Innovative techniques and new insights: studying cardiac ionic currents and action potentials in physiologically relevant conditions

Abstract

Cardiac arrhythmias are associated with various forms of heart diseases. Ventricular arrhythmias present a significant risk for sudden cardiac death. Atrial fibrillations predispose to blood clots leading to stroke and heart attack. Scientists have been developing patch-clamp technology to study ion channels and action potentials (APs) underlying cardiac excitation and arrhythmias. Beyond the traditional patch-clamp techniques, innovative new techniques were developed for studying complex arrhythmia mechanisms. Here we review the recent development of methods including AP-Clamp, Dynamic Clamp, AP-Clamp Sequential Dissection, and Patch-Clamp-in-Gel. These methods provide powerful tools for researchers to decipher how the dynamic systems in excitation-Ca2+ signaling-contraction feedforward and feedback to control cardiac function and how their dysregulations lead to heart diseases.

Las arritmias cardiacas están asociadas a diferentes tipos de enfermedad cardiaca. Las arritmias ventriculares constituyen un alto riesgo de muerte súbita. La fibrilación auricular predispone a coágulos sanguíneos que pueden producir accidentes cerebrovasculares e infarto miocárdico. Los científicos han desarrollado la técnica de patch-clamp para estudiar los canales iónicos y los potenciales de acción (PAs), que constituyen la base de la excitación y las arritmias cardiacas. Además de las clásicas técnicas de patch-clamp, se desarrollaron técnicas innovativas para estudiar los mecanismos complejos de las arritmias. En este trabajo, describimos diferentes métodos recientemente desarrollados tales como AP-clamp (“clampeo” del PA), Dynamic Clamp (“clampeo” dinámico), AP-Clamp Sequential Dissection, (disección secuencial del “clampeo” del AP), y Patch-Clamp-in-Gel (Patch clamp en gel). Estos métodos constituyen herramientas poderosas para descifrar cómo los sistemas dinámicos que constituyen la excitación-las señales de Ca2+ y la contracción, se retroalimentan para controlar la función cardiaca y cómo sus alteraciones llevan a la enfermedad cardiaca.