Comentario del Autor: Dr. David Filgueiras Rama

La tecnología de fibra óptica combinada con ratiometría de voltaje permite obtener registros ópticos de alta resolución, desde la superficie epicárdica del corazón en un modelo porcino in vivo, sin evidencia de toxicidad sistémica ni cardíaca.

Actualmente, el uso de cámaras de alta velocidad para grabar cambios en la fluorescencia de membrana de la superficie endocárdica o epicárdica del corazón (cartografía óptica), es lo más cercano a la electrofisiología celular que podemos alcanzar en el corazón completo tras la administración de fluoróforos sensibles a los cambios en voltaje o calcio del cardiomiocito. Estas herramientas de cartografía óptica ha proporcionado hitos importantes para el entendimiento la electrofisiología cardíaca y los mecanismos de arritmias cardíacas complejas. Además, la cartografía óptica ha permitido entender las bases mecanicistas de trastornos del ritmo complejos a partir de modelos animales experimentales, que con posterioridad han intentado implementarse en procedimientos clínicos de electrofisiología cardíaca, aunque con las limitaciones intrínsecas asociadas a los registros bipolares y unipolares. De hecho, estas limitaciones impiden una mayor especificidad y precisión en la identificación de las áreas de interés en el tratamiento clínico de arritmias cardíacas complejas.

En base a lo anterior, cabe entender que el desarrollo e implementación de la cartografía óptica in vivo, bajo condiciones fisiológicas, tendría un gran impacto en el cartografiado de la actividad eléctrica cardíaca y en el entendimiento de patrones complejos de activación. De hecho, la cartografía óptica in vivo abriría las puertas a una era de alta precisión en el campo de la electrofisiología cardíaca. Con este objetivo, el trabajo publicado por el grupo del Dr. David Filgueiras del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III (F.S.P) y el Hospital Clínico Universitario San Carlos, en colaboración con el centro Richard D. Berlin for Cell Analysis and Modeling de la Universidad de Connecticut, e investigadores independientes de Toronto (Canadá), ha demostrado que la cartografía óptica puede obtenerse en situaciones in vivo, permitiendo de esta forma el registro de potenciales de acción ópticos y la generación de mapas de cartografía óptica de alta resolución.

Los investigadores utilizaron un modelo porcino con alto valor traslacional por sus similitudes en peso, tamaño y fisiología cardíaca al corazón humano. En la fase inicial del trabajo se realizaron experimentos en corazones aislados y perfundidos en el sistema de perfusión de Langendorff, en los que pudo demostrarse que tanto un fluoróforo convencional sensible al voltaje (di-4-ANBDQBS) como un fluoróforo de tercera generación con solubilidad mejorada (di-4-ANEQ(F)PTEA), y también sensible al voltaje, mostraron propiedades ratiométricas tras la excitación con luz cercana al espectro infrarrojo. Tras estos experimentos, el uso de tecnología de fibra óptica en el corazón aislado demostró que la ratiometría de voltaje permite eliminar los artefactos de movimiento asociados a la contracción cardíaca en el corazón aislado y perfundido. El siguiente paso del trabajo se desarrolló bajo condiciones in vivo, con el corazón perfundido de forma natural.

La inyección del fluoróforo se realizó de forma percutánea con la administración intracoronaria del mismo, y manteniendo en todo momento el flujo coronario normal. En estas condiciones, se realizaron registros de cartografía óptica tanto con cámara de alta resolución (cámara EMCCD, del inglés: electron-multiplying charge-coupled device ) como con tecnología de fibra óptica. En ambos casos la ratiometría permitió eliminar artefactos de movimiento y visualizar potenciales de acción ópticos in vivo. Las mediciones se realizaron en la superficie epicárdica del ventrículo izquierdo y ventrículo derecho tras la exposición del corazón al realizar esternotomía media. Todos los procedimientos se realizaron bajo anestesia general y con analgesia.

Los resultados mostraron que la cartografía obtenida con tecnología de cámaras EMCCD permite realizar mapas de activación, mapas de frecuencia o de fase de alta resolución durante ritmos fibrilatorios, con una cancelación eficaz de los artefactos de movimiento, que durante ritmos fibrilatorios están atenuados. Sin embargo, a pesar del uso de ratiometría, el uso de cámaras EMCCD no es suficiente para cancelar por completo los artefactos de movimiento durante ritmos organizados, ya que en estos casos el movimiento contráctil es sustancial y la morfología del potencial de acción puede alterarse y distorsionar la repolarización.

Por lo tanto, los investigadores aplicaron la tecnología de fibra óptica utilizada en corazones aislados a la situación in vivo. De esta forma, el uso de tecnología de fibra óptica permitió obtener potenciales de acción ópticos in vivo durante ritmos organizados, con una cancelación eficaz de los artefactos de movimiento relacionados con la contracción cardíaca. Esto último abre la puerta al desarrollo, en el corto plazo, de la tecnología de fibra óptica integrada en un catéter dirigible, para poder realizar ratiometría de voltaje con una estrategia percutánea mínimamente invasiva y desde el interior de las cavidades cardíacas.

En la última fase del trabajo, el grupo de investigadores analizaron de forma pormenorizada los potenciales efectos tóxicos de la inyección de fluoróforos a través del flujo coronario normal. Mediante técnicas de imagen de resonancia magnética nuclear, análisis de marcadores bioquímicos y análisis del ECG de superficie, se pudo determinar que tanto el fluoróforo convencional di-4-ANBDQBS, como el fluoróforo de tercera generación di-4-ANEQ(F)PTEA, no provocaron efectos tóxicos a nivel cardíaco ni en los principales órganos, durante un seguimiento secuencial de hasta 10 días. Sin embargo, a nivel hemodinámico la administración intracoronaria del fluoróforo di-4-ANBDQBS se asoció a hipotensión transitoria que no se objetivó durante la administración del fluoróforo de tercera generación di-4-ANEQ(F)PTEA.

A modo de resumen, el trabajo proporciona la tecnología y abordaje necesario para el desarrollo avanzado de la cartografía óptica en situaciones in vivo. Los datos obtenidos demuestran que el uso de fluoróforos sensibles al voltaje, excitables con luz cercana al espectro infrarrojo, y la ratiometría de voltaje a través de tecnología de fibra óptica, permiten obtener potenciales de acción ópticos de alta resolución in vivo en un modelo animal porcino con alto valor traslacional.


Referencias:

  1. Cardiovasc Res. In-Vivo Ratiometric Optical Mapping Enables High-Resolution Cardiac Electrophysiology in Pig Models.

Comentario del Dr. David Filgueiras Rama

Dr. David Filgueiras Rama

Licenciado en Medicina y Cirugía por la Universidad de Santiago de Compostela y Diplomado en Fisioterapia por la Universidad de Vigo. Obtuvo la especialización en cardiología en el Hospital Universitario la Paz, y un Máster en Electrofisiología Cardíaca por la Universidad San Pablo CEU. En 2014 obtuvo el grado de Doctor en Medicina con mención internacional por la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), con el estudio de los patrones dinámicos de propagación de ondas durante la fibrilación auricular paroxística y persistente. Desde 2013 combina las tareas de investigación en el Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III (F.S.P.) con la asistencia clínica en el área de electrofisiología cardíaca del Hospital Clínico Universitario San Carlos.

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