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光遗传学技术与光起搏——心电生理研究中的新手段
光遗传学是2006年提出的一个将光控技术和遗传学技术相结合的新概念,以遗传学技术将光敏感蛋白表达于可兴奋的靶细胞或靶器官上,利用相应波长的光照激活光敏感蛋白以实现对细胞、组织、器官及动物生理功能的精准调控.该技术于2010年被引入心电生理研究,有离体及在体实验证实利用光遗传学技术实现光起搏心脏的可能性.研究表明光照刺激可引起心肌细胞电兴奋、恢复心肌细胞电传导、实现心脏再同步化,甚至可以模拟缓慢性、快速性心律失常.随着光敏感蛋白种类与功能的发掘、其转入心肌细胞方式和锚定心脏靶点多样化的研究,及安全便捷的光照条件和设备的研发,光遗传学技术与光起搏将成为临床心电生理研究及心律失常治疗等的重要新手段.
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利用光遗传学技术实现光起搏的实验研究
目的 利用光遗传学技术是否能有效实施光照夺获心脏,实现心脏光起搏,探讨光照强度对心脏夺获率的影响.方法 取15只C57雌性小鼠,随机分成3组:正常组6只,空载病毒组6只,ChR2组3只(A、B、C小鼠),经颈静脉给三组小鼠分别注射100μl生理盐水,100μl pAOV-CAG-mcherry,100μlpAOV-CAG-hChR2(H134R)-mcherry.8周后,进行离体心脏Langendorff离体灌流,并给予473 nm的蓝光光照刺激,观察小鼠的心律是否能被光刺激夺获,并比较不同功率下的光刺激对心脏夺获率的影响,观察光刺激和电刺激产生的单相动作电位(MAP)之间是否存在差异.结果 ChR2组小鼠的心脏节律能被光照夺获,一定范围内夺获率与功率成正相关关系,且17.3 mW的光照基本能满足光照夺获心律所需功率的大小,正常组和空载病毒组小鼠心脏的节律均不能被光照夺获.ChR2组A、B、C3只小鼠光照夺获心律所需的功率大小差别较大,B小鼠心脏更容易被光夺获,可能与心脏ChR2表达量有关.光刺激与电刺激产生的MAP存在差异,光刺激产生的MAP的达峰时间比电刺激短,且动作电位的复极时程达10％,30％,50％,70％的值小于电刺激.结论 利用光遗传学技术实现心脏光起搏技术可行.光敏蛋白ChR2成功表达在靶器官上是光遗传学关键的一步,光刺激心脏的夺获率不仅与光照功率的大小有关,可能还与心脏表达ChR2的量相关.
