrofizyolojinin yüksek çözünürlüklü ve artefakt içermeyen görselleştirilmesini sağlayarak aritmi hedef doğrulamadaki mekanistik risk azaltma süreçlerini destekler. Bu yaklaşım, aksiyon potansiyelleri ve kalsiyum transiyentleri hakkında kantitatif uzay-zamansal veriler sunarak ventriküler ve atriyal aritmi preklinik modellerindeki öngörüsel güvenilirliğe doğrudan katkıda bulunur. Yöntem, hastalıkla ilişkili bir sistemde pro-aritmi potansiyeli ve terapötik yanıtın tekrarlanabilir ve ölçeklenebilir değerlendirmesini mümkün kılarak keşif biyolojisi ile translasyonel araştırmalar arasında bir köprü kurar.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: İndüklenmiş aritmiler sırasında reentrant dalga dinamiklerini ve faz tekilliklerini haritalandırarak terapötik hipotezleri sorgular.
- Operasyonel Değer: Eksitasyon-kontraksiyon eşleşme mekanizmalarındaki riskleri azaltmak için eş zamanlı voltaj ve kalsiyum görüntüleme yoluyla fonksiyonel hedef doğrulamasını sağlar.
- Öngörücü Değer: Kontrollü perfüzyon koşulları altında aritmik substrat hassasiyetini nicelleştirerek portföy önceliklendirmesini destekler.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Temel elektrofizyolojik ve kalsiyum yönetimi fenotiplerini belirleyerek, doğrulanmış biyolojik sistemleri sonraki iş akışları için hazırlar.
- Operasyonel Değer: Langendorff perfüzyon kontrolü ve boyama protokolleri aracılığıyla analiz standardizasyonu ve tekrarlanabilirlik konularını ele alır.
- Ölçeklenebilirlik: Eşzamanlı çok bölgeli optik kayıt yapabilen panoramik ve çift görüntüleme sistemleri ile tarama hazırlığını vurgular.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Hastalıkla İlgililik: İnsan uyarılma-kasılma eşleşmesi ve aritmi dalga paternlerine benzerliği kanıtlanmış tavşan kalp modeli kullanır.
- Translasyonel Süreklilik: Düzenli ritim ve aritmi sırasında iletim, repolarizasyon ve kalsiyum yönetiminin kantitatif analizi aracılığıyla keşif bulgularını preklinik doğrulamaya bağlar.
- Riske Göre Ayarlanmış İlerleme: Aritmi indüksiyonu, sürdürülmesi ve sonlandırılmasına ilişkin mekanistik içgörüler sağlayarak go/no-go kararlarını destekler.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Yöntem, hedef doğrulamadan öncü bileşik tanımlamaya ve preklinik değerlendirmeye kadar uzanan keşif sürekliliğine uyum sağlayarak, antiaritmik adayların elektrofizyolojik ve kalsiyum yönetimi profillerine göre yinelemeli olarak rafine edilmesine olanak tanır.
- Keşif Biyolojisi: Aritmojenez sırasında rotor dinamiklerini ve aksiyon potansiyeli kalsiyum geçici değişim ilişkilerini görselleştirerek hipotez testlerini ve yolak aydınlatmalarını destekler.
- Tarama: Uzaysal-zamansal analiz için yeterli sinyal-gürültü oranına sahip, tekrarlanabilir optik sinyal kazanımı yoluyla assay hazır bulunuşluğunu tanımlar.
- Analitik: Eksitasyon ve repolarizasyon dinamiklerinin kantitatif ölçümlerini vurgulayarak karşılaştırmalı durum değerlendirmesine olanak tanır.
- Translasyonel Araştırma: Hastalıkla ilgili aritmi modelleri ve kalp yetmezliği ile metabolik hastalıklara ilişkin kalsiyum yönetimi içgörüleri aracılığıyla yöntemi preklinik sürekliliğe bağlar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Optik haritalama sistemini, standardize edilmiş perfüze kalp preparasyonunda birden fazla bileşiği veya genetik modifikasyonu değerlendirmek için yeniden kullanılabilir bir platform olarak kurgular.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Hedef doğrulamada öngörücü güven, aritmi mekanizmalarındaki mekanistik belirsizliğin azaltılması.
- Operasyonel Değer: Elektrofizyolojik ve kalsiyum geçici durum ölçümlerinin standardizasyonu, tekrarlanabilirliği ve ölçeklenebilirliği.
- Stratejik Değer: Kardiyovasküler programlarda daha iyi devam/durdur kararları, sermaye verimliliği ve geç evre biyolojik risklerin azaltılması.
- Portföy Etkisi: Kantitatif aritmi riski verilerine dayalı, riske göre ayarlanmış önceliklendirme ve ilerletme kararları.
Uygulama Hususları
- Kardiyak izolasyon, Langendorff perfüzyonu ve floresan boya kullanımı konularında uzmanlık gerektirir.
- Fotodiyot dizileri veya CMOS kameralar içeren optik haritalama sistemlerine, ışık kaynaklarına ve perfüzyon basınç kontrolüne ihtiyaç duyar.
- Boyama protokollerinin, eksitasyon-kontraksiyon eşleşmeme durumunun ve sinyal toplama parametrelerinin ekipler arası standartlaştırılmasını gerektirir.
- Tavşan kalplerinin ötesine geçildiğinde, türe özgü akış hızları, optik düzenekler ve boya yüklemesi için adaptasyon değerlendirmelerini içerir.
- Boya fotobeyazlaması, hareket artefaktı duyarlılığı ve deneyler sırasında hassas sıcaklık ve pH koruma gereksinimi gibi pratik kısıtlamaları kapsar.
