Seguimiento óptico y eléctrico simultáneo de la actividad cardíaca – ScienceDaily

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Todavía es difícil de alcanzar en qué medida las interacciones entre diferentes tipos de células en el corazón afectan el ritmo cardíaco normal y pueden desencadenar arritmias potencialmente mortales. Un nuevo método de medición desarrollado en la Universidad de Berna combina por primera vez el registro óptico y eléctrico de la activación ventricular cardíaca que, junto con la optogenética, permitirá encontrar respuestas integrales a estas preguntas.

La función normal del corazón se basa en un marcapasos que genera impulsos eléctricos («potenciales de acción») que se propagan rápidamente por todo el músculo cardíaco donde desencadenan la contracción que conduce a los latidos del corazón. En el pasado se suponía que la propagación de los potenciales de acción estaba controlada exclusivamente por las células del músculo cardíaco. Sin embargo, hallazgos recientes sugieren que otros tipos de células del corazón, como las células del tejido conjuntivo («fibroblastos») y los macrófagos, pueden influir más en la propagación del potencial de acción y, por tanto, desempeñar un papel importante en la determinación de la función cardíaca. Estos resultados se obtuvieron mediante un nuevo método denominado optogenética que utiliza la luz para controlar el comportamiento eléctrico de tipos celulares definidos como los fibroblastos, lo que permite evaluar su participación en el proceso de activación cardíaca.

Para permitir estudios optogenéticos completos con corazones, los investigadores dirigidos por Stephan Rohr del Departamento de Fisiología de la Universidad de Berna han desarrollado un nuevo sistema experimental llamado sistema de «Medición y estimulación optoeléctricas panorámicas (POEMS)». El sistema POEMS es el primero en permitir mediciones y estimulación ópticas y eléctricas simultáneas que abarcan toda la superficie ventricular de los corazones de los ratones. Se espera que los resultados obtenidos con el sistema abran nuevas perspectivas en el estudio de la función cardíaca normal y en la investigación de los mecanismos que causan las arritmias cardíacas. El estudio que describe el sistema fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

¿Las células del tejido conectivo como causa de arritmias cardíacas?

Los experimentos de cultivo celular han demostrado previamente que las células del músculo cardíaco se comunican con los fibroblastos cardíacos activados por medio de señales eléctricas y que esta interacción conduce a arritmias cardíacas. Sin embargo, aún no se sabe si este mecanismo también es operativo en corazones intactos porque los métodos electrofisiológicos convencionales no son adecuados para investigar esta cuestión.

La falta de enfoques experimentales adecuados se supera ahora mediante la optogenética, que permite un interrogatorio directo de la presencia y las consecuencias funcionales de las interacciones celulares entre las células musculares y no musculares del corazón. La presencia de comunicación eléctrica directa se puede evaluar dejando que tipos de células específicos, como los fibroblastos, expresen los denominados «informadores de voltaje optogenéticos». Por otro lado, las consecuencias funcionales de dicho acoplamiento se pueden estudiar expresando «actuadores de voltaje optogenéticos» en estas células y observando los efectos de la activación de la luz en la electrofisiología de todo el corazón. Actualmente, realizar experimentos optogenéticos es complejo y requiere mucho equipo. Además, no es posible combinar experimentos basados ​​en electrodos con estudios ópticos, lo que limita severamente el rango de posibles experimentos.

Sistema de poemas crea nuevas posibilidades

«Con el nuestro Poemas sistema, todas estas desventajas se han superado, ya que toda la superficie de los ventrículos está cubierta con una combinación de estimulación óptica y eléctrica y sitios de medición, lo que permite combinaciones libres de ambas modalidades ”, explica el profesor Stephan Rohr, autor principal del estudio. El corazón de lo nuevo Poemas El sistema consiste en una copa del tamaño de un corazón de ratón con su superficie interna revestida con 294 fibras ópticas y 64 electrodos. Todas las fibras ópticas y electrodos se pueden configurar individualmente como sitios de medición y estimulación, lo que permite una adaptación precisa de los experimentos individuales a las necesidades específicas del informador y actuador optogenéticos utilizados en un experimento determinado.

Las mediciones panorámicas ópticas y eléctricas simultáneas de la activación cardíaca utilizando corazones de ratón estimulados que expresan reporteros de voltaje optogenético demostraron que el Poemas Independientemente del modo de medición, el sistema proporciona mediciones congruentes y altamente precisas de la propagación del potencial de acción ventricular con tiempos de activación determinados óptica y eléctricamente de menos de un milisegundo. Yendo más lejos, el Poemas El sistema fue diseñado con el objetivo de permitir una experimentación simple y eficiente. «Con nuestro enfoque ‘drop & go’, los experimentos pueden iniciarse inmediatamente después de que el ratón aislado se haya colocado en el recipiente de medición», dice el coautor del estudio Michael Rieger, quien desarrolló el sistema junto con otros miembros del Departamento de Fisiología. . El trato amable de los corazones que aumenta la tasa de éxito de los experimentos, así como el aumento del contenido de información proporcionado por el Poemas El sistema también es relevante para los principios de las 3R (reemplazar, reducir, refinar) porque el número de experimentos con animales necesarios para responder una pregunta determinada puede reducirse sustancialmente.

«Con el Poemas sistema en su lugar, actualmente estamos investigando la cuestión candente de si las arritmias cardíacas también pueden ser causadas por células no musculares como las células del tejido conectivo activadas «, dice Stephan Rohr. De ser así, abriría nuevas vías para tratar las arritmias cardíacas en cómo Los tipos de células distintos de las células musculares pueden convertirse en objetivos de las terapias antiarrítmicas.

El estudio fue apoyado por la Fundación Nacional Suiza de Ciencias FNS.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de Berna. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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