Manejo avanzado del ritmo cardíaco mediante la aplicación de fotoestimulación optogenética multisitio en corazones murinos

Laura Diaz-Maue; Janna Steinebach; Michael Schwaerzle; Stefan Luther; Patrick Ruther; Claudia Richter

doi:10.3791/62335

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Artículo de método

Manejo avanzado del ritmo cardíaco mediante la aplicación de fotoestimulación optogenética multisitio en corazones murinos

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DOI:

10.3791/62335

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26 de agosto de 2021

Laura Diaz-Maue^*¹^,² , Janna Steinebach^*¹ , Michael Schwaerzle⁸^,⁹ , Stefan Luther¹^,³^,⁴^,⁶ , Patrick Ruther⁸^,⁹ , Claudia Richter¹^,⁵^,⁶^,⁷

¹Research Group Biomedical Physics, Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization, ²Research Electronics Department, Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization, ³Department of Pharmacology and Toxicology, University Medical Center Goettingen, ⁴Institute for Nonlinear Dynamics, Georg-August-University Goettingen, ⁵Department of Cardiology and Pneumology, University Medical Center Goettingen, ⁶German Center for Cardiovascular Research, DZHK e.V., partner site Goettingen, ⁷Laboratory Animal Science Unit, German Primate Center Leibniz Institute for Primate Research, ⁸Department of Microsystems Engineering (IMTEK), University of Freiburg, ⁹Cluster of Excellence BrainLinks-BrainTools, University of Freiburg

^* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Este trabajo informa un método para controlar el ritmo cardíaco de corazones murinos intactos de ratones transgénicos con canalrodopsina-2 (ChR2) utilizando fotoestimulación local con una matriz de micro-LED y mapeo óptico simultáneo del potencial de la membrana epicárdica.

Resumen

Las taquiarritmias ventriculares son una causa importante de mortalidad y morbilidad en todo el mundo. La desfibrilación eléctrica mediante descargas eléctricas de alta energía es actualmente el único tratamiento para la fibrilación ventricular potencialmente mortal. Sin embargo, la desfibrilación puede tener efectos secundarios, como dolor intolerable, daño tisular y empeoramiento del pronóstico, lo que indica una necesidad médica significativa para el desarrollo de estrategias de manejo del ritmo cardíaco más suaves. Además de los enfoques eléctricos reductores de energía, la optogenética cardíaca se introdujo como una herramienta poderosa para influir en la actividad cardíaca utilizando canales iónicos de membrana sensibles a la luz y pulsos de luz. En el presente estudio, se describirá un método robusto y válido para la fotoestimulación exitosa de corazones murinos intactos perfundidos por Langendorff basado en la estimulación multisitio aplicando una matriz de 3 x 3 de micro diodos emisores de luz (micro-LED). El mapeo óptico simultáneo de las ondas de voltaje de la membrana epicárdica permite la investigación de los efectos de la estimulación específica de la región y evalúa la actividad cardíaca recién inducida directamente en el sitio. Los resultados obtenidos muestran que la eficacia de la desfibrilación depende en gran medida de los parámetros elegidos para la fotoestimulación durante una arritmia cardíaca. Se demostrará que el área iluminada del corazón juega un papel crucial para el éxito de la terminación, así como cómo se puede lograr el control específico de la actividad cardíaca durante la iluminación para modificar los patrones de arritmia. En resumen, esta técnica ofrece la posibilidad de optimizar la manipulación del mecanismo in situ en el camino hacia el control de retroalimentación en tiempo real del ritmo cardíaco y, con respecto a la especificidad de la región, nuevos enfoques para reducir el daño potencial al sistema cardíaco en comparación con el uso de aplicaciones de descargas eléctricas no específicas.

Introducción

Las primeras investigaciones de la dinámica espacio-temporal durante la arritmia revelaron que los complejos patrones eléctricos durante la fibrilación cardíaca son impulsados por ondas de excitación giratorias similares a vórtices¹. Este hallazgo proporcionó nuevos conocimientos sobre los mecanismos subyacentes de las arritmias, que luego condujeron al desarrollo de nuevas terapias de terminación eléctrica basadas en la excitación multisitio del miocardio ^2,3,4. Sin embargo, los tratamientos que utilizan estimulación del campo eléctrico no son locales....