Цифровое фотоуправление возбудимостью монослоя кардиомиоцитов для экспериментального моделирования автоволновых процессов в сердце

• Автор: Ерофеев, Иван Станиславович
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение

1. Обзор литературы

1.1. Автоволны в сердечной ткани

1.1.1. Автоволны в возбудимых средах

1.1.2. Спиральные автоволны. Ревербераторы. Реентри

1.1.3. Математические модели распространения автоволн в сердечной ткани

1.2. Экспериментальные методы исследования волн возбуждения в сердечной ткани

1.2.1. Биофизические экспериментальные модели сердца

1.2.2. Оптическое картирование сердечной ткани

1.3. Подходы к неинвазивному контролю возбудимости тканей
1.3.1. Оптогенетика. Канальный родопсин
1.3.2. Фотосенсибилизаторы. Азотаб
1.4. Применение возбудимых систем в аналоговых вычислениях
1.4.1. Аналоговые (неконвенциональные) вычислительные системы. Определение понятия
1.4.2. Примеры реализации вычислительных алгоритмов на возбудимых средах
1.5. Проецирование УФ масок
2. Материалы и методы
2.1. Приготовление и ведение культуры кардиомиоцитов
2.1.1. Приготовление образцов для микроскопии и оптического картирования
2.2. Оптическое картирование
2.2.1. Установка оптического картирования
2.2.2. Протокол оптического картирования монослоя кардиомиоцитов

Содержание
2.2.3. Получение спиральных волн на монослое кардиомиоцитов
2.2.4. Прикрепление спиральных воли к локальным неоднородностям
2.3. Синтез азотаба
2.4. Методы обработки изображений
2.4.1. Построение пространственно-временной развертки
2.4.2. Фильтрация изображения от шума
2.4.3. Построение карт активации
2.5. Численное моделирование распространения автоволн
2.5.1. Характеристики вычислительного ускорителя
2.5.2. Распределение данных но уровням памяти
3. Цифровое фотоуправление возбудимостью монослоя кардиомиоцитов
3.1. Оценка концентраций изомеров азотаба в растворе под действием излучения с двумя длинами волн
3.2. Экспериментальная установка для цифрового фотоуправления возбудимостью монослоя кардиомиоцитов
3.3. Демонстрация возможностей экспериментальной установки для цифрового фотоуправлеиия возбудимостью моиослоя кардиомиоцитов
3.3.1. Различная геометрия проводящих путей
3.3.2. Замкнутые проводящие пути
3.4. Исследование действия С-таба на монослой кардиомиоцитов при облучении УФ
3.4.1. Длительность блока возбудимости монослоя кардиомиоцитов С-табом после облучения УФ
3.4.2. Возможный механизм длительного блока возбудимости монослоя кардиомиоцитов С-табом после облучения УФ

Содержание
4. Моделирование эффекта действия антиаритмического препарата на заякоренную спиральную волну путём понижения возбудимости монослоя кардиомиоцитов
4.1. Компьютерное моделирование дестабилизации заякоренной спиральной волны путём понижения возбудимости среды на модели Алиева-Панфилова
4.1.1. Определение критического радиуса неоднородности, вокруг которой может вращаться спиральная волна
4.1.2. Дестабилизация заякоренной спиральной волны путём понижения возбудимости среды
4.1.3. Влияние скорости и величины изменения возбудимости среды на дестабилизацию заякоренной спиральной волны
4.2. Экспериментальное моделирование действия антиаритмического препарата путем понижения возбудимости среды на фотосснси-билизированном монослое кардиомиоцитов
4.2.1. Зависимость скорости плоского фронта в фотосенсибили-зированном азотабом монослое кардиомиоцитов от интенсивности УФ
4.2.2. Рост ядра заякоренной спиральной волны в фотосенсиби-лизироваииом моиослое кардиомиоцитов после понижения возбудимости
4.2.3. Образование локального сужения в проводящем пути дестабилизированной спиральной волны, приводящее к её гибели
5. Использование монослоя кардиомиоцитов для аналоговых вычислений
5.1. Волновой диод
5.1.1. Волновой диод на монослое кардиомиоцитов, выращенном
с заданным пространственным распределением клеток
5.1.2. Волновой диод на фотосенсибилизированиом моиослое кардиомиоцитов

Материалы и методы
по флуоресцентному сигналу восстановить значения мембранного потенциала, однако, для задач настоящей работы это было излишним.
Камера Апбог ІХопЗ, использовавшаяся для записи видеоряда распространения автоволн, обладала максимальным разрешением 512 х 512 пикселей, однако, максимальная скорость съёмки при таком разрешении не превышала 33 кадр/с. Для получения большего разрешения в камере предусмотрена функция биннинга, которая позволяла производить запись с меньшим разрешением, но с большей скоростью. В настоящей работе в основном использовалась конфигурация с разрешением 256 х 256 пикселей и скоростью записи 66 кадр/с.
2.2.2. Протокол оптического картирования монослоя кардиомиоцитов
1. После покраски образца удалялся раствор с флуоресцентным красителем Р1ио-4 из чашки Петри.
2. Образец перекладывался в чашку Петри со стеклянным дном.
3. Чашка заполнялась раствором Тирода в объеме 2 мл.
4. Чашка Петри с образцом помещалась на стойку микроскопа.
5. Включалась ртутная лампа и открывался затвор флуоресцентного блока.
6. Загружался конфигурационный файл с заготовленными параметрами видеонаблюдения (частота, разрешение, усиление сигнала, контраст).
7. Производилось наблюдение в реальном времени, а также запись видеоряда для последующего анализа и обработки.
2.2.3. Получение спиральных волн на монослое кардиомиоцитов
Первый способ получения спиральных волн основан на методе надкритической стимуляции.