Elektrofiziológia - Leképezési rendszerek a szív elektrofiziológiai kutatásához

A szív- és érrendszeri betegségek (CVD) vezető halálokok világszerte, évente 17,3 millió halálesetet okoznak. Ez a szám 2030-ra várhatóan meghaladja a 23,6 milliót (1). A szívritmuszavarok és a hirtelen halál okozzák ezen CVD-halálozások több mint 60%-át (2). Nos, mi lehet a fent említett globális kérdés lehetséges megoldása?

Képzeljük el, ha egy tudós meg tudja határozni a beteg szív bizonyos területét, amely felelős lehet az okért. Ez jobb kezelésválasztást és magasabb gyógyulási arányt eredményezne.

Mi lenne, ha a gyógyszergyárak képesek lennének kiszűrni minden olyan gyógyszert, amely károsíthatja a szívet? Hatékonyabban, jobb kezeléssel és megtakarított erőforrásokkal biztosítanák az életmentő terápiákat.

Ez leképezési technológiával lehetséges.

A múltban rejtély volt a szív endocardialis vagy epicardialis felületéből származó cselekvési potenciál mérése és vizsgálata. A bipoláris és unipoláris felvétel jelenléte ellenére a leképező rendszerek biztosítják a legpontosabb módszert a szív fiziológiai aktivitásának szöveti vagy szervi szintű vizsgálatára (3).

Merüljünk el az alábbi elektromos és optikai leképezésekben.

Mi az optikai leképezés?

A szív optikai leképezését elismerten létfontosságú technikának tekintik a szívritmuszavarok mechanizmusainak vizsgálatára és kivizsgálására. Ez a technológia fluoreszcencia alapú képalkotást használ a többsejtű szívkészítmények elektromos tulajdonságainak vizsgálatára. Fontos élettani paraméterek mérésére, mint például az akciós potenciál vagy a kalcium-tranziens, nagy térbeli időbeli felbontás mellett

Ezenkívül ez a technika új távlatokat tár fel a biológiai minták tekintetében, amely magában foglalja (de nem kizárólag) a következőket:

Izolált szívek
Intakt szívszöveti preparációk
Izomszelet
Pluripotens őssejtből származó vagy újszülött szívizomsejtek monorétegei

De hogyan működik?

Először az izolált szív nem dobogó állapotba kerül. A feszültségérzékeny színezékek nyomon követik az akciós potenciál különbség-ingadozásait a szívizomsejtek sejtmembránján. Eközben a kalcium-érzékeny festék képezi az elektromos hullámok elterjedését a szívben (átmeneti kalcium).

Az optikai leképezés nagy potenciállal rendelkezik az elektrofiziológiai tulajdonságokkal kapcsolatos nagy tér-időbeli felbontású információk előállításához. Ez népszerűvé teszi a szívbetegségek elektromos stabilitására utaló alapvető mechanizmusok vizsgálatát (4,5).

A kardiológia szempontjából egy optikai feltérképező rendszer boncolja az alapvető mechanizmust, amely a szív elektromos stabilitását szabályozza a különböző szívbetegségek kontrollálására és vizsgálatára. Nagysebességű kamerák és fluoreszcens mikroszkópia segítségével a fluoreszcencia-ingadozásokat rögzítik az epicardialis vagy endocardialis felületen.

Az optikai leképezés előnyei

Hatékony minőségi adatgyűjtés

Az optikai leképezés nagy felbontású, kevésbé invazív módszer az elektromos szívaktivitás vizsgálatára. Rengeteg kiváló minőségű adatot képes előállítani rövid idő alatt.

Egyidejűleg több elektrofiziológiai paramétert mér

Az optikai leképezés az elektrofiziológiai aktivitás képalkotó folyamat egyszerű módja, amely magában foglalja a Langendorff-féle perfúzióval ellátott szív teljes külsejét. Jelenleg az optikai feltérképezés az egyetlen ismert módszer számos primer elektrofiziológiai paraméter vizsgálatára. (6)

A detektálható érzékelőfesték széles választéka

A fluoreszcens festékek alkalmazási körét kiterjesztették magnézium, nátrium, kálium, pH, nitrogén-oxid és redox állapot vagy oxigén szintre. Az optikai leképezés egy erőteljes rendszerbe van integrálva, amely lehetővé teszi egy átfogóbb adatkészlet megszerzését. Ez rendkívül fontos a jövő mechanisztikus gyógyszertervezése szempontjából.

Mi az elektromos leképezés?

Az elektromos feltérképezési technológia fizikai elektródákat használ a többsejtű szívkészítmények elektromos tulajdonságainak mérésére és tanulmányozására. Ezt a rendszert kifejezetten elektromos tevékenység rögzítésére tervezték, amely gyorsan vezető adatokat szolgáltat.

Jellemzően egy többelektródás tömb (MEA), valamint a kifinomult depolarizációs/repolarizációs számítások segítségével ez a rendszer képes a különböző elemek, például a nátrium-, kálium- és kalciumáramok rendellenességeinek detektálására. A mérőelektródák fejlesztése különféle sejtek/szövetek számára minden bizonnyal megváltoztatja a vizsgálódás módját. A kutatók és elemzők jobban meg fogják érteni a szívritmuszavarokat, ideértve a pitvarfibrillációt és a kamrai fibrillációt.

Sokoldalú előnyök:

Az elektromos feltérképezési technológia pontosan rögzíti a szív akciós potenciáljának depolarizációját és repolarizációját a szív különböző régióiban in vivo és ex vivo előkészítésből. Ezen felül figyelemmel kísérheti a szívritmus-szabályozó aktivitását, valamint az elektromos vezetést/sebességet.

A szív elektromos leképezése olyan információkat nyújt, mint:

Iniciálási helyek
A cselekvési potenciál gyakorisága
A vezetés iránya és sebessége
Elektromos vezetési diszperzió
Repolarizációs diszperzió
QT intervallum diszperzió mind in vitro, mind in vivo kísérleti mintavételhez

Gyógyszerszűrés

Ha a szív akciós potenciáljának és az elektromos vezetőképességi események gyors gyógyszerszűrését szeretné elérni, az elektromos leképezés kiváló módszer a munka elvégzésére. Gyors és teljes kapacitású elemzést ad a vizsgált régiók valamennyi elektromos hullámáról.

Másrészt az optikai leképezés hatékony eszköz a mechanisztikus gyógyszerkialakítás feltárására, és szélesebb körben alkalmazható új gyógyszerek felfedezése szempontjából, különösen a szívfejlődés területén. Hitelesebb és részletesebb adatokat von ki fluoreszkáló festékek segítségével.

A legjobb az, hogy ez a két feltérképező rendszer egyszerűen képes együttműködni a feltérképező technológia teljes potenciáljának kiaknázásában. Míg az elektromos feltérképezés felhasználható az elektrofiziológiai paraméterek monitorozására, az optikai feltérképezés hatékonyabban és pontosabban tudja ellátni a feladatát.

Ezenkívül a legfrissebb kutatási eredmények és orvosi szakértők az optikai feltérképezést megbízható eszközként határozták meg a gyógyszer-toxicitás szűrésére, mivel alaposan képes közvetlen elektrofiziológiai betekintést nyújtani az új gyógyszerekre (7,8,9).

Zárstü

Ez a cikk rövid áttekintést nyújt mind az optikai, mind az elektromos feltérképező rendszerekről és azok alkalmazhatóságáról a szívvizsgálatban és analízisben. Ezek a feltérképező technológiák egyre nagyobb figyelmet kapnak a kardiológia területén. Gyorsan értékes preklinikai adatok nyerhetők, lehetővé téve a kutatók számára, hogy mélyebb betekintést nyújtsanak a szívbetegségek kezelésére. Hosszú távon létfontosságú szerepet játszanak a gyógyszerfejlesztésben, mivel a gyógyszer-toxicitás szűrésének időkerete jelentősen lerövidül. Ez kétségtelenül dollármilliókat spórolna meg a gyógyszergyárak számára, mielőtt belekezdenének a klinikai vizsgálatokba, és közben életek millióit menthetnék meg.

Referencia