Name: Murin Kalplerde Optogenetik Çok Bölgeli Fotostimülasyon Uygulayarak İleri Kardiyak Ritim Yönetimi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-08-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: Öğrenin, murin kalplerde optogenetik fotostimülasyon ile aritmi sonlandırma yöntemini. Mikro-LED dizisi kullanarak bölgesel kontrol sağlayan bu teknik, geleneksel elektroşoklara nazaran daha az invaziv bir alternatif sunar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Yazarlar, deneyler sırasında mükemmel teknik destekleri için Marion Kunze ve Tina Althaus'a teşekkür eder. Sonuçlara yol açan araştırma, Avrupa Topluluğu'nun Yedinci Çerçeve Programı FP7/2007-2013'ten HEALTH-F2-2009-241526 hibe anlaşması numarası altında fon almıştır. Alman Kardiyovasküler Araştırma Merkezi, DZHK e.V. (Proje MD28), ortak site Goettingen, Alman Araştırma Vakfı CRC 1002 (proje C03) ve Max Planck Derneği tarafından da destek sağlandı. Bu çalışma kısmen Alman Araştırma Vakfı tarafından finanse edilen BrainLinks-BrainTools, Mükemmellik Kümesi (DFG, hibe numarası EXC 1086) tarafından desteklenmiştir.

Tüm deneyler, Alman mevzuatı, yerel hükümler ve Avrupa Laboratuvar Hayvanları Bilimi Dernekleri Federasyonu'nun (FELASA) tavsiyelerine uygun olarak hayvan refahı yönetmeliğini sıkı bir şekilde takip etti. Hayvan deneylerinin onaylanması için yapılan başvuru, sorumlu hayvan refahı otoritesi tarafından onaylanmış ve tüm deneyler hayvan refahı temsilcilerimize bildirilmiştir.
1. Deney hazırlama ve materyalleri
<ol><li>Optik haritalama kurulumu NOT: Optik kurulum ve elektrik kurulumu Şekil 1'de gösterilmiştir. Optik ve elektrik kurulumunda kullanılan tüm bileşenler Malzeme Tablosunda ayrıntılı olarak listelenmiştir.<ol><li>Aritmi indüksiyonu ve yedek defibrilasyon için LED 1 ve LED 2 kullanın. ChR26'nın uyarma dalga boyunun zirvesi olan 475 nm'ye yakın λmavi dalga boyuna sahip yüksek güçlü LED'leri seçin. Optik spektrumu daha da daraltmak için 470 ± 20 nm bandpass filtresi kullanın. NOT: Bu çalışmada, veri sayfası20'ye göre, LED 1 ve LED 2, 3,9 ila 5,3 W tipik bir radyant akıya sahiptir.</li>
		<li>Optik haritalama için epikardiyumu, λ kırmızı = 625 nm merkez dalga boyuna ve 700 mW 21 radyant akıya sahip ışık yayan yüksek güçlükırmızı bir LED (Şekil1'de LED 3) ile aydınlatın. Kırmızı ışık, 628 ± 20 nm bandpass filtresi ile filtrelenir ve λ DM = 685 nm kesme dalga boyuna sahip uzun geçişli dikroik ayna (DM ) tarafından yansıtılır.</li>
		<li>Sadece kardiyak aktivitenin floresan emisyonunu kaydetmek için kamera hedefinin önünde λfiltre kamı = 775 ± 70 nm olan bir emisyon filtresi kullanın. Düşük ışıklı uygulamalar için çok uygun olan hızlı bir hedef kullanın. NOT: Bir fare kalbinin fibrilasyon frekansı 20 ila 35 Hz arasında değişir; bu nedenle, 1 ila 2 kHz veya daha yüksek bir frekansta kayıt yapmak için yeterince hızlı bir kamera kullanın.</li>
	</ol></li>
	<li>Mikro-LED dizisi NOT: Burada uygulanan mikro-LED dizileri,16,17 başka bir yerde daha ayrıntılı olarak açıklandığı gibi mikro sistem işleme kullanılarak gerçekleştirilir.<ol><li>Spin, 5 μm kalınlığında bir poliimid (PI) tabakayı 4 inç silikon substratlar üzerine (tek tarafı cilalı, 525-μm kalınlığında) kaplayın.</li>
		<li>Bu PI tabakasını azot atmosferi altında maksimum 450 °C sıcaklıkta kürleyin. Maksimum sıcaklığı 10 dakika boyunca sabit tutun.</li>
		<li>Ultraviyole (UV) litografi kullanarak bir görüntü tersine çevrilmiş fotodirenci (PR) biriktirin ve desenleyin ve püskürtün, 250 nm ince bir platin tabaka (Pt) biriktirin.</li>
		<li>Bu Pt bazlı metalizasyonu, maskeleme tabakası görevi gören desenli PR ile 1 μm kalınlığında altın (Au) bir tabakayı elektro kaplama yaparak kalınlaştırın.</li>
		<li>İkinci bir PI katmanını spin kaplamadan önce, gofreti ilk PI tabakası ve Au-elektrolize metalizasyonu ile PI tabakasının yüzeyini kimyasal olarak aktive eden bir oksijen plazmasına maruz bırakın.</li>
		<li>İkinci PI katmanını 450 ° C'de tekrar kürleyin, bir PR katmanını modellemek için UV litografisi uygulayın ve desenli PR'yi maskeleme katmanı olarak kullanarak reaktif iyon aşındırma (RIE) ile mikro-LED çipleri ve ara yüzey baskılı devre kartı (PCB) için dizinin temas pedlerini açın. NOT: Bu RIE işlem adımlarında, kontak pedi açıklıklarını ve iki boyutlu (2B) mikro-LED dizisinin dış şeklini tanımlamak için sırasıyla 10 ve 30 dakika boyunca 200 W ve 100 W uygulanması önerilir.</li>
		<li>PR'yi çözücüler ve plazma aşındırma kullanarak sıyırın. Ek 6 μm kalınlığında altın tabakayı elektro kaplama yaparak temas pedlerini daha da kalınlaştırın.</li>
		<li>Mikro-LED çipleri, bir flip-chip bağlayıcı kullanarak temas pedlerine takın.</li>
		<li>PI yüzeyini bir oksijen plazmasında etkinleştirin ve mikro-LED çiplerini solventsiz bir yapıştırıcı ile doldurun. Daha sonra yapıştırıcıyı 120 ° C'de 12 saat kürleyin.</li>
		<li>Mikro-LED çipleri kapsüllemek için, Argon ile başka bir plazma işlemi gerçekleştirin ve manuel olarak ince bir floropolimer tabakası uygulayın. Bu tabakayı 1 saat boyunca 80 ° C'de önceden kürleyin.</li>
		<li>Mikro-LED dizisini altta yatan floropolimer tabakasına silikon yapışmasını iyileştirmek için kullanılan bir oksijen plazmasına maruz bıraktıktan sonra silikonu son kapsülleme tabakası olarak manuel olarak uygulayın. Silikon tabakayı her biri 1 saat boyunca 80 °C ve 180 °C'de kürleyin. Bu son kürleme adımları aynı zamanda floropolimer tabakasını tamamen iyileştirir.</li>
		<li>PI substratının temas pedlerini, dizinin harici bir enstrümantasyona birbirine bağlanması için şerit konektörleri taşıyan baskılı bir devre kartına lehimleyin. PCB üzerindeki lehim pedlerini bir yapıştırıcı kullanarak örtün.</li>
	</ol></li>
	<li>Elektrik tesisatı<ol><li>Kalbin elektriksel aktivitesini sürekli izlemek için bir elektrokardiyogram (EKG) kaydetmek için uygun elektrotlar, örneğin gümüş / gümüş-klorür elektrotları veya Monofazik Eylem Potansiyeli (MAP) elektrotları ve bir EKG amplifikatörü kullanın. Ayrıca, elde edilen tüm elektrik sinyallerini kaydetmek için uygun bir toplama cihazı (AD) kullanın.</li>
		<li>Her aygıta uygulanan maksimum akımı yönetebilen yüksek güçlü LED'ler (LED 1, LED 2 ve LED 3) için çok uygun bir sürücü seçin. LED sürücülerin çıkışını doğru bir şekilde kontrol etmek için rastgele bir işlev üreteci (AFG) kullanın.</li>
		<li>Mikro LED dizisinden akan akımı kontrol etmek için çok kanallı bir LED sürücüsü kullanın. Birden fazla çıkışa sahip bir AFG de bu görev için uygundur. NOT: Akımı mikro-LED'in maksimum akımıyla sınırlayan LED sürücülerin seçilmesi önerilir, aksi takdirde diyotlar hasar görebilir. Çok kanallı bir mikro-LED sürücünün bir örneği başka bir çalışmada açıklanmıştır18. Gerekirse, mikro LED ayarlarını uzaktan denetlemek için AFG veya başka bir LED sürücüsü bir bilgisayara bağlanabilir. Bu durumda, LED sürücüsünü seçtiğiniz iletişim protokolüyle bilgisayara bağlayın, örneğin Genel Amaçlı Arabirim Veri Yolu (GPIB) veya seri bağlantı.</li>
	</ol></li>
</ol>   

2. Deneysel prosedürler
<ol><li>Çözelti hazırlama<ol><li>Tyrode çözeltisini hazırlayın: 130 mM NaCl, 4 mM KCl, 1 mM MgCl 2, 24 mM NaHCO3, 1.8 mM CaCl 2, 1.2 mM KH 2 PO4, 5.6 mM Glikoz,% 0.1 BSA/ Albümin.</li>
		<li>Low-K+ Tyrode çözümünü hazırlayın: Low-K+ Tyrode'lar, KCl miktarının sadece yarısı eklenmesi dışında normal Tyrode çözeltisiyle aynı şekilde yapılır (4 mM KCl yerine 2 mM). NOT: 3 saat süren bir deney için genellikle 2-3 L Low-K+ Tyrode (ayrıca optik haritalama yapılırsa Blebbistatin (Adım 2.1.5) ile karıştırılır) ve 1-2 L normal Tyrode yeterlidir.</li>
		<li>100 mM'lik bir konsantrasyon elde etmek için22'de açıklandığı gibi aritmi indüksiyon işlemini kolaylaştırmak için Low-K + Tyrode çözeltisine Pinacidil ekleyin. Pinacidil'i kullanırken koruyucu laboratuvar eldivenleri giyin.</li>
		<li>Düzenli Tyrode çözeltisi ile 1 mL 50 μM DI-4-ANBDQPQ hazırlayın. Fotobeyazlatmayı önlemek için boyayı ışıktan koruyun.</li>
		<li>10 mM'lik bir Blebbistatin stok çözeltisi yapın. Optik haritalama için, 5 μM'lik bir çözelti elde etmek için Blebbistatin'i 100 mM Pinacidil-Tyrode çözeltisi (Adım 2.1.3) ile karıştırın. Blebbistatin'i kullanırken koruyucu laboratuvar eldivenleri giyin. NOT: Optik haritalama başlayana kadar hem boyayı hem de Blebbistatin çözeltisini bir kenara bırakın.</li>
	</ol></li>
	<li>Langendorff perfüzyonu NOT: Kurulum, iki Tyrode çözümü için iki rezervuardan oluşur. Üç yönlü musluklara sahip tüplerle bir kabarcık tuzağına bağlanırlar. Kalp daha sonra bir Luer kilit konektörü ile kabarcık tuzağına bağlanır ve daha sonra altıgen bir su banyosunda askıya alınır. Su banyosu, sırayla, kullanılmış Tyrode çözeltisini toplamak için bir atık kabına bağlanır.<ol><li>Her deneyden önce tüm tüpleri tamamen demineralize su ile temizleyin.</li>
		<li>Deneye başlamadan önce her iki Tyrode çözeltisini de oda sıcaklığında 30 dakika boyunca Karbojenli (%5 CO 2ve % 95O2) havalandırın. Tyrode çözeltilerinin pH değerini NaOH ile 7,4'e ayarlayın.</li>
		<li>Her Tyrode çözeltisinin 500 mL'sini ilgili rezervuara doldurun ve tüplerde veya kabarcık tuzağında daha fazla sıkışmış hava kabarcığı görülmeyene kadar Tyrode'un çözeltisini perfüzyon sisteminden geçirerek tüplerin ve kabarcık tuzağının havasını giderin.</li>
		<li>Perfüzyonun pH'ının daha sonra perfüzyon sırasında sabit kalmasını sağlamak için rezervuarlardaki tüm deney boyunca Tyrode çözeltilerini Karbojenle havalandırmaya devam edin.</li>
		<li>Perfüzyon sistemini bir su ısı pompası ile 37 ° C'ye ısıtın. Su geçirmez bir ısıtma kablosu gibi ek bir ısıtma elemanı kullanarak su banyosu içinde perfüzyon sıcaklığını sabit tutun. NOT: Deney sırasında, Tyrode'un rezervuarlarını boş çalışmadan önce yeniden doldurmak çok önemlidir. Aksi takdirde, hava kabarcıkları kalbe girebilir, bu da damarları tıkayabilir ve iskemiye yol açabilir.</li>
	</ol></li>
	<li>Fare Hazırlığı<ol><li>Kalp izolasyon prosedüründen 30 dakika önce deri altından 0.1 mL 500 yani Heparin enjekte edin.</li>
		<li>6 cm'lik bir Petri kabını ve 2 mL'lik bir şırıngayı buz gibi soğuk Tyrode çözeltisi ile doldurun. Stereoskopik mikroskop altına yerleştirin.</li>
		<li>2 dakika boyunca doymuş bir İzofluran ortamı ile farelerin kısa süreli anestezisini ve daha sonra derhal servikal çıkığı gerçekleştirin. NOT: Yeterli anesteziyi doğrulamak için negatif ayak parmakları arası refleksin kontrol edilmesi kesinlikle gereklidir.</li>
		<li>Göğsü açın, başka bir yerde açıklandığı gibi kalbi çıkarın23 ve buz gibi soğuk Tyrode çözeltisi ile 6 cm'lik Petri kabına yerleştirin. Kardiyak atım, sıcaklık düşüşü nedeniyle azalacaktır.</li>
		<li>İnce hazırlığı, başka bir yerde detaylandırıldığı gibi stereoskopik bir mikroskop altındayapın 23. Aortu künt iğneye takın ve damarı dikiş malzemesiyle sabitleyin.</li>
		<li>Bir kontrol olarak, buz gibi soğuk Tyrode'un solüsyonunu iğneden kalbe enjekte edin ve kalbin sıkıca monte edildiğini kontrol edin. Bu adım aynı zamanda kalpten kalan kanı da durular.</li>
		<li>Monte edilmiş kalbi perfüzyon sistemine aktarın. İğneyi kabarcık tuzağına bağlarken havanın kalbe girmesini önlemek için perfüzyonun aktığından emin olun. Kalbin su banyosunda Tyrode çözeltisi ile kaplı olup olmadığını kontrol edin. Adım 2.3.4, 2.3.5 ve 2.3.7 Şekil 2'de gösterilmiştir.</li>
		<li>Kalbin birkaç dakika içinde atmaya başladığından emin olun. Kalbin 15 ila 20 dakika boyunca perfüzyon kurulumuna adapte olmasına izin verin, ardından optik haritalama yapılacaksa, Pinacidil ile düşük K + Tyrode çözeltisine (Adım 2.1.3) sırasıyla Pinacidil ve Blebbistatin ile düşük K + Tyrode çözeltisine (Adım 2.1.5) geçin.</li>
	</ol></li>
	<li>Aritmi indüksiyonu ve optik defibrilasyon<ol><li>İyi sinyal kalitesi sağlamak için EKG elektrotlarından birini kalp yüzeyine mümkün olduğunca yakın yerleştirin. İkinci EKG elektrodunu Tyrode çözeltisinde askıya alın. Edinilen EKG'nin tercih edilen AD tarafından kaydedildiğinden emin olun.</li>
		<li>Mikro-LED dizisini çalışmanın ilgi alanına, örneğin sol ventriküle yerleştirin.</li>
		<li>Perfüzyonu Pinacidil ile düşük K + Tyrode'lara değiştirin ve kalbi 15 ila 30 dakika boyunca perfüze edin.</li>
		<li>Aritmi indüklemek için, kalbi LED 1 ve LED 2 ile, 25 ila 35 Hz frekans find, 2 ila 15 ms darbe Wind ve 2,8 mW mm-2 ışık yoğunluğu LIopt_ind ile 20 ila 50 ışık darbesinden oluşan bir trenle aydınlatın.</li>
		<li>Aritmi indüklenene kadar işlemi tekrarlayın. NOT: EKG sinyalinde aritmilerin tanımlanması kolaydır, çünkü sinyalin frekansı ve morfolojisi normal sinüs ritminden farklıdır. Aritmi sonraki 5 saniye içinde sona ererse, kendi kendine sonlanan olarak sınıflandırın ve yeni bir indüksiyon girişimi başlatın.</li>
		<li>Sürekli bir aritmi görsel olarak tespit edildikten sonra, 15 mA'lık bir darbe akımında dizinin üç, altı veya dokuz mikro LED'ini kullanarak, farklı genişliklerde W def ve frekansları fdef olan birdarbe patlaması uygulayın I darbe, ışık yoğunluğuna LIμLED = 33.31 ± 2.05 mW mm-2'ye kadar verir.</li>
		<li>Beş mikro-LED dizi tabanlı defibrilasyon denemesinden sonra aritmi devam ederse, girişimi başarısız olarak sınıflandırın ve yedek defibrilasyona başlayın.</li>
		<li>Yedek defibrilasyon için, mikro LED dizisi için ayarlanan zamanlama parametrelerinin aynısını kullanarak LED 1 ve LED 2'yi kullanın. NOT: Kalp tüm deney süresi boyunca iskemik ve metabolik strese maruz kaldığından, yedek defibrilasyonda bile aritmi sonlandırma girişimlerinin başarısız olması mümkündür. Bu olduğunda, perfüzyon solüsyonunu normal Tyrode'lara değiştirin ve kalbin 5 ila 10 dakika iyileşmesine izin verin. EKG sinüs ritmine döndüğünde, Adım 2.4.3'teki protokolü tekrar tekrarlayın.</li>
	</ol></li>
	<li>Optik Haritalama<ol><li>Kalbi Adım 2.1.5'te hazırlanan Blebbistatin çözeltisi ile perfüze edin ve mekanik ayrılma gerçekleşene kadar bekleyin. Bu, kalp atmayı bıraktığında gerçekleştirilir, ancak bir EKG sinyali hala ölçülebilir. NOT: Blebbistatin çözeltisinin belirtilen konsantrasyona karıştırılması ve kalbin bu çözelti ile perfüze edilmesi, tüm deney boyunca elektriksel aktiviteden ayrılan kardiyak mekanik aktiviteyi korur.</li>
		<li>1 mL gerilim boyası DI-4-ANBDQPQ'yu (Adım 2.1.4'te hazırlanmıştır) Langendorff perfüzyonunun kabarcık tuzağında bir bolus olarak verin. Boyanın kalbi düzgün bir şekilde delmesine izin vermek için 5 ila 10 dakika bekleyin. NOT: Kayıt yapılmadığında kırmızı ışığı kapatarak boyanın fotobeyazlatılmasını önleyin. Kaydın sinyal-gürültü oranı çok küçülürse (alınan sinyal çok gürültülüyse), 2.1.4 ve 2.5.2 numaralı adımları tekrarlayın.</li>
		<li>Fotoğraf makinesini kalp yüzeyine odaklayın, LED 3'ü açın ve 1,27 mW mm-2 optik güç uygulayın.</li>
		<li>Laboratuvar ışıklarını kapatın ve kayda başlayın. Elde edilen sinyalin frekansını kaydedilen EKG'nin frekansı ile karşılaştırarak optik bir sinyalin alındığından emin olun. Bu, elde edilen optik sinyalin tamamen kalbin elektriksel aktivitesi ile ilgili olmasını sağlar. NOT: Boyanın yaydığı floresan ışığı çok hafta olduğundan, optik haritalama karanlık bir odada yapılır. Bu, diğer ışık kaynaklarından gelen sinyal parazitini önler.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Davidenko, J. M., Pertsov, A. V., Salamonsz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stationary+and+drifting+spiral+waves+of+excitation+in+isolated+cardiac+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Stationary and drifting spiral waves of excitation in isolated cardiac muscle.</a> Nature. 355, 349-351 (1992).</li>
<li>Fenton, F. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Termination+of+atrial+fibrillation+using+pulsed+low-energy+far-field+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Termination of atrial fibrillation using pulsed low-energy far-field stimulation.</a> Circulation. 120 (6), 467-476 (2009).</li>
<li>Luther, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-energy+control+of+electrical+turbulence+in+the+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Low-energy control of electrical turbulence in the heart.</a> Nature. 475, 235-239 (2011).</li>
<li>Pumir, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wave+emission+from+heterogeneities+opens+a+way+to+controlling+chaos+in+the+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Wave emission from heterogeneities opens a way to controlling chaos in the heart.</a> Physical Review Letters. 99, 208101(2007).</li>
<li>Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Optogenetics.</a> Nature Methods. 8, 26-29 (2011).</li>
<li>Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Millisecond-timescale%2C+genetically+targeted+optical+control+of+neural+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity.</a> Nature Neuroscience. 8, 1263-1268 (2005).</li>
<li>Nagel, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Channelrhodopsin-2%2C+a+directly+light-gated+cation-selective+membrane+channel%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 100 (24), 13940-13945 (2003).</li>
<li>Bruegmann, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetic+control+of+heart+muscle+in+vitro+and+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Optogenetic control of heart muscle in vitro and in vivo.</a> Nature Methods. 7, 897-900 (2010).</li>
<li>Natasha, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((et+al.Channelrhodopsins%3A+visual+regeneration+and+neural+activation+by+a+light+switch%5BTitle%5D)+AND+%22New+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">et al.Channelrhodopsins: visual regeneration and neural activation by a light switch.</a> New Biotechnology. 30 (5), 461-474 (2013).</li>
<li>Zhang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimodal+fast+optical+interrogation+of+neural+circuitry%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry.</a> Nature. 446, 633-639 (2007).</li>
<li>Alilain, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-induced+rescue+of+breathing+after+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Light-induced rescue of breathing after spinal cord injury.</a> Journal of Neuroscience. 28 (46), 11862-11870 (2008).</li>
<li>Ahmad, A., Ashraf, S., Komai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetics+applications+for+treating+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Asian+Spine+Journal%22%5BJournal%5D)">Optogenetics applications for treating spinal cord injury.</a> Asian Spine Journal. 9 (2), 299-305 (2015).</li>
<li>Dieter, A., Keppeler, D., Moser, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+the+optical+cochlear+implant%3A+Optogenetic+approaches+for+hearing+restoration%5BTitle%5D)+AND+%22EMBO+Molecular+Medicine%22%5BJournal%5D)">Towards the optical cochlear implant: Optogenetic approaches for hearing restoration.</a> EMBO Molecular Medicine. 12 (4), e11618(2020).</li>
<li>Keppeler, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multichannel+optogenetic+stimulation+of+the+auditory+pathway+using+microfabricated+LED+cochlear+implants+in+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Multichannel optogenetic stimulation of the auditory pathway using microfabricated LED cochlear implants in rodents.</a> Science Translational Medicine. 12 (553), eabb8086(2020).</li>
<li>Verhoefen, M. K., Bamann, C., Blöcher, R., Förster, U., Bamberg, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+photocycle+of+channelrhodopsin-2%3A+ultrafast+reaction+dynamics+and+subsequent+reaction+steps%5BTitle%5D)+AND+%22ChemPhysChem%22%5BJournal%5D)">The photocycle of channelrhodopsin-2: ultrafast reaction dynamics and subsequent reaction steps.</a> ChemPhysChem. 11 (14), 3113-3122 (2010).</li>
<li>Schwaerzle, M., Elmlinger, P., Paul, O., Ruther, P. Miniaturized tool for optogenetics based on an LED and an optical fiber interfaced by a silicon housing. 36th Annual Internation Conference IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Chicago, IL, , 5252-5255 (2014).</li>
<li>Schwaerzle, M., Elmlinger, P., Paul, O., Ruther, P. Miniaturized 3 x 3 optical fiber array for optogenetics with integrated 460 nm light sources and flexible electrical interconnection. 28th IEEE Proceedigns. MEMS, Estoril, , 162-165 (2015).</li>
<li>Diaz-Maue, L., Schwaerzle, M., Ruther, P., Luther, S., Richter, C. Follow the light - From low-energy defibrillation to multi-site photostimulation. 40thAnnual International Conference of IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Honolulu, HI, , 4832-4835 (2018).</li>
<li>Zgierski-Johnston, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiac+pacing+using+transmural+multi-LED+probes+in+channelrhodopsin-expressing+mouse+hearts%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Biophysics+and+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Cardiac pacing using transmural multi-LED probes in channelrhodopsin-expressing mouse hearts.</a> Progress in Biophysics and Molecular Biology. , 51-61 (2020).</li>
<li>mouser.de, LED Engin, [Online]. , Available: 
 <a target="_blank" href=" https://www.mouser.de/datasheet/2/228/5412893-LED_2520Engin_Datasheet_LuxiGen_LZ4-00B208-
1531969.pdf"> https://www.mouser.de/datasheet/2/228/5412893-LED_2520Engin_Datasheet_LuxiGen_LZ4-00B208-
1531969.pdf</a> (2020).</li>
<li>thorlabs.com, thorlabs, [Online]. , Available: 
 <a target="_blank" href=" https://www.thorlabs.com/_sd.cfm?fileName=25135-S01.pdf&partNumber=M625L3"> https://www.thorlabs.com/_sd.cfm?fileName=25135-S01.pdf&partNumber=M625L3</a> (2020).</li>
<li>Bruegmann, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetic+defibrillation+terminates+ventricular+arrhythmia+in+mouse+hearts+and+human+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Investigation%22%5BJournal%5D)">Optogenetic defibrillation terminates ventricular arrhythmia in mouse hearts and human simulations.</a> Journal of Clinical Investigation. 126 (10), 3894-3904 (2016).</li>
<li>Richter, C., Christoph, J., Lehnart, S. E., Luther, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetic+light+crafting+tools+for+the+control+of+cardiac+arrhythmias%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Optogenetic light crafting tools for the control of cardiac arrhythmias.</a> Methods in Molecular Biology. 1408, 293-302 (2016).</li>
<li>Quiñonez Uribe, R. A., Luther, S., Diaz-Maue, L., Richter, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy-reduced+arrhythmia+termination+using+global+photostimulation+in+optogenetic+murine+hearts%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Physiology%22%5BJournal%5D)">Energy-reduced arrhythmia termination using global photostimulation in optogenetic murine hearts.</a> Frontiers in Physiology. 9 (1651), (2018).</li>
<li>Moreno, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((LED+irradiance+pattern+at+short+distances%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">LED irradiance pattern at short distances.</a> Applied Optics. 59 (1), 190-195 (2020).</li>
<li>Predicting unpinning success rates for a pinned spiral in an excitable medium. Behrend, A., Bittihn, P., Luther, S. Computing in Cardiology, Belfast, , 345-348 (2010).</li>
<li>Kappadan, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+optical+measurement+of+cardiac+restitution%2C+contraction%2C+and+fibrillation+dynamics+in+beating+vs.+blebbistatin-uncoupled+isolated+rabbit+hearts%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Physiology%22%5BJournal%5D)">High-resolution optical measurement of cardiac restitution, contraction, and fibrillation dynamics in beating vs. blebbistatin-uncoupled isolated rabbit hearts.</a> Frontiers in Physiology. 11 (464), (2020).</li>
<li>Christoph, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromechanical+vortex+filaments+during+cardiac+fibrillation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Electromechanical vortex filaments during cardiac fibrillation.</a> Nature. 555, 667-672 (2018).</li>
<li>O'Shea, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiac+optogenetics+and+optical+mapping+-+Overcoming+spectral+congestion+in+all-optical+cardiac+electrophysiology%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Physiology%22%5BJournal%5D)">Cardiac optogenetics and optical mapping - Overcoming spectral congestion in all-optical cardiac electrophysiology.</a> Frontiers in Physiology. 10 (182), (2019).</li>
<li>Aras, K. K., Faye, N. R., Cathey, B., Efimov, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Critical+volume+of+human+myocardium+necessary+to+maintain+ventricular+fibrillation%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%3A+Arrhythmia+and+Electrophysiology%22%5BJournal%5D)">Critical volume of human myocardium necessary to maintain ventricular fibrillation.</a> Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 11 (11), e006692(2018).</li>
<li>Trayanova, N., Doshi, A. N., Prakosa, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+personalized+heart+modeling+can+help+treatment+of+lethal+arrhythmias%3A+A+focus+on+ventricular+tachycardia+ablation+strategies+in+post-infarction+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Wiley+Interdisciplinary+Reviews+in+System+Biology+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">How personalized heart modeling can help treatment of lethal arrhythmias: A focus on ventricular tachycardia ablation strategies in post-infarction patients.</a> Wiley Interdisciplinary Reviews in System Biology and Medicine. 12 (3), 1477(2020).</li>
<li>Bingen, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-induced+termination+of+spiral+wave+arrhythmias+by+optogenetic+engineering+of+atrial+cardiomyocytes%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiovascular+Research%22%5BJournal%5D)">Light-induced termination of spiral wave arrhythmias by optogenetic engineering of atrial cardiomyocytes.</a> Cardiovascular Research. 104 (1), 194-205 (2014).</li>
<li>Burton, R. A. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+control+of+excitation+waves+in+cardiac+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Optical control of excitation waves in cardiac tissue.</a> Nature Photonics. 9 (12), 813-816 (2015).</li>
<li>Dura, M., Schröder-Schetelig, J., Luther, S., Lehnart, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+panoramic+in+situ+mapping+of+action+potential+propagation+in+transgenic+hearts+to+investigate+initiation+and+therapeutic+control+of+arrhythmias%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Physiology%22%5BJournal%5D)">Toward panoramic in situ mapping of action potential propagation in transgenic hearts to investigate initiation and therapeutic control of arrhythmias.</a> Frontiers in Physiology. 5, 337(2014).</li>
<li>Crocini, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetics+design+of+mechanistically-based+stimulation+patterns+for+cardiac+defibrillation%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Reports%22%5BJournal%5D)">Optogenetics design of mechanistically-based stimulation patterns for cardiac defibrillation.</a> Science Reports. 6 (35628), (2016).</li>
<li>Nyns, E. C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetic+termination+of+ventricular+arrhythmias+in+the+whole+heart%3A+towards+biological+cardiac+rhythm+management%5BTitle%5D)+AND+%22European+Heart+Journal%22%5BJournal%5D)">Optogenetic termination of ventricular arrhythmias in the whole heart: towards biological cardiac rhythm management.</a> European Heart Journal. 38 (27), 2132-2136 (2017).</li>
<li>Wilde, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((K%2Batp+channel+opening+and+arrhythmogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cardiovascular+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">K+atp channel opening and arrhythmogenesis.</a> Journal of Cardiovascular Pharmacology. 24 (4), 35-40 (1994).</li>
<li>Christoph, J., Luther, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Marker-free+tracking+for+motion+artifact+compensation+and+deformation+measurements+in+optical+mapping+videos+of+contracting+hearts%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Physiology%22%5BJournal%5D)">Marker-free tracking for motion artifact compensation and deformation measurements in optical mapping videos of contracting hearts.</a> Frontiers in Physiology. 9 (1483), (2018).</li>
<li>Christoph, J., Schröder-Schetelig, J., Luther, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromechanical+optical+mapping%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Biophysics+and+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Electromechanical optical mapping.</a> Progress in Biophysics and Molecular Biology. 130(B), 150-169 (2017).</li>
</ol>

Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmezler.

Kardiyak taşiaritmilerin başarılı bir tedavisi kardiyak tedavinin anahtarıdır. Ancak aritmi başlangıcı, sürekliliği ve sonlandırılmasının altında yatan biyofiziksel mekanizmalar tam olarak anlaşılamamıştır. Bu nedenle, kardiyak araştırmalar, elektrik şoku tedavisini aritmilerin daha yumuşak bir şekilde sonlandırılmasına yönelik olarak optimize etmeyi ve böylece hastaların yaşam kalitesini arttırmayı amaçlamaktadır 28,29,30,31.<s...

Aritmi sırasında mekansal-zamansal dinamiklerin erken araştırmaları, kardiyak fibrilasyon sırasındaki karmaşık elektriksel paternlerin vorteks benzeri dönen uyarma dalgaları tarafından yönlendirildiğini ortaya koymuştur1. Bu bulgu, aritmilerin altında yatan mekanizmalar hakkında yeni bilgiler verdi ve bu da daha sonra miyokard 2,3,4'ün çok bölgeli uyarılmasına dayanan yeni elektriksel sonlandırma tedavilerinin geliştirilmesine yol açtı. Bununla birlikte, elektrik alan stimülasyonu kullanan tedaviler lokal değildir ve kas dokusu da dahil olmak üzere çevredeki tüm uyarılabilir hücreleri innerve edebilir, hücresel ve doku hasarına ve dayanılmaz ağrıya neden olabilir. Elektriksel tedavilerin aksine, optogenetik yaklaşımlar, kardiyomiyosit aksiyon potansiyellerini yüksek uzamsal ve zamansal hassasiyetle uyandırmak için spesifik ve doku koruyucu bir teknik sağlar. Bu nedenle, optogenetik stimülasyon, kardiyak fibrilasyon sırasında kaotik aktivasyon paternlerinin minimal invaziv kontrolü için potansiyele sahiptir.
Işığa duyarlı iyon kanalı channelrhodopsin-2'nin (ChR2) genetik manipülasyon 5,6,7 yoluyla uyarılabilir hücrelere sokulması, fotostimülasyon kullanılarak uyarılabilir hücrelerin membran potansiyelinin depolarizasyonunu sağlamıştır. Nöronal ağların aktivasyonu, kardiyak aktivitenin kontrolü, görme ve işitmenin restorasyonu, omurilik yaralanmalarının tedavisi ve diğerleridahil olmak üzere çeşitli tıbbi uygulamalar geliştirilmiştir 8,9,10,11,12,13,14. ChR2'nin kardiyolojide uygulanması, milisaniye yanıt süresi15 nedeniyle önemli bir potansiyele sahiptir ve bu da onu aritmik kardiyak dinamiklerin hedeflenen kontrolü için çok uygun hale getirmektedir.
Bu çalışmada, transgenik bir fare modelinin sağlam kalplerinin çok bölgeli fotostimülasyonu gösterilmiştir. Özetle, Avrupa Topluluğu'nun Yedinci Çerçeve Programı FP7/2007-2013 (HEALTH-F2-2009-241526) kapsamında transgenik bir alfa-MHC-ChR2 fare hattı kurulmuş ve Prof. S. E. Lehnart tarafından sağlanmıştır. Genel olarak, alfa-MHC kontrolü altında Cre-rekombinaz eksprese eden transgenik yetişkin erkek C57 / B6 / J, dişi B6.Cg-Gt (ROSA) 26Sortm27.1 (CAG-COP4 * H134R / tdTomato) Hye / J ile çiftleşmek üzere eşleştirildi. Kardiyak STOP kaseti ikinci nesilde silindiğinden, yavrular stabil bir MHC-ChR2 ekspresyonu gösterdi ve kardiyak ışığa duyarlı kolonileri korumak için kullanıldı. Tüm deneyler, 36-48 haftalıkken her iki cinsiyetten yetişkin farelerle yapıldı. Aydınlatma, silikon bazlı mahfaza ve kısa optik cam elyaflarının uygulanmaması dışında,16,17'de açıklandığı gibi imal edilen 3 x 3 mikro-LED dizisi kullanılarak elde edilir. Kardiyak bir uygulamada ilk kullanımı18 yılında bulunur. Benzer bir imalat teknolojisine dayanan doğrusal bir mikro-LED dizisi, kalp hızı19 için nüfuz edici bir prob olarak uygulanmıştır. Mikro LED'ler, 550 μm'lik bir aralıkta 3 x 3'lük bir dizilim halinde düzenlenmiştir ve çok küçük bir alanda hem yüksek uzamsal çözünürlük hem de yüksek radyant gücü sağlar. Yazarlar bu çalışmada, yeni anti-aritmik tedavi yöntemlerinin geliştirilmesinin yolunu açabilecek çok yönlü bir yerel çok bölgeli fotostimülasyon göstermektedir.
Aşağıdaki deneysel protokol, kanüle aortun perfüzyon girişi olarak işlev gördüğü retrograd Langendorff perfüzyon ex vivo'yu içerir. Uygulanan perfüzyon basıncı ve kardiyak kasılma nedeniyle perfüzyon, aorttan ayrılan koroner arterlerden akmaktadır. Sunulan çalışmada, kalp, perfüzyon rezervuarlarının 1 m yüksekliğe, 73.2 mmHg'ye eşdeğer olarak 2.633 ± 0.583 mL / dak akış hızına ulaşmasıyla elde edilen sabit bir basınç ayarı kullanılarak perfüze edilir. Deney sırasında iki çeşit Tyrode çözeltisi perfüzyon olarak kullanılır. Düzenli Tyrode çözeltisi kararlı bir sinüs ritmini desteklerken, Low-K + Tyrode çözeltisi, murin kalplerinde aritmi indüksiyonunu sağlamak için Pinacidil ile karıştırılır. Altıgen bir su banyosunun kullanılması, kalbin altı farklı düzlemsel pencereden gözlemlenmesine izin verir ve birkaç optik bileşenin kırılma ile daha az bozulma ile birleştirilmesine izin verir.

<table><tbody><tr><td>Kimyasal Bileşenler</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Blebbistatin</td><td>TargetMol</td><td>T6038</td><td>10 mM stok çözeltisi</td></tr><tr><td>BSA/Albumin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A4919</td><td></td></tr><tr><td>Kalsiyum Klorür</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C1016</td><td>CaCl2</td></tr><tr><td>Carbogen</td><td>Westfalen</td><td></td><td>50 l şişe</td></tr><tr><td>DI-4-ANBDQPQ</td><td>AAT Bioquest</td><td>21499</td><td>Optik Haritalama</td></tr><tr><td>Boyası Glikoz</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9434 C6H12O6</td><td></td></tr><tr><td>Heparin</td><td>LEO Pharma</td><td></td><td>Heparin-Natrium Leo 25.000 IE/5 ml, sadece reçete ile temin edilebilir</td></tr><tr><td>Hidroklorid Asit</td><td>Merck</td><td>1.09057.1000</td><td>HCl, 1 M stok çözeltisi</td></tr><tr><td>İzofluran</td><td>CP Pharma</td><td></td><td>1 ml/ml, sadece reçete ile mevcuttur</td></tr><tr><td>Magnezyum Klorür</td><td>Merck</td><td>8.14733.0500</td><td>MgCl2</td></tr><tr><td>Monopotasyum Fosfat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>30407</td><td>KH2PO4</td></tr><tr><td>Pinacidil monohidrat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P154-500mg</td><td>10 mM stok çözeltisi</td></tr><tr><td>Potasyum Klorür</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P5405</td><td>KCl</td></tr><tr><td>Sodyum Bikarbonat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>NaHCO3</td></tr><tr><td>Sodyum Klorür</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5886</td><td>NaCl</td></tr><tr><td>Sodyum Hidroksit</td><td>Merck</td><td>1.09137.1000</td><td>NaOH, 1 M stok çözümü</td></tr><tr><td>Elektrik Kurulumu</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Biopac MP150</td><td>Biopac Sistemleri</td><td>MP150WSW</td><td>veri toplama ve analiz sistemi</td></tr><tr><td>Özel yapım EKG, alternatif ECG100C</td><td>Biopac Sistemleri</td><td>ECG100C</td><td>Elektrokardiyogram Amplifikatörü</td></tr><tr><td>Isıtma kablosu kullanarak özel yapım su banyosu ısıtıcısı</td><td>RMS Isıtma Sistemi</td><td>HK-5,0-12</td><td>Isıtma kablosu 120W</td></tr><tr><td>Altıgen su banyosu</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>LED Sürücü Güç kaynağı</td><td>Thorlabs</td><td>KPS101</td><td>15 V, 2.4 A Güç Kaynağı Ünitesi, Bir K veya T-Küp için 3.5 mm Jak Konnektörü.</td></tr><tr><td>LEDD1B LED Sürücü</td><td>Thorlabs</td><td>LEDD1B</td><td>T-Cube LED Sürücü, 1200 mA Maksimum Sürücü Akımı</td></tr><tr><td>MAP, EKG Elektrodu</td><td>Hugo Sachs Elektronik</td><td>BS4&nbsp; 73-0200</td><td>İzole edilmiş kalpler için Mini-EKG Elektrodu</td></tr><tr><td>mikro LED Sürücü, örneğin AFG</td><td>Agilent Instruments</td><td>A-2230</td><td>Keyfi fonksiyon üreteci (AFG)</td></tr><tr><td>Sinyal Üreteci</td><td>Agilent Instruments</td><td>A-2230</td><td>AFG</td></tr><tr><td>mikro-LED Dizi Bileşenleri</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Epoksid yapıştırıcı</td><td>Epoksi Teknolojisi</td><td>EPO-TEK 353ND</td><td>İki bileşenli epoksi</td></tr><tr><td>Floropolimer</td><td>&nbsp; Asahi Cam Co., Ltd.</td><td>Yüksek şeffaflığa sahip</td> <td>Cytop 809M</td> Floropolimer</tr><tr><td>Görüntü ters fotorezist</td><td>Merck KGaA</td><td>AZ 5214E</td> Yüksek Çözünürlüklü LED çipi <td>için Görüntü Tersine Çevirme Direnci</td></tr><tr><td></td><td>&nbsp; Cree A.Ş.</td><td>C460TR2227-S2100</td><td>Mavi mikro-LED</td></tr><tr><td>Fotorezist</td><td>Merck KGaA</td><td>AZ 9260</td><td>Kalın Pozitif Fotorezistler</td></tr><tr><td>Poliimid</td><td>UBE Industries Ltd.</td><td>U-Varnish S</td><td>Poliimid Çözeltisi</td></tr><tr><td>Silikon</td><td>NuSil Technology LLC</td><td>MED-6215</td><td>Düşük viskoziteli silikon elastomer</td></tr><tr><td>Solventsiz yapıştırıcı</td><td>John P. Kummer GmbH</td><td>Epo-Tek 301-2</td><td>Düşük viskoziteli epoksi reçine</td></tr><tr><td>Optik Haritalama</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mavi Filtre</td><td>Chroma Technology Corporation</td><td>ET470/40x</td><td>Mavi uyarma filtresi</td></tr><tr><td>Kamera</td><td>Fotometrisi</td><td>Cascade 128 +</td> <td>Yüksek performanslı EMCCD Kamera</td></tr><tr><td>Kamera Objektifi</td><td>Navitar</td><td>DO-5095</td><td>Navitar yüksek hızlı sabit odak uzaklığına sahip lensler CCD ve CMOS kameralarla çalışır</td></tr><tr><td>Dikroik Ayna</td><td>Semrock</td><td>FF685-Di02-25x36</td><td>685 nm kenar BrightLine&reg; tek kenarlı standart epi-floresan dikroik ışın ayırıcı</td></tr><tr><td>Emisyon</td><td>Filtresi Semrock</td><td>FF01-775/140-25</td><td>775/140 nm BrightLine&reg; tek bantlı bant geçiren filtre</td></tr><tr><td>Soğutucu</td><td>Gelişmiş Termal Çözümler</td><td>ATSEU-077A-C3-R0</td><td>Isı Emiciler - LED STAR LED Soğutucu, 45 mm çap, 68 mm, Siyah/Gümüş, Dişsiz Taban Plakası Donanım</td></tr><tr><td>LED 1 ve LED 2</td><td>LED Engin Osram</td><td>LZ4-00B208</td><td>Yüksek Güçlü LED'ler - Tek Renk Mavi, 460 nm 130 lm, 700mA</td></tr><tr><td>LED 3</td><td>Thorlabs</td><td>M625L3</td><td>625 nm, 700 mW (Min) Monte LED, 1000 mA</td></tr><tr><td>Lensler</td><td>LED Engin Osram</td><td>LLNF-2T06-H</td><td>LED Aydınlatma Lensleri Montajları LZ4 LENS DAR TAŞKIN IŞIN</td></tr><tr><td>Güç ölçer için fotodiyot</td><td>Thorlabs</td><td>S120VC</td><td>Standart Fotodiyot Güç Sensörü</td></tr><tr><td>Güç Ölçer</td><td>Thorlabs</td><td>PM100D</td><td>Kompakt Güç ve Enerji Ölçer</td></tr><tr><td>Kırmızı</td><td>Filtre Semrock</td><td>FF02-628/40-25</td><td>BrightLine&reg; Tek bantlı bant geçiren filtre</td></tr></tbody></table>

murin kalplerde optogenetik Çok bölgeli fotostimülasyon uygulayarak İleri kardiyak ritim yönetimi

Advanced Cardiac Rhythm Management by Applying Optogenetic Multi-Site Photostimulation in Murine Hearts

Ventriküler taşiaritmiler tüm dünyada mortalite ve morbiditenin önemli bir nedenidir. Yüksek enerjili elektrik şokları kullanan elektriksel defibrilasyon şu anda hayatı tehdit eden ventriküler fibrilasyonun tek tedavisidir. Bununla birlikte, defibrilasyonun dayanılmaz ağrı, doku hasarı ve prognozun kötüleşmesi gibi yan etkileri olabilir, bu da daha yumuşak kardiyak ritim yönetimi stratejilerinin geliştirilmesi için önemli bir tıbbi ihtiyacı gösterir. Enerji azaltıcı elektriksel yaklaşımların yanı sıra, kardiyak optogenetik, ışığa duyarlı membran iyon kanalları ve ışık darbeleri kullanarak kardiyak aktiviteyi etkilemek için güçlü bir araç olarak tanıtıldı. Bu çalışmada, Langendorff perfüze edilmiş sağlam murin kalplerinin başarılı fotostimülasyonu için sağlam ve geçerli bir yöntem, 3 x 3 mikro ışık yayan diyotlar dizisi (mikro-LED) uygulanan çok bölgeli pacing temelinde tanımlanacaktır. Epikardiyal membran voltaj dalgalarının eşzamanlı optik haritalanması, bölgeye özgü stimülasyonun etkilerinin araştırılmasına izin verir ve yeni indüklenen kardiyak aktiviteyi doğrudan yerinde değerlendirir. Elde edilen sonuçlar, defibrilasyonun etkinliğinin, kardiyak aritmi sırasında fotostimülasyon için seçilen parametrelere güçlü bir şekilde bağlı olduğunu göstermektedir. Kalbin aydınlatılmış bölgesinin sonlandırma başarısı için çok önemli bir rol oynadığı ve aritmi paternlerinin değiştirilmesi için aydınlatma sırasında kardiyak aktivitenin hedeflenen kontrolünün nasıl sağlanabileceği gösterilecektir. Özetle, bu teknik, kardiyak ritmin gerçek zamanlı geri besleme kontrolüne giden yolda yerinde mekanizma manipülasyonunu optimize etme imkanı ve bölgeye özgüllük açısından, spesifik olmayan elektrik şoku uygulamalarının kullanımına kıyasla kalp sistemine potansiyel zararı azaltmada yeni yaklaşımlar sunmaktadır.

Protokol, LED 1 ve LED 2 (Şekil 1) tarafından üretilen fotostimülasyon darbelerini kullanarak sağlam murin kalplerde ventriküler aritmilerin indüklenmesine izin verir ve 25 Hz ile 35 Hz arasında bir frekans f ind ve 2 ms ile 10 ms arasında bir nabız süresi Wind. Bu kadar hızlı ışık darbelerinin amacının kalp ritmini yakalamak değil, kardiyak aktivitenin dengesini bozmak olduğunu, böylece düzensiz elektrik dalgalarının üretilebileceğini ve bunun da bir aritmi kolaylaştır...

Bu çalışma, transgenik channelrhodopsin-2 (ChR2) farelerinin bozulmamış murin kalplerinin kardiyak ritmini, bir mikro-LED dizisi ile lokal fotostimülasyon ve epikardiyal membran potansiyelinin eşzamanlı optik haritalamasını kullanarak kontrol etmek için bir yöntem bildirmektedir.

Murin Kalplerde Optogenetik Çok Bölgeli Fotostimülasyon Uygulayarak İleri Kardiyak Ritim Yönetimi

Ventricular tachyarrhythmias are a major cause of mortality and morbidity worldwide. Electrical defibrillation using high-energy electric shocks is ...

Fiziksel olarak en altta yatan kardiyak fibrilasyon ve defibrilasyon tam olarak anlaşılamamıştır. Optogenetik, iyi kontrol edilen bir ortamda kardiyak fenomenler hakkında daha fazla bilgi edinmenin bir yolunu sunabilir. Mikro LED'ler kullanılarak lokal ışık stimülasyonu, belirli kalp dokusu alanlarının yenilenmesine izin verir.Bu hedefli stimülasyon, kalp nazik anti aritmetik terapi yöntemlerini geliştirmek için yeni bir araçtır. Gösterilen protokol, kardiyak aritmi sırasında ve özellikle sonlandırma sırasında kalp davranışını incelemek için kullanılabilir. Prospektifte, geliştirilen teknikler klinik olarak daha alakalı büyük hayvan modellerini incelemek için kullanılabilir.Her deneyden önce, tüm tüpleri tamamen mineralden arındırılmış suyla temizleyin. Tiroid çözeltilerini oda sıcaklığında 30 dakika boyunca karbonhidratla havalandırın ve pH değerini sodyum hidroksit ve hidroklorik asit ile 7.3'e ayarlayın. Perfüzyon sistemini bir su ısı pompası ile 37 santigrat dereceye ısıtın.Su geçirmez bir ısıtma kablosu gibi ek bir ısıtma elemanı kullanarak su banyosu içinde perfüzyon sıcaklığını sabit tutun. Her tiroid çözeltisinden 500 mililitresini ilgili rezervuara ekleyin ve tüplerde veya kabarcık tuzağında sıkışmış hava kabarcıkları görülmeyene kadar perfüzyon sisteminden tiroid çözeltisi çalıştırarak tüplerin yanı sıra kabarcık tuzağının havasını da giderin. Perfüzyonun pH'ının daha sonra perfüzyon sırasında sabit kalmasını sağlamak için karbojenli rezervuarlardaki tüm deney sırasında tiroid çözeltilerini havalandırmaya devam edin.Kalbi çıkardıktan sonra, ince hazırlığı stereoskopik mikroskop altında gerçekleştirin. Aortu künt iğneye takın ve damarı dikiş malzemesiyle sabitleyin. Bir kontrol olarak, iğneden kalbe buz gibi soğuk tiroid çözeltisi enjekte edin ve kalbin sıkıca monte edildiğini kontrol edin.Monte edilmiş kalbi perfüzyon sistemine aktarın ve iğneyi kabarcık tuzağına bağlarken havanın kalbe girmesini önlemek için perfüzyonun aktığından emin olun. Kalbin su banyosunda tiroid çözeltisi ile kaplı olduğunu ve birkaç dakika içinde attığını kontrol edin. İyi sinyal kalitesi sağlamak için EKG elektrotlarından birini kalp yüzeyine mümkün olduğunca yakın yerleştirin.İkinci EKG elektrodunu tiroid çözeltisinde askıya alın ve EKG'nin kaydedildiğinden emin olun. Mikro LED dizisini ilgi alanına yerleştirin. Perfüzyonu penecidle ile düşük potasyumlu tiroide değiştirin ve kalbi 15 ila 30 dakika boyunca inceleyin.Aritmi indüklemek için, kalbi LED bir ve LED iki ile 25 ila 35 hertz frekansında, iki ila 15 milisaniyelik darbe süresinde ve milimetre kare başına 2,8 miliwatt ışık yoğunluğunda 20 ila 50 ışık darbesinden oluşan bir trenle aydınlatın. Aritmi indüklenene kadar işlemi tekrarlayın. Sürekli bir aritmi görsel olarak tespit edildikten sonra, 15 miliamper iskelelik bir darbe akımında dizinin üç, altı veya dokuz mikro LED'ini kullanarak farklı genişlik ve frekanslarda bir darbe patlaması uygulayın.Beş mikro LED dizisi tabanlı defibrilasyon denemesinden sonra aritmi devam ederse, girişimi başarısız olarak sınıflandırın ve aynı zamanlama parametrelerine sahip LED bir ve LED iki kullanarak yedek defibrilasyona başlayın. Kalbi blebbistatin çözeltisi ile perfüze edin ve mekanik ayrılma gerçekleşene kadar bekleyin, bu da kalp atmayı bıraktığında gerçekleştirilir, ancak bir EKG sinyali hala ölçülebilir. Bir mililitre voltajlı boya verin, Langendorff perfüzyonunun kabarcık tuzağında bir bolus olarak 4-A-N-B-D-Q-P-Q'yu boyayın ve boyanın kalbi düzgün bir şekilde incelemesine izin vermek için beş ila 10 dakika bekleyin.LED üçü açın. Kamerayı kalbin yüzeyine odaklayın ve milimetre kare başına 1,27 miliwatt optik güç uygulayın. Laboratuvar ışıklarını kapatın ve kayda başlayın, elde edilen sinyalin frekansını kaydedilen EKG'nin frekansı ile karşılaştırarak optik bir sinyal alındığından emin olun.11 fare için farklı frekanslara, mikro LED sayısına ve darbe sürelerine sahip bir dizi deney test edildi ve 1 ila 20 milisaniyelik darbelerin farklı başarı oranlarıyla defibrillenebileceğini gösterdi. 18 ve 20 hertz'lik defibrilasyon frekansında bir milisaniye ve 20 milisaniyelik darbe sürelerine sahip dokuz LED'in başarı oranında önemli bir artış vardır; bu, artı veya eksi dört nokta sıfır üç hertz'lik bir hata aralığına sahip tüm aritmilerin 22.55'inin analiz edilen ortalama aritmi frekansına daha yakındır. EKG kayıtları ve ilgili spektrogramları ile 14 hertz frekanslı iki farklı defibrilasyon girişimi burada gösterilmiştir.30 milisaniyelik darbelerle defibrilasyon örneğinde, aritminin baskın frekansı, fotoğraf stimülasyonu başlayana kadar hafifçe artar. VF, baskın frekansın 14 hertz'e düştüğü, ardından başarısız sonlandırmanın ve 24 hertz'lik baskın bir frekansla aritmik davranışa geri döndüğü bir VT'ye dönüştürülür. İkinci örnekte, birinci segment, baskın frekansı 23 hertz olan bir VT'yi ve 20 milisaniyelik bir darbe genişliğine sahip, fotostimülasyon başlayana kadar harmonik bileşenleri gösterir.Üçüncü segment, 3.5 hertz'lik temel bir frekansa sahip normal bir sinüs ritmine ve bunun sonucunda ortaya çıkan harmoniklere yol açan başarılı bir sonlandırma gösterir. Yüksek hızlı kameralarla yapılan optik haritalama, normal bir sinüs ritmi sırasında kalbin tek bir atışı sırasında floresan yoğunluğunda bir değişiklik olduğunu gösterdi. Perfüzyonun uzunluğu, kalbi sağlıklı tutmak için tüm koşulları, yani sıcaklığı, pH değerini ve oksidasyonun sabit kalması gerektiğini korumalıdır.Sistemdeki hava kabarcıkları kalbe zarar verebileceğinden tiroid çözeltisinin boş çalışmaması özellikle önemlidir. Mikro gerçeklik dizisi büyük esneklik sunar. Kalbin farklı konumlarını hedefleyebilir veya hatta aritmi düzgün bir şekilde sonlandırmak için tek bir deneyde birden fazla diziyi birleştirebilirsiniz.

advanced-cardiac-rhythm-management-applying-optogenetic-multi-site

Research

JoVE Journal

Medicine

Tıp

Bu makale, potansiyometrik boya kullanarak (di-8-ANEPPS) Langendorff perfüze sıçan kalpleri yüzeyinde optik görüntü aksiyon potansiyeli hareketi yüksek bir zamansal ve mekansal çözünürlükte tekniği açıklar.

Langendorff perfüze sıçan Kalpler Optik Haritalama

Bu makale, panoramik görüntüleme sistemi kullanılarak Langendorff perfüze tavşan kalbinde, optik haritalama deneylerini için temel prosedürleri ve ikili (voltaj ve kalsiyum) görüntüleme yöntemidir.

Çok parametreli Langendorff perfüze Tavşan Kalp Optik Haritalama

Bu kağıt sağlam izole Langendorff transmembran potansiyeli (Vm) ve geçici hücre içi kalsiyum (CAT) optik haritalama sırasında diseksiyon prosedürü, enstrümantal kurulum ve deneysel koşullar fare kalpleri perfüze.

Fare Kalp Aksiyon Potansiyelleri ve Kalsiyum Geçici Optik Haritalama

Bu iletişim kuralı ile yüksek zamansal ve mekansal çözünürlüklü, membran gerilim çift kayıtları da dahil olmak üzere bir optik haritalama sistemi kullanan fare Kulakçık Elektrofizyolojik değerlendirme açıklar ve Ca2 + geçici altında programlanmış stimülasyon özel elektrot kateter aracılığıyla.

Yüksek çözünürlüklü optik eşleştirmenin fare Atria Elektrofizyolojik değerlendirme

Burada, bir iletişim kuralı modülasyonu intrakardiyak otonom sinir sistemi ve temel Elektrofizyoloji, arrhythmogenesis ve ex vivo Langendorff kurulumu kullanarak kamp dinamikleri üzerindeki etkisi değerlendirilmesi için mevcut.

Kardiyak Elektrofizyoloji ve Arrhythmogenesis bir Ex Vivo Langendorff sisteminde intrakardiyak nöronların etkisi

Bu çalışmanın amacı, kardiyak dinamiği n çevirisel bir hayvan modeli kullanarak araştırmak için bir yöntem oluşturmaktır. Açıklanan deneysel yaklaşım, izole, bozulmamış bir domuz kalp modelindeki elektriksel aktiviteyi değerlendirmek için elektrofizyolojik bir çalışma ile birlikte çift emisyonlu optokardiografi içerir.

Ex Vivo Langendorff perfüzyonlu Kalplerin Optokardiyografi ve Elektrofizyoloji Çalışmaları

Tavşan kardiyomiyositlerinde GtACR1 aktivasyonunun elektromekanik etkilerinin değerlendirilmesi için bir protokol sayılmiyoruz. Hücre izolasyonu, kültür ve adenoviral transdüksiyon ve yama-kelepçe ve karbon-fiber teknikleri ile fonksiyonel deneyler hakkında ayrıntılı bilgi salıyoruz.

Optogenetik Modüle Kardiyomiyosit Aktivitesinin Elektromekanik Değerlendirilmesi

Mevcut protokol, OCT görüntüleme ve optogenetik kalp pacing için kalpte eNpHR2.0 veya ReaChR opsinlerini eksprese eden Drosophila melanogaster'in oluşumunu tanımlamaktadır. Farklı gelişim aşamalarında canlı hayvanlarda restore edilebilir kalp durması, bradikardi ve taşikardi simülasyonu da dahil olmak üzere Drosophila OCT görüntüleme ve kalp atışı modülasyonu için ayrıntılı talimatlar bildirilmiştir.

Kardiyak Fonksiyonun Görüntülenmesi ve Optogenetik Kontrolü için Drosophila melanogaster Modellerinin Geliştirilmesi

Bu protokol, yüksek zamansal ve uzamsal çözünürlüğe sahip transmembran voltajının ve hücre içi Ca2+ geçici akımlarının elektrofizyolojik ölçümleri de dahil olmak üzere, katekolaminerjik polimorfik ventriküler taşikardiden etkilenen vahşi tip ve knock-in hayvanlardan elde edilen fare kalplerinin çift boyutlu optik haritalamasını sunar.

Katekolaminerjik Polimorfik Ventriküler Taşikardi RyR2R2474S Knock-In Farelerinden Kalplerin Çift Boyutlu Optik Haritalaması

Bu protokol, transgenik fare kalplerinde intrinsik kardiyak nöronların optogenetik stimülasyonu için bir yöntemi göstermektedir. Açıklanan yaklaşım, ex vivo perfüze kalplerde ani kardiyak nöron aktivasyonunun kinetiğini ve kolinerjik ve katekolaminerjik aktivite arasındaki etkileşimleri araştırmak için kullanılır.

Eksize Edilmiş Perfüze Fare Kalplerinde İntrinsik Kardiyak Otonomik Nöronların Optogenetik Aktivasyonu

Kardiyak hücreleri ve dokuyu kontrol etmek için ışığın kullanılması, temassız stimülasyonu mümkün kılar, böylece hücrelerin doğal durumunu ve işlevini korur, bu da onu hem temel araştırma hem de terapötik uygulamalar için değerli bir yaklaşım haline getirir.

Genetik Olmayan Optik Stimülasyon Yoluyla Ca2+ Yayılımını İncelemek için Kardiyak Mikrofizyolojik Bir Sistem

Öğrenin, murin kalplerde optogenetik fotostimülasyon ile aritmi sonlandırma yöntemini. Mikro-LED dizisi kullanarak bölgesel kontrol sağlayan bu teknik, geleneksel elektroşoklara nazaran daha az invaziv bir alternatif sunar.

Murin Kalplerde Optogenetik Çok Bölgeli Fotostimülasyon Uygulayarak İleri Kardiyak Ritim Yönetimi

Daha fazla video keşfet