心肌细胞/组织切片功能测量综合测评系统
心肌细胞/组织切片功能测量综合测评系统（FSI800 MultiCell&Myoslice）
IonOptix 的 FSI800 Multicell Plus高通量心肌细胞收缩功能综合测评系统能快速实时记录和同步测量心肌细胞/心肌干细胞的钙和收缩以及动作电位指标，因为在测量细胞如心肌细胞/心肌干细胞对电刺激的反应是收缩的，该系统从收缩长度（机械功
能）、钙动力学（钙离子调节）和动作电位（膜电位）方面的量化参数来描述心脏功能。所有单独的系统组件均可以独立运作，或组成一个完整的集成工作站。这样可实现精确而同步的数据采集，让研究人员获得细胞的长度和肌节与钙以及细胞的动作电位的实
时的同步数据， 优胜于使用一般的荧光系统。
这套系统可配置四种不同的激发光源。包括单丶双激发，和单、双发射光以覆盖所有荧光探头，而采样率能达至2000Hz。MyoCam-s CMOS 高速摄像装置能以1000Hz的采样率测量细胞尺寸，包括同步的细胞长度和肌小节长度的记录以及专门为不规则心肌干细胞开发的ROI全景收缩测量模式，从而让 FSI800 Multicell进入心脏研究的最新技术领域。主机荧光数据采集系统容许多达 4通道的 12位模拟数据同步采集，预设的采样率为1000Hz,最高可达2000Hz。
1.心肌细胞功能测试基础系统
1.1 双波长470和550nm光源，切换速度：1ms，满足荧光钙离子和膜电位同步测量要求。
1.2 主机内置±5V四通道A/D转换器，双通道D/A转化器，采样频率：250Hz～1000Hz，可触发场电刺激信号，控制纳米压电式电机工作信号。
1.3 一个软件控制与采集分析，三种收缩舒张测量模式：可视化动态边缘测量细胞收缩长度、肌小节以及细胞全景动态追踪测试，与荧光钙离子浓度与膜电位同步测量，数据分析包含细胞收缩舒张动态值、钙离子变化，膜电位，心脏组织切片的肌张力和长度。
1.4 细胞收缩长度和肌小节长度，肌节长度的分辨率：0.001微米。
1.5 CMOS相机传感器：240万像素，帧速率：164fps@full field（全视野），2000fps@ sub-field(局部视野)，采用Global shuttering（全局快门技术），45分贝信噪比。
1.6 荧光离子浓度以及电生理膜电位信号的采集，采样频率：1000Hz，信号放大倍数≥1000倍，
1.7 双光电倍增的光电转化率:20%，采集光信号波长范围：300nm～780nm。
1.8 活心肌细胞的电刺激起搏，频率范围：0.01～99Hz，脉冲域宽范围：0.4～24msec，电压范围：-40V～+40V，电流最高输出：240mA。
1.9 适用于成熟心肌细胞收缩与荧光离子以及动作电位实验，集成给药灌流进出口，场电刺激电极，温度探头，基座铝合金耐腐蚀性材质。
1.10 温度控制范围：15℃-50℃，实时温度反馈。
1.11倒置显微镜系统具备无限远校正光学系统，齐焦距离为国际标准45mm，物镜转换器，孔位数：6，激发块转盘。
1.12单层孔位数：≥8，物镜：4×、10×、20×、40×（NA≥0.95且W.D.0.18mm）。
1.13多模块双波长光路切换，手动调节取景可视化窗口。
1.14 电脑：CPU：Intel® Core I7 Label，内存：8GB (1x4G) 1600MHz ，DDR3，硬盘：≥1TB 3.5inch SATA，27寸高清显示器。
2.高通量检测系统模块
2.1高通量心肌细胞视像捕捉，采样速度：200Hz以上。采样：200次/秒，细胞数量：1000-1600个/4小时。
2.2通过数码转位自动识别可检测细胞，细胞检测结束红色矩形框可标记。
2.3具有自动瞬态标记的快速批处理分析，钙吸收曲线的双指数拟合提高可靠性和准确性。
2.4适用于单孔直接35mm培养板，提供电刺激和给药灌流口和显微适配器。
2.5适用于单层心肌干细胞的收缩测量，可测指标包括跳动频率（Hz）、收缩时间、收缩幅度、峰值时间(s)、舒张时间等。基线时间50% (s)和50%峰值宽度(s)
2.6电动操作载物平台，精度：0.01µm，最大速度：15 mm/s，可快速进行高通量心肌细胞视像捕.
3.组织切片张力测试系统模块
3.1测量心脏切片中的钙和力，获得 work loop数据，描述心脏组织的弹性和顺应性分析机械功和功率。
3.2惰性铂金钩电极，防止电解和损伤组织。
3.3张力传感器响应频率范围：750-850 Hz，力范围：0.015-200N。
3.4压电马达位移范围：-2.5至2.5mm5，压电电机分辨率：20nM
采 集 功 能
Acquisition Features
* 最高采集率，细胞长度和肌小节为1000Hz； 单激发钙为1000Hz；标准双激发钙为250Hz
* 单独的采集时间周期定义为'epochs'，每个都可以包括独立采样率和模拟数据，可以在'epochs'中无缝切换自动或触发
* 细胞长度算法利用图像强度或图像强度导数检测左、右边缘。
* 肌小节测量采用可靠快速傅里叶变换算法， 可重复的实时测量
* 同时采集模拟监测电压和同步信号（e.g.pacing sync）
分 析 参 数
Analysis Parameters
* Departure/return velocity (d/dt):细胞收缩和舒张阶段达到的最大或最小速率
* Peak height:可以表示为绝对峰高或%的基线(e.g. % shortening for length data)
* Time to % peak or time to % baseline:在上升和下降阶段瞬变达到某一特定水平所需的时间(e.g. TP90 and TR90)
* Exponential fit:单指数曲线拟合和相关时间常数（τ） 有助于表达钙再摄取率
* Area under the curve:用于测量总钙交换
* Event averaging:去除重复信号噪声的平均数据
Cardiac resynchronization therapy restores sympathovagal balance in the failing heart by differential remodeling of cholinergicsignaling.
DeMazumder, Deeptankar, et al. Circulation research 116.10 (2015): 1691-1699. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.116.305268
Mechanochemotransduction during cardiomyocyte contraction is mediated by localized nitric oxide signaling.
Jian, Zhong, et al. Science signaling 7.317 (2014): ra27. DOI: 10.1126/scisignal.2005046
Neonatal Transplantation Confers Maturation of PSC-Derived Cardiomyocytes Conducive to Modeling Cardiomyopathy
gun-Sik Cho, Dong I. Lee, et al Cell Report:S2211-1247(16)31745-4
钙离子、收缩力和动作电位 同步测量
simultaneous measures of intracellular calcium and action potentials
药物开发过程中的一个主要问题是随着心脏复极延长而产生的促心律失常电位。在90年代中期由于致死性Torsade depoints（TdP）心律失常而开始一系列停药后，新的临床前心脏安全性评估指南发布了。
许多化合物阻断心脏hERG通道已被确定为导致心脏复极可能致命延长的主要因素，使体外hERG通道测定成为目前使用的标准方法。然而，心脏电生理依赖于过多的去极化和复极电流，其中一些电流，如ICaL和INCX，与Ca2+释放和再摄取紧密耦合。因此，在模型系统中进行心脏安全性测试，不仅提供了离子通道的代表性成分，而且还提供了完整的钙稳态，可以检测到简单的hERG分析可能遗漏的潜在心律失常化合物。另一方面，可以避免安全化合物（如维拉帕米）的消耗，维拉帕米已知可阻断hERG通道，但由于对其他通道的伴随作用，不会带来显著的促心律失常风险。随着新的电压敏感染料（VSD）和高通量系统的推出，可以测量数百个细胞。
一个更全面的心脏安全性测试方案现在可以实现。概念验证实验表明了该方法的可行性。
心肌细胞为何要同步测定：
▲收缩力（机械功能）
▲钙动力学（钙离子调节）
▲电生理（动作/膜电位）
心肌细胞膜上产生动作电位，钙通道开放，钙诱导钙释放，钙离子结合肌钙蛋白，肌动蛋白横桥结合位点暴露，粗细肌丝相对滑动，心肌收缩
结论
* 同时多参数记录动作点位、钙和收缩是可行的，且易于实现
* 细胞制备，染料负载和方案需要适应每个模型
* 能够全面评估ec耦合
* Cytosolver对基本ap参数足够精确
*多参数记录结合高通量细胞测量系统（MultiCell）可以作为传统安全测试方法的替代方法
