32-Channel System to Measure the Electrophysiological Properties of Bioengineered Cardiac Muscle.
32-Channel System to Measure the Electrophysiological Properties of Bioengineered Cardiac Muscle.
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用于测量生物工程心肌电生理特性的 32 通道系统。
DOI：
10.1109/tbme.2015.2399437
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Birla,RaviK
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Salazar,BetsyH;Reddy,AnilkumarK;ZeweiTao;Madala,Sridhar;Birla,RaviK
本研究的目的是开发、评估和验证定制 32 通道系统，以分析 3D 人造心肌 (3D-AHM) 的电特性。在这项研究中，新生大鼠心肌细胞在纤维蛋白凝胶中培养以驱动 3D-AHM 的形成。一旦组织完全形成，定制的心电图（EKG）传感系统就被用来获得肌肉结构的不同电生理特征。此外，该系统还用于评估本地大鼠心脏的电特性，以便与制造的组织和文献中发现的本地值进行比较。组织学评估显示广泛的细胞化和心脏组织形成。 EKG 数据分析得出信号之间的时间延迟范围为 0 到 7 毫秒。光学图在整个制造的组织中显示出脉冲传播的轻微趋势。 3D-AHM 的纵向传导速度为 277.81 cm/s，横向为 300.79 cm/s，对角线为 285.68 cm/s。对于组织构建体，QRS 波群的 R 波振幅为 438.42 ± 36.96 μV，平均持续时间为 317.5 ± 16.5 ms。本研究中收集的数据提供了有关 3D-AHM 内在特性的更清晰的图像，同时证明了我们的系统在 EKG 数据采购方面的功效。为了实现可行且永久的解决方案，生物工程心肌必须在生理上类似于天然心脏组织，并模仿其电特性以实现适当的收缩功能。这项研究使我们能够监测这些特性并评估必要的改变，以改善结构的发展和功能。
The purpose of this study was to develop, assess, and validate a custom 32-channel system to analyze the electrical properties of 3-D artificial heart muscle (3D-AHM). In this study, neonatal rat cardiac cells were cultured in a fibrin gel to drive the formation of 3D-AHM. Once the tissues were fully formed, the customized electrocardiogram (EKG) sensing system was used to obtain the different electrophysiological characteristics of the muscle constructs. Additionally, this system was used to evaluate the electrical properties of native rat hearts, for comparison to the fabricated tissues and native values found in the literature. Histological evaluation showed extensive cellularization and cardiac tissue formation. EKG data analysis yielded time delays between the signals ranging from 0 to 7 ms. Optical maps exhibited slight trends in impulse propagation throughout the fabricated tissue. Conduction velocities were calculated longitudinally at 277.81 cm/s, transversely at 300.79 cm/s, and diagonally at 285.68 cm/s for 3D-AHM. The QRS complex exhibited an R-wave amplitude of 438.42 ± 36.96 μV and an average duration of 317.5 ± 16.5 ms for the tissue constructs. The data collected in this study provide a clearer picture about the intrinsic properties of the 3D-AHM while proving our system's efficacy for EKG data procurement. To achieve a viable and permanent solution, the bioengineered heart muscle must physiologically resemble native heart tissue as well as mimic its electrical properties for proper contractile function. This study allows us to monitor such properties and assess the necessary changes that will improve construct development and function.
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