マクロな心筋細胞ネットワークダイナミクスに対する交感神経の影響を光で探る

Optical Interrogation of Sympathetic Neuronal Effects on Macroscopic Cardiomyocyte Network Dynamics.

• Rebecca-Ann B Burton
• Jakub Tomek
• Christina M Ambrosi
• Hege E Larsen
• Amy R Sharkey
• Rebecca A Capel
• Alexander D Corbett
• Samuel Bilton
• Aleksandra Klimas
• Guy Stephens
• Maegan Cremer
• Samuel J Bose
• Dan Li
• Giuseppe Gallone
• Neil Herring
• Edward O Mann
• Abhinav Kumar
• Holger Kramer
• Emilia Entcheva
• David J Paterson
• Gil Bub

抄録

交感神経を介した心臓刺激は不整脈を引き起こす可能性がある。我々は、自動化された方法で活動を測定するための光遺伝学的選択的プロービングと全光電気生理学を含むニューロン-心筋細胞の相互作用を研究するためのアプローチを提示します。ここでは、神経伝達物質の放出を介したアドレナリン刺激の効果、神経細胞数の心臓行動への影響、機械論的なインビトロ研究におけるオプトジェネティクスの適用可能性などの研究目標に取り組むために、交感神経ニューロンの光学的な尋問と巨視的な心筋細胞ネットワークダイナミクスへの影響の有用性を実証しています。不整脈は数百万個の細胞の協調的な活動が関与する創発的な行動であるため、我々は複雑なダイナミクスを捉えるために巨視的なスケールで画像化する。このことは、実験研究や臨床研究でしばしば見られる矛盾した結果を理解するのに役立つかもしれません。

Cardiac stimulation via sympathetic neurons can potentially trigger arrhythmias. We present approaches to study neuron-cardiomyocyte interactions involving optogenetic selective probing and all-optical electrophysiology to measure activity in an automated fashion. Here we demonstrate the utility of optical interrogation of sympathetic neurons and their effects on macroscopic cardiomyocyte network dynamics to address research targets such as the effects of adrenergic stimulation via the release of neurotransmitters, the effect of neuronal numbers on cardiac behavior, and the applicability of optogenetics in mechanistic in vitro studies. As arrhythmias are emergent behaviors that involve the coordinated activity of millions of cells, we image at macroscopic scales to capture complex dynamics. We show that neurons can both decrease and increase wave stability and re-entrant activity in culture depending on their induced activity-a finding that may help us understand the often conflicting results seen in experimental and clinical studies.

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