Late Sodium Current Inhibitors as Potential Antiarrhythmic Agents

Based on recent findings, an increased late sodium current (INa,late) plays an important pathophysiological role in cardiac diseases, including rhythm disorders. The article first describes what is INa,late and how it functions under physiological circumstances. Next, it shows the wide range of cellular mechanisms that can contribute to an increased INa,late in heart diseases, and also discusses how the upregulated INa,late can play a role in the generation of cardiac arrhythmias. The last part of the article is about INa,late inhibiting drugs as potential antiarrhythmic agents, based on experimental and preclinical data as well as in the light of clinical trials

Utódepolarizációk ionmechanizmusainak vizsgálata akciós potenciál clamp módszerrel = Afterdepolarization, Cellular electrophysiology, Action Potential Clamp

A project célja az volt, hogy megismerjük az utódepolarizációk által kiváltott ritmuszavarok hátterében álló ionmechanizmusokat. Hagyományos- és akciós potenciál feszültség clamp technika segítségével tanulmányoztuk az akciós potenciál alatt folyó ionáramok tulajdonságait emlős miocardiumban. Matematikai modellek alkalmazásával a tanulmányozott ionáramok viselkedése az akciós potenciál formájából prediktálható volt. - Vizualizáltuk és analizáltuk az akciós potenciál alatti lefutását a következő áramoknak: klorid áram, L-tipusú kalcium áram és a késői egyenirányító kálium áram lassú komponense. A klorid áram az akciós potenciál korai fázisában kifelé irányul, majd irányt vált. Gátlása az akciós potenciált nyújtja és fokozza az utódepolarizációk jelentkezésének gyakoriságát. Az L-tipusú kalcium áram az akciós potenciál első 20 milliszekunduma alatt eléri maximumát, majd platófázis nélkül igen gyorsan lecseng. Megfigyelésünk szerint a késői egyenirányító kálium áram lassú komponense a terminális repolarizáció igen fontos tényezője. - Vizsgáltuk az emlős szívizomzat ioncsatornáinak aszimmetrikus megoszlását. Összehasonlítottuk az ionáramokat és az akciós potenciál morfológiáját az szivizomzat különböző régióiban. Azt találtuk, hogy a tranziens outward K+ áram és a késői egyenirányító K+ áram lassú komponense jelentősen nagyobb az epicardiumban mint a midmyocardiumban mind humán mind kutya szívizom esetén. A Kv4.3, Kv1.4, KchIP2 és KvLQT1 csatornaproteinek expressziója ugyancsak jelentősen magasabb volt az epicardiumban. | The goal of this project was to obtain information on the ionic mechanism of cardiac arrhythmias caused different types of afterdepolarizations. We used traditional and action potential voltage clamp methods to understand the behavior of ionic currents during the action potential in mammalian myocardium. Using mathematical models we could predict the profile of ionic currents studied from the contour of action potential. - We visualized and analyzed the profile of the chloride current, the L-type calcium current and the slow component of delayed rectifier potassium current during the action potential. The chloride current showed an outward peak during the early phase of action potential, but later it became inward. Inhibition of the chloride current prolonged the action potential and facilitated the development of afterdepolarizations. The L-type calcium current showed an early peak during the firs 20 milliseconds of the action potential and decayed quickly without a plateau phase. The slow component of the delayed rectifier potassium current was found to be a crucial component of terminal repolarization. - We studied the asymmetrical distribution of ion channels in mammalian myocardium. We compared the ionic currents and the morphology of action potential in the different regions of the myocardium. We found that the amplitude of the transien outward K+ current and the slow componenet of the delayed rectifier K+ current was significanly larger in epicardiac than in midmyocardiac cells in both human and canine heart. Expression of Kv4.3, Kv1.4, KchIP2 and KvLQT1 was singificantly higher in epicardium

A humán szívizom ioncsatornáinak ontogenezise = Ontogenesis of ion channels of human cardiac muscle

A project célja az volt, hogy egészséges adult humán és embrionális kamrai preparátumokon immunbiokémiai ill. immunhisztokémiai módszerekkel, voltage-clamp, akciós potenciál clamp technikákkal feltérképezzük a felszíni membrán legfontosabb ioncsatornáit és azok regionális eltéréseit. A kísérleteket kutya szívizomsejteken is elvégeztük, mert a humán szívizomminták korlátozott hozzáférése miatt egy, a humán szívizom elektrofiziológiai tulajdonságaihoz leginkább hasonlító állatmodellt is kerestünk. A humán embrionális szívizommintákkal végzett kísérletek során magunknak kellett a molekuláris biológiai módszereket humán embrionális szívizomra applikálnunk, hiszen korábban hasonló méréseket senki nem végzett. Western blot technikával sikeresen kimutattuk humán és kutya szívizomban az alábbi csatornaproteineket: Kv4.3, KChip2, MiRP1, KvLQT1, MinK, ?1C, Kir2.1, Kv1.4, HERG. Megállapítottuk, hogy egészséges humán és kutya kamra szívizomban az ioncsatornát alkotó fehérjék eloszlása apiko-bazális és endo-epikardiális inhomogenitást mutat. A csatorna fehérjék eloszlásával összhangban, a szívizom különböző régióiból származó sejteken eltérő az ionáramok denzitása és ez tükröződik az akciós potenciálok morfológiájában is. Az ionáram denzitás és a csatornafehérjék menyisége szoros korrelációt mutat mind humán, mind kutya szívizomsejteken. Az egyes szívterületek ioncsatorna inhomogenitása megegyezik a humán és a kutya szívizomsejteken. Ez alapján elmondhatjuk, hogy a kutya szívizom elektrofiziológiai sajátságok tekintetében jó modellje a humán szívizomnak. | The aim of this project was to detect the major ion channels of the surface membrane of healthy adult human and embryonic cardiomyocytes. Our goal was to explore the possible regional differences of the ion channel distribution of the ventricular wall using immunobiochemical, histochemical voltage-clamp and action potential-clamp techniques. The experiments were done on canine heart, too, because of the limited number of healthy human cardiac tissue samples, we tried to find a good model of the human cardiac myocytes. After collecting human cardiac tissue samples the known immunobiochemical methods were adjusted to the human embryonic cardiac cells, because no one has done such experiments before. Using the Western blot technique we detected the following channel proteins in human and in canine myocardium: Kv4.3, KChip2, MiRP1, KvLQT1, MinK, ?1C, Kir2.1, Kv1.4, HERG. Our experiments revealed that the distribution of the ion channel proteins of the left ventricular wall shows an apico-basal and an endocardial to epicardial inhomogenity. According to this finding we detected unequal ion current density on isolated cardiomyocytes from the different region of the left ventricle. In human and in canine myocardium the density of ion current and the expression of ion channel proteins has a strong correlation. Our results clearly show that the ion channel densities of the various regions of the ventricular wall of human and canine heart are very similar. These results prove that the canine heart is a good model to study the electrophysiological properties of human heart

Az emlős és humán szívizom ioncsatornáinak vizsgálata a kamrafal különböző régióiban = Study of ion channels in various regions of the venticular wall in mammalian and human myocardium

A kardiális akciós potenciál és az annak hátterében lévő ionáramok regionális eltérésekeit vizsgáltuk kutya és egészséges humán szivekből izolált szívizomsejteken patch-clamp és Western-blott technikával, melynek során az alábbi fontosabb különbségeket kaptuk. 1. Az apicalis akciós potenciálok időtartama rövidebb, korai repolarizációjuk kifejezettebb, mint a basalisoké. Ennek hátterében két káliumáram: az Ito és az IKs, valamint az ezeket mediáló ioncsatornák fokozott apicalis expressziója áll. 2. A midmyocardiális sejtekről elvezetett akciós potenciálok amplitúdója, időtartama és maximális depolarizációs sebessége nagyobb, míg korai repolarizációjuk amplitúdója kisebb, mint az epikardiális sejtekre jellemző értékek. Epicardiális sejteken az Ito és az Iks erősebb, míg midmyocardiális sejteken a nátriumáramért felelős ioncsatornák expressziója dominál. 3. Akciós potenciál clamp technikával jelentős transzmurális különbségeket tártunk fel a kalciumáram lefutásában: epicardiális sejteken a kalciumáram két egymást követő aktivációs csúcsot mutat, míg endocardiális sejtek esetében az áram egyetlen maximummal jellemezhető. Kimutattuk, hogy epicardiális sejteken a már inaktiválódott ill. deaktiválódott kalcium-csatornák újranyílnak, amelynek oka az epicardiális sejtre jellemző spike-and-dome akciós potenciál konfiguráció. | Inhomogeneous distribution of the ventricular action potential and the underlying ion currents and ion channel proteins was studied in canine and human ventricular myocardium using patch clamp and Western blot techniques. The following regional differences were obtained. 1. Myocytes of apical origin had shorter action potentials with larger phase-1 repolarization than the basal ones due to the more pronounced expression of two potassium currents (Ito and IKs) in the epicardial region. 2. Duration, amplitude and maximum rate of depolarization was larger, but phase-1 repolarization was weaker in midmyocardial than in epicardial myocytes. Accordingly, expression of Ito and IKs was weaker, but density of the sodium current was greater in midmyocardial than epicardial cells. 3. Marked transmural differences in the kinetics of the L-type calcium current were explored using action potential clamp techniques. Densities and kinetics of the channels are similar in the two cell types, the twin-peaked appearance of epicardial calcium current is due to the reopening of the deactivated and inactivated calcium channels during the incisura of epicardial action potential

Calcium Handling Defects and Cardiac Arrhythmia Syndromes

K

Az elméletileg elérhető legjobb irányítás algoritmusainak kutatása = Investigation of the theoretically reachable best control algorithms

Módszert dolgoztunk ki lineáris, állandó paraméterű folyamatok szabályozási köreiben a beavatkozó szervek és magának a folyamatnak a tulajdonságaiból adódó korlátozásoktól függő határ-optimális szabályozók tervezésére. Algoritmust fejlesztettünk ki a beavatkozó szerv amplitudó korlátozásától függő elérhető legjobb tervezési cél (referencia modell) meghatározására. Megadtuk a nominális és az előző módszerrel kapott optimális referencia modellektől függő optimális szabályozók algoritmusait, amelyek a realizálhatósági veszteséget minimalizálják. Az optimális szabályozókat stabilis folyamatok Youla parametrizált szabályozási köreire határoztuk meg. Az optimalitás kritériumaként a H2, Hinf és L2, Linf normákat alkalmaztuk. A realizálhatósági veszteség H2, L2 normák szerinti optimalitását a szabályozók - speciális Diofantoszi egyenletek alapján számolt - belső szűrőinek felhasználásával biztosítottuk. A realizálhatósági veszteség Hinf, Linf normák szerinti optimalitását a szabályozók - speciális Nevanlinna-Pick approximációs egyenletek alapján számolt - belső szűrőinek alkalmazásával biztosítottuk. A H2, Hinf normák alkalmazásával csak nem integráló optimális szabályozó nyerhető. Optimális integráló szabályozóhoz az eredeti normákat speciális ""energia"" illetve ""supremum"" normákká kellett kiegészíteni az L2, Linf normák egyidejű alkalmazásával és nem Dirac-delta alakú gerjesztés feltételezésével. Új iteratív módszert vezettünk be a modellezési veszteség optimalizálására is. | A new method was developed for design of the (reachable) best controllers for LPI processes when the activator has an amplitude constraint and the process has invariant properties. A procedure was suggested to compute the best (reachable) reference model for tracking and disturbance rejection. A new approach was introduced to minimize the realizability degradation part of the sensitivity function using nominal process models. This optimization uses Youla parametrized regulators for open-loop stable plants. H2, Hinf and L2, Linf norms are used in this procedure. The H2, L2 norm based optimization uses special Diophantine equation to calculate the optimal embedded filter in the regulators. The Hinf, Linf norm based optimization uses special Nevanlinna-Pick approximation to calculate the optimal imbedded filter in the regulators. The original norm formulation was used in a combined way forming general ''energy'' and ''supremum'' norms assuming higher order excitations than the Dirac-delta to ensure integrating optimal regulators, too. New iterative algorithm was developed to minimize the modeling degradation part of the sensitivity function