Niet-invasieve elektrocardiografie in de perinatale muis
Summary
Hier presenteren we een niet-invasief elektrocardiografie (ECG) protocol, geoptimaliseerd voor vroege postnatale muizen, dat niet het gebruik van verdoving vereist.
Abstract
Elektrocardiografie (ECG) is al lang vertrouwd als een effectieve en betrouwbare methode voor de beoordeling van cardiovasculaire (en cardiopulmonale) functie in zowel menselijke als dierlijke modellen van de ziekte. Individuele hartslag, ritme en regelmaat, gecombineerd met kwantitatieve parameters verzameld van ECG, dienen om de integriteit van het hartgeleidingssysteem en de geïntegreerde fysiologie van de hartcyclus tebeoordelen. Dit artikel geeft een uitgebreide beschrijving van de methoden en technieken die worden gebruikt om een niet-invasieve ECG uit te voeren op perinatale en neonatale muizenpups al op de eerste postnatale dag, zonder dat er anesthesiemiddelen nodig zijn. Dit protocol is ontworpen om direct tegemoet te komen aan de behoefte aan een gestandaardiseerde en herhaalbare methode voor het verkrijgen van ECG bij pasgeboren muizen. Vanuit een translationeel perspectief, dit protocol blijkt te zijn volledig effectief voor de karakterisering van aangeboren cardiopulmonale afwijkingen gegenereerd met behulp van transgene muislijnen, en in het bijzonder voor de analyse van defecten veroorzaken dodelijkheid op of tijdens de eerste postnatale dagen. Dit protocol is ook bedoeld om een leemte in de wetenschappelijke literatuur rechtstreeks aan te pakken om normatieve gegevens te karakteriseren en te verstrekken die verband houden met rijping van het vroege postnatale cardiale geleidingssysteem. Deze methode is niet beperkt tot een specifiek postnatale tijdspunt, maar maakt het eerder mogelijk voor ecg-gegevensverzameling bij neonatale muizenpups vanaf de geboorte tot postnatale dag 10 (P10), een venster dat van cruciaal belang is voor het modelleren van menselijke ziekten in vivo, met bijzondere nadruk op aangeboren hartziekten (CHD).
Introduction
Cardiale functie kan worden gemeten op verschillende manieren, waarvan de meest voorkomende omvat het gebruik van elektrocardiografie (ECG) om de geleiding van elektrische stroom te analyseren door het hart, evenals de algehele cardiale cyclus en functie1. Elektrocardiografie blijft een nuttig diagnostisch instrument voor het identificeren en karakteriseren van hartafwijkingen in zowel menselijke als dierlijke modellen van ziekte1,2. Onregelmatigheden in een elektrocardiogrammeting kunnen worden gevonden in abnormale hartontwikkeling (d.w.z. aangeboren hartziekte (CHD)), en kunnen hartritmestoornissen omvatten die zich manifesteren als veranderingen in de hartslag (bijvoorbeeld bradycardie), en ritme (bijvoorbeeld “hartblokken”), wat wijst op defecten in de integriteit en/of functie van het onderliggende myocardium. Veranderingen zoals deze kunnen patiënten vatbaar maken voor levensbedreigende cardiale disfunctie (bijvoorbeeld congestief hartfalen en/of hartstilstand) en verhoogde mortaliteit3,4. Gezien de hoge sterftecijfers met ernstige en onbehandelde CHD is het van cruciaal belang om een gestandaardiseerde en herhaalbare methode te ontwikkelen voor het verzamelen van ECG tijdens deze vroege postnatale periode.
Hoewel we niet de eerste zijn om dit probleem aan te pakken, hebben eerdere methoden voor het verzamelen van ECG op een muispups traditioneel invasieve procedures (onderhuidse naald- of draadelektroden) en/of het gebruik van verdovingsmiddelen5,6,7. Voordelen van het uitvoeren van niet-invasieve ECG-analyse zijn het minimaliseren van pijn en het ongedaan maken van stress op het dier. Terwijl de experimentator moet nog steeds voorzichtig zijn over het veroorzaken van de pup stress, het apparaat is ontworpen om gemeenschappelijke stressoren te voorkomen om nauwkeurige gegevens te produceren. In het kader van de evaluatie van de hartfunctie kan de invoering van anesthesie bij dieren die cardiopulmonale afwijkingen kunnen hebben, de onderliggende aandoeningen kunnen maskeren of zelfs verergeren. Anesthetica kan de elektrische geleiding beïnvloeden door de depolarisatie en/of repolarisatie van de cellen te wijzigen. Ten slotte kan het gebruik van anesthesie de pasgeboren pup een verhoogd risico op onderkoeling geven, wat elke inherente pathologie verder zou kunnen verwarren. Het volgende protocol introduceert geen verdoving, invasieve procedures of uitgesproken ongemak voor de pup. Zodra de installatie van de apparatuur is voltooid, kunnen de installatie van het apparaat en het verzamelen van gegevens waarbij het dier betrokken is, efficiënt worden voltooid, waarna de pups kunnen worden teruggestuurd naar hun moeder. Bovendien maakt dit systeem het mogelijk om herhaalde en/of seriële analyses uit te voeren, wat ideaal is voor experimenten die in de loop van de tijd moeten worden geanalyseerd, de introductie van farmacologische therapieën, enz.
Protocol
Representative Results
Discussion
De gegevens punten verzameld in perinatale dag 1 muis pups zijn iets onder de gemiddelde verwachte waarden voor volwassen muizen (500-700 slagen per minuut). 8 Er is een toename van de hartslag naarmate de muis ouder wordt, wat meer in lijn is met de verwachte waarden(tabel 1). Het is echter belangrijk om te benadrukken dat neonatale waarden zich aan de onderkant van dit bereik bevonden, wat het idee ondersteunt dat normatieve waarden op een leeftijdsspecifieke manier moeten worde…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs erkennen genereuze steun van de Saving tiny Hearts Society (KLT), het UNE COBRE Program (NIGMS subsidienummer P20GM103643; LAF), en de SURE Fellowship Program aan de Universiteit van New England (VLB), evenals patiënt technische ondersteuning van Ashish More (iWorx, Dover, NH). Figuur 3, figuur 4 en figuur S1 zijn gemaakt met Biorender-software.
Materials
| LabScribe4 | iWorx | LabScribe4 | Software used to record ECG | https://www.iworx.com/users/teaching.php |
| Neonatal Mouse ECG & Respiration System | iWorx | RS-NMECG : Neonatal Mouse ECG | ECG device | https://www.iworx.com/research/cardiac-function/rs-nmecg/ |
| Tensive Conductive Adhesive Gel | Parker Laboratories, Inc | 22-60 | Tac-gel used as conductive gel for ECG | https://www.parkerlabs.com/tensive.asp |
References
- Pappano, A. J., Wier, W. G. . Cardiovascular Physiology. 11, 40-41 (2019).
- Kaese, S., Verheule, S. Cardiac electrophysiology in mice: A matter of size. Frontiers in Physiology. 3, 1-19 (2012).
- Sisakian, H. Cardiomyopathies: Evolution of pathogenesis concepts and potential for new therapies. World Journal of Cardiology. 6 (6), 478-494 (2014).
- London, B. Cardiac Arrhythmias: From (Transgenic) Mice to Men. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 12 (9), 1089-1091 (2001).
- Zehendner, C. M., Luhmann, H. J., Yang, J. -. W. A Simple and Novel Method to Monitor Breathing and Heart Rate in Awake and Urethane Anesthetized Newborn Rodents. PLoS ONE. 5, 62628 (2013).
- Zhao, Y., et al. Dry-contact microelectrode membranes for wireless detection of electrical phenotypes in neonatal mouse hearts. Biomedical Microdevices. 17 (2), 40 (2015).
- Cao, H., et al. Wearable multi-channel microelectrode membranes for elucidating electrophysiological phenotypes of injured myocardium. Integrative Biology. 6 (8), 789 (2014).
- Ho, D., et al. Heart rate and electrocardiography monitoring in mice. Current Protocols in Mouse Biology. 1 (1), 123-139 (2011).
- Heier, C. R., Hampton, T. G., Wang, D., DiDonato, C. J. Development of electrocardiogram intervals during growth of FVB/N neonate mice. BMC Physiology. 10, 16 (2010).
- Heier, C. R., DiDonato, C. J. ECG in neonate mice with spinal muscular atrophy allows assessment of drug efficacy. Frontiers Biosciences (Elite Ed). 7, 107-116 (2015).
- Chu, V., et al. Method for noninvasively recording electrocardiograms in conscious mice. BMC Physiology. 1, 6 (2001).
- Patel, S. I., Souter, M. J. Equipment-related electrocardiographic artifacts: causes, characteristics, consequences, and correction. Anesthesiology. 108 (1), 138-148 (2008).
- Castellan, R. F. P., Thomson, A., Moran, C. M., Gray, G. A. Electrocardiogram-gated kilohertz visualisation (EKV) ultrasound allows assessment of neonatal cardiac structural and functional maturation and longitudinal evaluation of regeneration after injury. Ultrasound in Medicine and Biology. 46 (1), 167-179 (2020).
