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 perfüze tavşan kalbinde optik haritalama tekniklerini kullanarak iletim, repolarizasyon, aritmogenez ve kalsiyum işleme gibi kardiyak elektrofizyolojik özellikleri incelemektir. Bu, önce aort yoluyla sağlam bir tavşan kalbinin izole edilmesi ve retrograd perfüze edilmesiyle gerçekleştirilir. Prosedürün bir sonraki adımı, kalbin yüzeyini açığa çıkarmak, kalbin kasılmalarını ortadan kaldırmak, Coler BLE'lerin statininde uyarma kasılması kullanmak ve voltaja duyarlı ve kalsiyum floresan göstergeleri kullanarak miyokardiyumu uygun şekilde boyamaktır.
Daha sonra panoramik optik haritalama sistemi kullanılarak ventriküler epikardın çoğundan optik aksiyon potansiyellerinin kayıtları yapılır. Optik sinyaller daha sonra kalp epikardiyal yüzeyinin yeniden yapılandırılmış bir 3D geometrisi üzerine eşlenir. Bu adım sırasında, optik aksiyon potansiyeli ve geçici kalsiyum, panoramik olmayan çift görüntüleme sistemi kullanılarak aynı anda kaydedilebilir.
Bu prosedür, uzamsal ve temporal miyokard, uyarma ve repolarizasyonun yanı sıra, düzenli ritim ve atrikül aritmi sırasında analiz edilebilen kalsiyum işlemenin uyumlu özelliklerinin kantitatif verilerini sağlar. Merhaba, benim adım Dr.Iger Eov. St.Louis'deki Washington Üniversitesi'nde biyomedikal mühendisliği profesörüyüm.
Bugün sunduğumuz optik teknik, geleneksel mikro ve mikro elektrogramlara göre bir takım avantajlara sahip benzersiz bir teknolojidir, çünkü aynı anda onlarca, on binlerce aksiyon potansiyelini ve kalsiyum geçişini kaydedebilir. Ayrıca, bu teknoloji, herhangi bir elektrogram tarafından kaydedilen aksiyon potansiyellerini güçlü bir şekilde bozan elektriksel stimülasyon ve defibrilasyon ile sunulan artefaktlara karşı bağışıktır. Ayrıca, kalsiyum geçişleri sadece bu teknikle kaydedilebilir.
Sadece alternatif yok. Bu yöntem, yaşamı tehdit eden atriyal ve ventriküler aritmilerin indüksiyonu, bakımı ve sonlandırılması mekanizmaları gibi kardiyak elektrofizyoloji alanındaki temel soruların yanı sıra konjenital kalp hastalığı, metabolik hastalık ve kalp yetmezliği gibi hastalıklarda iletim ve uyarma ve konstrüksiyon eşleşmesinde fonksiyon modellemesinin yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Ameliyat için hazırlandıktan sonra, bir tavşanı sodyum pentobarbital ve heparin kokteyli ile ötenazi yapın.
Tavşan bir ağrı refleksine cevap vermez cevap vermez, göğsünü açın ve kalbi ve akciğerleri çıkarın. Aort arkının tüm dalları, devridaim yapmayan LRF perfüzyon sisteminde Tyro çözeltisinin akışını başlatmak için pompayı açmadan önce çıkan aortun üst ucunda bir kesi yapın. Kalbi LOR perfüzyon sistemine bağlı 16 gauge aort kanülüne hızlı bir şekilde monte edin.
Aorttaki havayı boşaltın ve tamamen perfüze olduktan sonra aort kanülünü bağlayın. Perikardı kesmek için zaman kaybetmeyin. Daha sonra kalbi ve bağ dokularını çevreleyen akciğer trakea yağını çıkarın.
Sol ventrikülde iskemiye neden olacak sıvı birikimini önlemek çok önemlidir. Bu nedenle, bir pulmoner ven ve mitral kapaktan ve sol ventriküle silikon bir drenaj tüpü yerleştirin. Şimdi kanül ile kalbi optik haritalama sistemi ile donatılmış devridaim lang Andorf perfüzyon sistemine taşıyın.
Kalbi özel yapım altıgen bir odaya yerleştirin ve kanülü perfüzyon sistemine bağlayın. Bir basınç dönüştürücü kullanarak aort basıncını izleyin ve perfüzyon pompasının akış hızını ayarlayarak yaklaşık 60 artı veya eksi beş milimetre cıvada tutun. PH'ı 7.35 artı veya eksi 0.05 civarında tutun.
Oda ışığını kapatın ve ışığa duyarlı BLE'lerin statin stok solüsyonunu kanülün üzerinde bulunan hava kabarcığı tutucudaki enjeksiyon portundan yavaşça enjekte edin. 10 mikromolar BLE statin konsantrasyonuna ulaşmak için, yavaşça 0.1 mililitre BLEs statin enjekte edin. Her bolus enjeksiyonu için, bir sonraki enjeksiyondan önce basıncın stabilize olmasını bekleyin.
Foto diyot dizilerini veya PDA'ları kalbin etrafında eşit aralıklarla üç açıyla konumlandırın. Daha sonra her PDA'da, kalbin görüntüsünü görüntü düzleminin buzlu camına odaklayın. Kanülün altıgen odadaki ve her PDA'daki konumunu, kalp üç PDA'nın da görüş alanına sığana kadar ayarlayın.
Ardından, buzlu cam üzerinde odaklanılan her görüntünün bir fotoğrafını çekin. 10 ila 20 mikrolitre D dört Anep stok solüsyonunu, hava kabarcığı tuzağındaki enjeksiyon portundan perfüzyon solüsyonuna yavaşça enjekte edin. Ve üç dakika bekleyin.
Ardından, ilerleme hızı elektrodunu yavaşça istenen konuma yerleştirin. Burada kalbin ön görünümünün merkezine yerleştirilir. PDA'lardan eş zamanlı optik kayıt yapmaya başlayın.
Optik sinyalde hareket artefaktları olmadığından ve sinyal-gürültü oranının sonraki veri analizi için yeterli olduğundan emin olun. İşiniz bittiğinde, oda ışıklarını açın ve PDA'lardan birinin bulunduğu yere yerleştirilmiş bir kameradan her 10 derecelik dönüş için bir fotoğraf çekerek kalbin fotoğrafik bir kaydını yapın. Ardından perfüzyon sistemini temizlemeye devam edin.
Kanüllü kalbi çok yaramaz bir cam hazneye yerleştirin ve kanülü perfüzyon sistemine bağlayın. Kalbi, ventriküler apeks ve kulakçıktaki odanın silikon tabanına sabitleyin. Kalbi hareketsiz hale getirmek için, oda ışığını kapatın ve çözelti yüzeyinin hareketini azaltmak için enjeksiyon portundan BLE'lerin statinini yavaşça enjekte edin.
Epikardiyal yüzeyin üzerine bir cam pencere kapağı yerleştirin. İşlemin bu kısmı normalde karanlıkta yapılır, ancak ışıkta yapılır. Video görüntüsünü iyileştirmek için çift görüntüleme sistemini kalbin üzerine getirin.
Şimdi iki CMO kamerayı aynı görüş alanına odaklayın. Ardından, uyarma filtreli iki halojen lamba için ışık kılavuzlarını konumlandırın. Enjeksiyon portundan 10 ila 20 mikrolitre voltaja duyarlı boya RH 2 37 ekleyerek kalbi boyayın.
Daha sonra 200 mikrolitre yol 02:00'de onic F1 27 ile baloncuk tuzakları portundan bire bir karışım halinde ekleyin. Haritalama başlamadan önce yolun DS ifikasyonuna izin vermek için yaklaşık 20 dakika bekleyin 02:00. Şimdi bir test kaydı yapın.
Çözeltinin yüzeyinde hareket etmesini önlemek için süperfüzyon pompasını kapatın. Halojen lambaları açın ve her iki kameradan da optik kayıt alın. Ardından uyarma ışığını kapatın.
Süperfüzyon pompasını açın ve optik sinyallerin kalitesini kontrol edin. Sinyal zayıfsa, kalbi ek RH 2 37 ve yol 02:00 ile yeniden boyayın. Hareket artefaktı varsa, hareketi her şey sırayla kaldırmak için ek BLE statini ekleyin. Planlanan deneye devam edin ve sistemi temizleyin.
Tamamlandığında, panoramik optik haritalama sistemi, Lang Endorf perfüze edilmiş bir tavşan kalbinin bu önden görüntüsünü göstermek için kullanıldı. Karşılaştırıldığında, kalp geometrisinin yeniden yapılandırılması aynı ön görünümü gösterir. Burada gösterilen sarılmamış epikardiyal yüzey, faza göre renk kodludur.
Kalp, rotorun etrafındaki beş yerden yapışkan bir aritmi atağı geçiriyordu. Optik aksiyon potansiyelleri sunuldu. Burada kırmızı renkte, kararlı bir reran aritmi döngüsü sırasında yayılan bir aktivasyon dalga cephesi var.
Dalga cephesi, kalbin ön yüzeyindeki bir faz tekilliği etrafında saat yönünde döner. Repolarizasyon, arka yüzeydeki dalga cephelerinin görselleştirilmesine izin vermek için şeffaf mavi renktedir. Kalp, aksiyon potansiyellerinin ve kalsiyum geçişlerinin eşzamanlı haritalamasını göstermek için ikili haritalama sistemi kullanılarak analiz edildi.
Bir bölgeden alınan kayıtların yakından görünümü, aksiyon potansiyellerinin mavi ve kalsiyumun kırmızı renkte geçici olduğunu gösterir. Bu ön görünümdeki noktalarla gösterildiği gibi, eşit aralıklı bir dizi siteden bir dizi örnek iz gösterilir. Bu veriler, piksel başına 200 mikron x 200 mikron optik çözünürlükte toplandı.
Tedavinin etkileri, atriyal ve ventriküler 10 K aritmiler için defibrilasyon tedavisini genişletir, çünkü elektroterapi sırasında güçlü elektrik uyaranlarının etkisini doğrudan görselleştirebiliriz. Hiçbir alternatif yöntem bunu yapamaz. Bu yöntemi kullanarak, atriyal fibrilasyon ve ventriküler taşikardi için yeni düşük voltajlı ağrısız deflasyon tedavisi geliştirdik ve doğruladık.
Genel Bakış
Bu makale, Langendorff-perfüze tavşan kalbinde panoramalı görüntüleme sistemi kullanarak optik haritalama deneylerini yürütme prosedürlerini açıklar. Çalışma, iletim ve kalsiyum kullanımını içeren kardiyak elektrofizyolojik özelliklere odaklanmaktadır.
Çalışmanın Ana Bileşenleri
Bilim Alanı
- Kardiyak Elektrofizyoloji
- Optik Haritlama Teknikleri
- Aritmogenez
Arka Plan
- Optik haritalama, eş zamanlı aksiyon potansiyelleri ve kalsiyum geçici kayıtlarını sağlar.
- Bu yöntem, kardiyak fonksiyon ve aritmiler hakkında bilgiler sağlar.
- Geleneksel yöntemler, elektriksel stimülasyondan kaynaklanan artefaktlarla sınırlı olabilir.
- Çalışma, Langendorff-perfüze tavşan kalp modeli kullanır.
Çalışmanın Amacı
- Kardiyak iletimi, repolarizasyon ve aritmogenezi araştırmak.
- Miyokardda kalsiyum kullanımını analiz etmek.
- Eksitasyon ve repolarizasyon dinamikleri hakkında nicel veriler sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Tavşan kalbinin izolasyonu ve retrograd perfüzyonu.
- Miyokardın voltaja duyarlı ve kalsiyum floresan göstergeleri ile boyanması.
- Panoramalı optik haritalama sistemi kullanılarak optik aksiyon potansiyellerinin kaydedilmesi.
- Optik aksiyon potansiyelleri ve kalsiyum geçicilerinin eş zamanlı çift görüntülemes.
Ana Sonuçlar
- Miyokardın uzamsal ve zamansal özellikleri hakkında nicel veriler.
- Aritmiler ve kardiyak hastalıkların mekanizmalarına ilişkin bilgiler.
- Geleneksel elektrogramlara göre optik haritalamanın avantajlarının gösterimi.
Sonuçlar
- Optik haritalama, kardiyak elektrofizyolojiyi incelemek için güçlü bir araçtır.
- Bu teknik, aritmi araştırmalarında önemli sorulara yardımcı olabilir.
- Gelecekteki çalışmalar, bu yöntemi kullanarak kardiyak fonksiyon hakkında daha derin bilgiler elde edebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Optical mapping in Langendorff-perfused rabbit hearts enables high-resolution, artifact-free visualization of cardiac electrophysiology, supporting mechanistic de-risking in arrhythmia target validation. This approach provides quantitative spatial-temporal data on action potentials and calcium transients, directly informing predictive confidence in preclinical models of ventricular and atrial arrhythmias. The method bridges discovery biology and translational research by enabling reproducible, scalable assessment of pro-arrhythmic liability and therapeutic response in a disease-relevant system.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by mapping reentrant wave dynamics and phase singularities during induced arrhythmias.
- Operational Value: Enables functional target validation through simultaneous voltage and calcium imaging to de-risk excitation-contraction coupling mechanisms.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by quantifying arrhythmogenic substrate vulnerability under controlled perfusion conditions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by establishing baseline electrophysiological and calcium handling phenotypes.
- Operational Value: Addresses assay standardization and reproducibility through Langendorff perfusion control and dye-staining protocols.
- Scalability: Highlights screening readiness via panoramic and dual imaging systems capable of simultaneous multi-site optical recording.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Uses rabbit heart model with demonstrated similarity to human excitation-contraction coupling and arrhythmia wave patterns.
- Translational Continuity: Connects discovery findings to preclinical validation through quantitative analysis of conduction, repolarization, and calcium handling during regular rhythm and arrhythmia.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by providing mechanistic insights into arrhythmia induction, maintenance, and termination.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical assessment, enabling iterative refinement of antiarrhythmic candidates based on electrophysiological and calcium handling profiles.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by visualizing rotor dynamics and action potential calcium transient relationships during arrhythmogenesis.
- Screening: Describes assay readiness through reproducible optical signal acquisition with sufficient signal-to-noise ratio for spatial-temporal analysis.
- Analytics: Highlights quantitative measurements of excitation and repolarization dynamics, enabling comparative condition assessment.
- Translational Research: Connects method to preclinical continuity via disease-relevant arrhythmia models and calcium handling insights relevant to heart failure and metabolic disease.
- Enterprise Reuse: Frames the optical mapping system as a reusable platform for assessing multiple compounds or genetic modifications in a standardized perfused heart preparation.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation, reduction of mechanistic ambiguity in arrhythmia mechanisms.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of electrophysiological and calcium transient measurements.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk in cardiovascular programs.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on quantitative arrhythmia liability data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cardiac isolation, Langendorff perfusion, and fluorescent dye handling.
- Needs optical mapping systems with photo diode arrays or CMOS cameras, light sources, and perfusion pressure control.
- Demands cross-team standardization of staining protocols, excitation-contraction uncoupling, and signal acquisition parameters.
- Involves adaptation considerations for species-specific flow rates, optics, and dye loading when extending beyond rabbit hearts.
- Includes practical limitations such as dye photobleaching, motion artifact susceptibility, and the need for precise temperature and pH maintenance during experiments.
