Viðburðir

Er hægt að taka upp hjartalínurit syndandi sebrafiska í lyfjaskimunarbrunnum - Þór Friðriksson

Meistaravörn í heilbrigðisverkfræði

Þór Friðriksson ver meistarverkefnið sitt frá tækni- og verkfræðideild Er hægt að taka upp hjartalínurit syndandi sebrafiska í lyfjaskimunarbrunnum? (Feasibility of a cardiac drug screening platform using electrocardiography in freely behaving larval zebrafish) föstudaginn 24. febrúar í stofu M103. 

Leiðbeinendur: Dr. Karl Ægir Karlsson, Baldur Þorgilsson.
Prófdómari: Dr. Ívar Meyvantsson.

Gráða: MSc í heilbrigðisverkfræði. MSc biomedical engineering.
Námsbraut: Heilbrigðisverkefni, meistaranám.

Útdráttur

Inngangur: Hjartalyfjaskimun með sebrafiskaseiði hefur rutt sér til rúms á undanförnum árum. Núverandi aðferðir til að taka upp hjartalínurit í sebrafiskaseiði eru takmarkaðar og óhentugar við lyfjaskimun. Best væri að fá hjartalínurit úr óheftu syndandi sebrafiskaseiði svo hægt sé að skima samtímis fyrir atferlisbreytingum. Markmið okkar var að kanna hvort mögulegt sé að taka upp hjartalínurit í sebrafiskaseiði án beinnar snertingar í lyfjabrunni, og ennfremur að skýra ástæður mismunandi útlits birtra hjartalínurita úr sebrafiskaseiði.

Aðferðir og niðurstöður: Fyrst voru glerpípurafskaut notuð til þess að mæla hjartalínurit og skilgreina síur. Suð var mælt í upptökukerfinu. Sýnt var fram á að smærri skaut eru betri til að taka upp hjartalínurit og að staðsetning hefur mikil áhrif á útlit þess. Hjartsláttartíðni jókst með aldri, og lyfin atrópín og própranólól lækkuðu hjartsláttartíðni en noradrenalín hafði engin áhrif á hjartslátt. Ekki tókst að taka upp hjartalínurit með silfur-silfurklóríð-, platínu- eða gullrafskautum í lyfjabrunnum. Sýnt var fram á að styrkur merkisins lækkar hratt með fjarlægð í vökva og að erfitt er að taka upp merki með silfur-silfurklóríð og platínuskautum í beinni snertingu við sebrafiskaseiði. Þó náðist lítið einsleitt hjartalínuritsmerki með platínurafskauti í beinni snertingu við sebrafiskaseiði.

Niðurstaða: Ástæður mismunandi hjartalínurita í öðrum rannsóknum eru líklega ólík stærð og staðsetning á rafskautum auk þess sem taka þarf tillit til aldurs sebrafiskaseiðis við hjartalyfjaskimanir. Stærstu hindranir við gerð hjartalyfjaskimunarbrunns fyrir syndandi sebrafiskaseiði með málmrafskautum eru hve hratt hjartalínuritsmerkið fellur með fjarlægð, skammhlaup sem myndast milli rafskauta í sömu lausn og að stór rafskaut draga úr styrk merkisins. Að taka upp hjartalínurit í lyfjabrunni með sebrafiskaseiði er því tæknilega erfitt nema mögulega með öðrum aðferðum. Við leggjum til ný örvökvatæki sem gætu náð því marki.

Lykilorð: Lyfjaskimun, sebrafiskar, hjartalínurit, örvökvatækni

Abstract

Introduction: Larval zebrafish have gained interest in recent years as a model for phenotypic cardiac drug screening. Current methods to record larval zebrafish electrocardiograms (ECGs) are unsuitable for high throughput drug screening. Studies on larval zebrafish ECG waveforms are also inconsistent. Optimally, ECGs would be obtained from freely swimming zebrafish, to enable concurrent behavioral drug screening. The aim of this study was to determine the feasibility of recording larval zebrafish ECGs at a distance in a microwell based system, and to explain waveform differences in reported larval zebrafish ECGs.

Methods and results: A glass micropipette recording method was first successfully implemented. ECGs were characterized, suitable filtering determined and noise levels measured. Better signals were obtained with small electrode tips and electrode positioning had large effects on ECG morphology. The drugs, atropine and propranolol, were shown to decrease heart rates while noradrenaline had no effects. Next, wells with built in silver-silver chloride (Ag-AgCl), platinum or gold electrodes were tested. The wells were unsuccessful at recording ECGs even with paralyzed zebrafish in direct electrode contact. Furthermore, a rapid decrease in signal amplitude with distance was demonstrated using a signal generator and larval zebrafish. Ag-AgCl electrodes in direct contact were unsuccessful at recording ECGs, but small monomorphic ECG signals were obtained with platinum electrodes.

Conclusion: Differences in reported ECGs are likely due to electrode size and positioning, as well as different ages of larval zebrafish. Rapid signal decrease with distance, large electrode size and short circuiting between recording electrodes in solution are the key problems with conventional metal electrodes. Recording freely swimming larval zebrafish ECGs is therefore technically difficult unless using other electrode technology. We thus propose novel microfluidic designs as a solution to larval zebrafish cardiac drug screening.

Keywords: Drug screening, zebrafish, electrocardiograms, microfluidics