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

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?？芍踩胩秸胄杞鹕丝刂圃谧畹拖薅取狙芯勘砻鱅MLOP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。