Seguimiento óptico y eléctrico simultáneo de la actividad cardíaca
Crédito: Unsplash/CC0 Dominio público
Aún no se sabe en qué medida las interacciones entre diferentes tipos de células del corazón influyen en el ritmo cardíaco normal y posiblemente desencadenan 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 al latido 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 conectivo («fibroblastos») y los macrófagos, pueden afectar adicionalmente la propagación del potencial de acción y, por lo tanto, desempeñar un papel importante en la determinación de la función cardíaca. Estos hallazgos se obtuvieron mediante un nuevo método llamado optogenética que utiliza la luz para controlar el comportamiento eléctrico de tipos de células 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, desarrollaron un nuevo sistema experimental llamado «Sistema de estimulación y medición optoeléctrica panorámica (POEMS)». El sistema POEMS es el primero en permitir mediciones y estimulación ópticas y eléctricas simultáneas que se extienden sobre 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 la investigación de los mecanismos que causan las arritmias cardíacas. El estudio que describe el sistema se publicó en la revista Nature Communications.
¿Las células del tejido conjuntivo son causa de arritmias cardíacas?
Los experimentos de cultivo celular han demostrado previamente que las células del músculo cardíaco se comunican con las células cardíacas activadas. fibroblastos por medio de señales eléctricas y que esta interacción conduce a arritmias cardíacas. Sin embargo, aún se desconoce 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 hoy en día con la optogenética que permite una investigación directa interrogación 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 permitiendo que tipos de células específicas, como los fibroblastos, expresen los llamados «informadores de voltaje optogenéticos». Por otro lado, las consecuencias funcionales de dicho acoplamiento pueden investigarse 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. En la actualidad, realizar experimentos optogenéticos es complejo y requiere muchos equipos. Además, no es posible combinar experimentos basados en electrodos con estudios ópticos, lo que limita severamente el rango de experimentos posibles.
El sistema POEMS crea nuevas posibilidades
«Con nuestro sistema POEMS, todos estas desventajas se han superado, ya que toda la superficie de los ventrículos está cubierta con una combinación de sitios de medición y estimulación ópticos y eléctricos, lo que permite combinaciones libres de ambas modalidades”, explica el profesor Stephan Rohr, autor principal del estudio. El núcleo del nuevo sistema POEMS consiste en una copa del tamaño de corazones de ratón con su superficie interior revestida por 294 fibras ópticas y 64 electrodos. Todas las fibras ópticas y los electrodos se pueden configurar individualmente como sitios de medición y estimulación, lo que permite una adaptación precisa de los experimentos individuales a los requisitos específicos del indicador optogenético y el actuador utilizados en un experimento determinado.
Panorámico óptico y eléctrico simultáneo las mediciones de la activación cardíaca utilizando corazones de ratón estimulados que expresan reporteros de voltaje optogenético demostraron que el sistema POEMS proporciona, independientemente de la modalidad de medición, mediciones congruentes y altamente precisas de la propagación del potencial de acción ventricular con diferencias entre los tiempos de activación determinados óptica y eléctricamente de menos de un milisegundo. Yendo más allá, el sistema POEMS fue diseñado con el objetivo de permitir una experimentación sencilla y eficiente. «Con nuestro enfoque de ‘soltar y listo’, los experimentos pueden comenzar inmediatamente después de colocar el ratón aislado en el contenedor de medición», dice el coautor del estudio Michael Rieger. , quien desarrolló el sistema junto con otros miembros del Departamento de Fisiología. El tratamiento suave de los corazones que aumenta la tasa de éxito de los experimentos, así como el mayor contenido de información proporcionado por el sistema POEMS, también es relevante con respecto a los principios de las 3R (reemplazar, reducir, refinar) porque la cantidad de experimentos con animales necesarios para responder una pregunta determinada puede reducirse sustancialmente.
«Con el sistema POEMS implementado, 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 activado», dice Stephan Rohr. Si este fuera el caso, abriría nuevas vías para el tratamiento de las arritmias cardíacas, ya que los tipos de células diferentes de las células musculares pueden convertirse en objetivos para las terapias antiarrítmicas.
Explore más
El modelado computacional de todo el corazón proporciona información para el tratamiento individualizado Más información: Michael Rieger et al, Habilitación de estudios optogenéticos completos de corazones de ratón mediante estimulación y mapeo panorámico optoeléctrico simultáneos , Comunicaciones de la naturaleza (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26039-8 Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por la Universidad de Berna Cita: Seguimiento óptico y eléctrico simultáneo de la actividad cardíaca ( 2021, 5 de octubre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-10-simultaneous-optical-electrical-tracking-heart.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.