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在表达通道视紫红质的小鼠心脏中使用跨壁多LED探针进行心脏起搏

DOI:10.1016/j.pbiomolbio.2019.11.004 期刊:Progress in Biophysics and Molecular Biology 出版年份:2019 更新时间:2025-09-11 14:15:04
摘要: 光遗传学通过光激活蛋白实现细胞类型特异性的监测与调控。在心脏研究中,向心肌细胞表达光激活去极化离子通道可实现光学起搏与除颤。既往研究多依赖心外膜光照,但当研究对象转向大型动物及人类时,光穿透心肌组织存在显著困难。为突破这一限制,我们评估了可植入式多发光二极管(LED)光学探针(IMLOP)对表达心脏特异性通道视紫红质-2(ChR2)小鼠心脏壁内起搏的应用价值。可植入探针需将损伤控制在最低限度——本研究表明IMLOP植入仅需约20毫牛顿作用力,从而限制了植入过程中过载可能造成的损伤。组织学切片证实急性使用期间组织损伤范围局限。LED工作时周围组织温度变化低于1开尔文,证实该探针原位使用安全。对照实验显示,即使采用超过起搏所需强度二十倍的刺激参数,也未观察到对心脏动作电位传导的影响。在ChR2表达小鼠心脏的原位实验中,证实光强低至700微瓦/平方毫米即可实现光学刺激(尽管稳定起搏需要更高强度)。单LED起搏时,阈强度(rheobase)和时值(chronaxie)分别为13.3±0.9毫瓦/平方毫米和3±0.6毫秒;当刺激体积加倍时,阈强度显著降低(6.5±0.9毫瓦/平方毫米)。我们成功实现了基于IMLOP的心脏壁内光学起搏,该探针在急性期仅造成局部受限组织损伤且起搏所需光强较低,其长期植入效应尚待进一步研究验证。
作者: C.M. Zgierski-Johnston,S. Ayub,M.C. Fernández,E.A. Rog-Zielinska,F. Barz,O. Paul,P. Kohl,P. Ruther
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研究概述 实验方案 设备清单

评估可植入多发光二极管(LED)光学探针(IMLOP)用于表达心脏特异性通道视紫红质-2(ChR2)的小鼠心脏壁内起搏的效用。

基于IMLOP技术的心室内光学起搏具有可行性,其组织损伤极小且所需光强较低。但慢性应用及更大心脏模型的研究仍需进一步开展。

该研究仅限于急性环境;未评估IMLOP植入的慢性效应。长期稳定性和最小组织损伤方面还需进一步研发。

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