Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

分离的成人原代心肌细胞心脏收缩力的测量

Published: August 9, 2022 doi: 10.3791/64394

Summary

该协议描述了如何使用MyoBLAZER系统测量来自供体心脏的成人原代心肌细胞的收缩力,MyoBLAZER系统是评估临床前开发期间药物诱导的收缩力变化的可靠平台。

Abstract

在新的心脏和非心脏靶向化合物的临床前开发过程中,评估心脏收缩力的变化至关重要。本文描述了一种利用 MyoBLAZER 评估成人原代心室心肌细胞收缩力变化的方案,MyoBLAZER 是一种非侵入性光学方法,可保留细胞的正常生理学和药理学。这种光学记录方法可连续测量来自多个细胞的收缩力瞬变,为视场中的每个细胞提供中等通量和有价值的信息,从而能够实时跟踪药物效应。心肌细胞收缩由有节奏的电场刺激诱导,采集的明场图像被馈送到图像处理软件,该软件测量多个心肌细胞的肌节缩短。该方法可快速生成与收缩和松弛阶段动力学相关的不同终点,然后可以根据测试物品的不同浓度来解释所得数据。该方法还用于临床前开发的后期阶段,以进行后续机制研究,以支持正在进行的临床研究。因此,基于成人原代心肌细胞的模型与用于连续收缩力监测的光学系统相结合,有可能为临床前医学治疗开发中 体外 心脏数据可转换性的新时代做出贡献。

Introduction

心肌收缩力(正性肌力)代表心肌的自然收缩能力,是心脏功能的关键特性,取决于机电耦合的动力学。药物诱导的心肌收缩力改变是治疗心脏病(例如心力衰竭)的理想方法,而在心脏毒性(例如左心室射血分数降低)的情况下则不寻求。因此,临床前收缩性模型必须与准确的预测性相关联,以确保新药在临床开发过程中取得成功。然而,目前的临床前策略依赖于还原主义的人工细胞模型(例如,过度表达特定心脏靶标的基因工程永生化细胞系)和非人类动物模型,已显示出显着的局限性,并已被发现与高药物损耗率(即高错误信号率)有关1,2,3,4 .因此,当务之急是建立新的、可靠的人类细胞心脏收缩力模型,这些模型与高功率(即高真实信号率)相关,以预测人类的药物结果,从而有助于加速新疗法的推出5。

最近为研究6789、10 和心肌细胞分离技术 11、12、131415 建立的用于恢复人类供体心脏的开创性方法为在临床前开发期间进行基于人类的研究提供了独特的机会。为此,成人原代心肌细胞在评估药物诱导的人类心脏收缩力变化方面已经显示出效用11,12,13,14。本文详细介绍了研究成人心肌细胞中新型化合物的收缩效应的方案。

Protocol

所有方法均按照相关指南和规定进行。用于研究的所有人类心脏都是不可移植的,并且通过美国尸体器官捐献者的知情法律同意(第一人称或近亲)从道德上获得。恢复方案和 体外 实验由美国器官获取移植网络 (OPTN) 内移植中心的机构审查委员会 (IRB) 预先批准。此外,所有捐献心脏的转移都是完全可追溯的,并由美国联邦当局定期审查。

注意: 在执行本协议期间应用所有必要的安全程序,包括穿戴适当的个人防护设备(例如,实验室外套、安全眼镜、手套)。

1.心肌细胞分离(测量收缩力前1天)

  1. 到达实验室后立即用冰冷的专有心脏麻痹溶液6 重新灌注供体心脏,并从心室1112131415 中酶促分离成人原代人原代肌细胞。
  2. 然后,将心肌细胞保持在悬浮液中,并用10mL溶液A(110mM蔗糖,0.005mM CaCl 2,3mM MgCl 2,70mM KOH,60mM乳糖酸,10mM KH2 PO4,20mM牛磺酸,20mM L-组氨酸,20mM HEPES,2mM L-谷氨酸,2mM L-(-)-苹果酸, pH 7.4 含 KOH)在 20 mL Wheaton 小瓶(材料表)中,在冷藏温度下直至对其进行实验询问。
    注意:每瓶可储存 200,000 个细胞。

2.层粘连蛋白涂层制备(测量收缩力前1天)

  1. 将单个玻璃盖玻片(25 mm x 25 mm正方形,材料表)放入八孔培养板(材料表)的每个孔中。
  2. 然后,用浓度为 5 μg/mL 的层粘连蛋白涂覆盖玻片。为此,将800μL人重组层粘连蛋白521原液(材料表,储存在-20°C)中加入7.2mL溶液B(145mM NaCl,4mM KCl,2.5mM CaCl 2,1mM MgCl2,11.1mM葡萄糖和10mM HEPES,pH 7.4与NaOH)并充分混合。
  3. 将 200 μL 稀释的层粘连蛋白溶液滴入每个盖玻片的中心。然后,盖上盘子并将其堆叠在4°C冰箱中。
    注意:准备多个八孔培养板,以确保有足够的层粘连蛋白包被的盖玻片。

3.制备耐Ca2+的心肌细胞(测量收缩力当天)

  1. 从冰箱中取出一小瓶细胞,从小瓶中吸出溶液 A,然后加入冷藏的 10 mL 溶液 B。
    注意:通过将移液器放在样品瓶壁顶部的内侧,确保细胞没有被抽吸并将溶液B分散到样品瓶中。
  2. 盖上细胞瓶盖,然后轻轻旋转以确保细胞分散在整个溶液B中。最后,让细胞在室温(RT)下沉降1小时。

4.记录系统的准备(在测量收缩力的当天)

注:记录系统包括温度控制箱、刺激器、计算机控制的压力驱动灌注、压力驱动的灌注瓶、允许选择感兴趣区域 (ROI) 和显示收缩性瞬变的内部采集软件、倒置显微镜、细胞室和相机(图 1)。

  1. 打开抽吸真空系统。然后,取下显微镜盖,打开它,连接相机(材料表图1),最后,确认风扇已打开,以确保相机不会过热。
  2. 然后,打开显微镜加热板(材料表)和温度控制箱(材料表图1),并将它们设置为适当的工作温度。接下来,打开场刺激器(材料表图 1)和压力系统。最后,将溶液的管道(材料表)连接到记录室(材料表图1)。

5.测试化合物的制备(在测量收缩力的当天)

  1. 稀二甲基亚砜(DMSO;材料表)在溶液C(145 mM NaCl、4 mM KCl、1.8 mM CaCl 2、1 mM MgCl2、11.1 mM 葡萄糖和10 mM HEPES,pH 7.4 with NaOH)中1,000倍,制成0.1%DMSO载体溶液。
  2. 要以 0.001 μM 治疗暴露量的 1 倍、10 倍、100 倍和 1000 倍测试化合物,将测试化合物以 1 mM 的浓度溶解在 DMSO 中。
  3. 用DMSO连续稀释该溶液,再产生三种DMSO储备液(例如,0.001mM、0.01mM和0.1mM)。最后,在 100 mL 溶液 C 中将每种测试化合物原液稀释 1,000 倍以获得最终测试浓度(0.001 μM、0.01 μM、0.1 μM 和 1 μM)。
  4. 将载体溶液和化合物最终微摩尔浓度的溶液加入100mL玻璃瓶中(材料表,图1),然后将瓶子连接到压力驱动的灌注系统(材料表图1)。
  5. 然后,使用 200-300 mbar 的压力使用计算机驱动的程序(材料表)灌注灌注系统,以 1.8 mL/min 的速率提供恒定的灌注流量。
    注意:如果发现测试化合物与溶解度问题有关,请勿进行实验。此外,在实验应用于细胞之前30分钟内从储备溶液中配制化合物测试溶液。

6.心肌细胞的铺板(在测量收缩力的当天)

  1. 从4°C冰箱中取出一个含有层粘连蛋白涂层盖玻片的八孔板,并小心地将一个盖玻片放入清洁良好的记录室中(图1)。然后,将八孔板放回4°C冰箱,直到下一次铺板。
    注意: 使用无绒擦拭布(材料表)擦拭涂层盖玻片,同时保持盖玻片涂有一层薄薄的层粘连蛋白。此外,确保将用过的盖玻片丢弃在锐器容器中。
  2. 然后,取一瓶递增的细胞(步骤3.2)并从小瓶中吸出溶液B,以达到尽可能小的体积而不会丢失细胞(~200μL)。接下来,将 200 μL 细胞分配到安装在倒置显微镜载物台上的记录显微镜室中(材料表)。
  3. 让细胞在盖玻片上沉淀5分钟。在等待细胞完全沉降的同时,打开显微镜上的视野,并确定细胞密度是否足以(~70%)开始实验运行。
    注意:如果分配的细胞超过 200 μL,请确保抽吸不会吸出所有细胞。

7. 记录心肌细胞收缩力

  1. 电镀完成后,使用压力驱动的灌注系统(材料表)连续用溶液C灌注细胞,使细胞平衡5分钟。正确调整吸力,打开温控箱和加热板,并将它们设置为提供~35°C。
  2. 然后,在场刺激器上以1Hz起搏频率(持续时间为3ms的双极性脉冲)用超阈值电压刺激细胞,其中一对铂线放置在连接到场刺激器的腔室的相对两侧。
  3. 将刺激脉冲的振幅设置为1 V,然后增加它,直到心肌细胞开始产生收缩 - 松弛循环。在整个实验过程中使用 1.5 倍阈值。
    注意:选择具有杆状形态和清晰条纹的健康细胞。然后,调整视野并专注于将尽可能多的收缩细胞带入视野(图2A)。
  4. 接下来,在光学收缩力记录系统的采集软件中显示细胞的数字化图像。该软件利用速率为 150 FPS 的高分辨率、高帧率相机(材料表图 1)在同一帧中录制包含多个肌细胞的视频流。
    注:这提供了足够的时间和空间分辨率,可以同时捕获和测量几个健康肌细胞的肌节动力学。利用现代高核心数处理器,可以实时并行计算视频流中肌节长度的变化(光密度数据是从放置在健康心肌细胞图像上并平行于收缩轴的用户定义感兴趣区域 [ROI] 收集的, 图 2B)。光强度数据显示对应于心肌细胞Z线的明带和暗带(图1图2C)。最后,这些数据显示给用户用于监控目的,并保存到磁盘中以供以后分析(图2C)。
    1. 避开未聚焦的单元格区域。此外,不要将ROI放置在靠近细胞边缘的位置,因为在施用药物期间细胞收缩的变化会导致ROI无法读取细胞的收缩。
  5. 当ROI的选择完成并且收缩符合必要的使用标准(例如,肌节缩短>1%;应用1 Hz起搏频率时出现节律性收缩,没有心律失常事件),开始实验以评估化合物的效果。刺激方案和化合物应用测试浓度的顺序如 表1所示。采集软件将以自动化方式管理数据的采集和显示,以及测试浓度和处理时间的标记。
    注意: 如果在整个基线车辆周期内收缩保持稳定幅度,则应用测试浓度。取消显示上升或下降的单元格的资格。
  6. 此外,确保在整个实验过程中将灌注切换到不同的测试浓度。
  7. 在服务器上完成实验和数据存储后,关闭灌注和加热器,停止刺激,用蒸馏水清洁显微镜室,然后取出玻璃盖玻片,彻底干燥室。
    注意:彻底清洁腔室,因为这对于避免下一组细胞过早暴露于任何化合物至关重要,从而使收集到的任何数据无效。
  8. 接下来,对心肌细胞进行新的铺板,并进行额外的实验,以获得足够的数据来完成化合物的测试或测试新化合物。

8. 关闭光学收缩力记录系统

  1. 完成化合物的日常测试后,首先关闭所有不需要清洁系统的设备,并复制数据以进行离线分析。
  2. 接下来,取出含有最终测试浓度溶液的 100 mL 玻璃瓶(材料表),并用装有 RBS 25 浓缩溶液(材料表)的玻璃瓶代替。将RBS溶液灌注通过显微镜室5分钟,然后从室中断开灌注管,用蒸馏水清洁,最后彻底干燥。
    注意: 确保真空工作正常,以防止任何可能的洪水。
  3. 接下来,将灌注管连接到引流管。使用压力驱动灌注系统软件(材料表),运行 RBS 溶液 10 分钟,同时确保压力和流速设置充分。然后,灌注1%DMSO5分钟,然后蒸馏水15-20分钟,完成灌注系统的清洁。
  4. 关闭显微镜灯并盖上盖子。然后,从显微镜侧面的盒子上拔下相机线并关闭风扇。确保所有用过的瓶子都送去清洁和高压灭菌。最后,确保所有排水桶都装满了 1/4 或更少。
    注意:确保有足够的层粘连蛋白涂层盖玻片供第二天使用。
  5. 最后,将每个记录系统上完成的所有实验的采集文件夹中的文件复制出来,并将它们粘贴到安全的备份服务器中,以便进行额外的离线分析。接下来,从采集文件夹中删除所有数据文件。

9. 收缩性数据分析

  1. 使用分析软件和自定义宏执行离线分析,以对数据进行平均。分析软件根据采集软件生成的肌节动力学数据计算并报告各种指标。 图 2D 提供了这些参数的详细列表。
    注意:低级软件技术的应用允许在 5 秒内分析多次记录。评估药物诱导的收缩力变化的主要参数是收缩力幅度(肌节缩短百分比 = 肌节长度变化)。它计算为峰值收缩/静息肌节长度时的肌节长度,并在每个测试浓度的最后 20 次收缩力瞬变中取平均值。
  2. 量化测试化合物对相对于每个心肌细胞的特定基线载体控制条件的平均收缩力振幅的影响。
  3. 将平均结果表示为SEM±平均值,并生成绘制测试化合物浓度对收缩力振幅的影响的图表。接下来,使用分析软件(材料表)将浓度-响应曲线拟合到Hill方程,以得出IC50(浓度产生50%的收缩力振幅抑制)和EC50(浓度产生50%的收缩力振幅增加)值。
  4. 除了收缩力振幅外,还可以计算其他参数:
    1. 后收缩:将后收缩确定为心肌细胞的自发性继发性继发性收缩,发生在下一次规律性收缩之前,并产生异常和不同步的收缩。
    2. 宫缩失败:将宫缩失败识别为电刺激无法诱发收缩。
    3. 短期变异性 (STV) 和交替性:在收缩幅度变异性的庞加莱图中可视化这两个参数。
      1. 计算 STV (∑|CAn + 1 − CAn|(20 × √2)−1)每个对照和测试物品浓度周期的最后 20 个瞬态。将交替识别为重复交替的短和长收缩力振幅瞬变。
      2. 为了计算致心律失常的发生率,将STV值归一化为每个细胞的载体控制值,绘制收缩后,收缩失败,STV和交替状态,并将它们表示为表现出每个信号的细胞发生率的百分比。
    4. 通过计算时间 Ato 峰、衰减至 30% 弛豫 (Decay 30)、衰减至 90% 弛豫 (Decay 90)、达到 90% 弛豫的时间 (TR90)(图 2D)、基线肌节长度、达到 50% 峰的时间、峰高、收缩力峰值时的肌节长度、最大收缩速度和最大松弛速度12.与收缩力振幅一样,表达这些参数相对于每个心肌细胞的特定基线控制条件,并将它们绘制在浓度-响应图中。

Representative Results

该协议中描述的是用于测量来自器官供体的分离的成人人原代心肌细胞的收缩力并评估由测试化合物诱导的收缩力参数的急性变化的程序。使用基于视频的细胞几何系统 MyoBLAZER 测量肌节动力学来测量收缩力瞬态,并通过在生理起搏频率 (1 Hz) 下通过电刺激诱导收缩力来模拟成人心脏状况。通过评估心肌细胞的兴奋-收缩耦合(即,将电激发 [肌节动作电位] 与收缩联系起来的细胞处理)来确认心肌细胞的功能活力。人心肌细胞中没有自发的收缩力瞬变,心肌细胞以收缩/松弛周期对外部电刺激做出反应(图2C,E),以及异丙肾上腺素,一种β肾上腺素能激动剂(图2F,G)。异丙肾上腺素引起收缩力的浓度依赖性增加(图2G),其对收缩力瞬态动力学的影响也可以表征(图2D12

Figure 1
图 1:光学收缩力记录系统的实验装置。 如前所述,明场收缩力记录由成人原代心肌细胞进行11121314该装置包括 (A) 温度控制箱、(B) 场刺激器、(C,D 压力驱动灌注系统、(E) 计算机压力驱动程序、(F) 压力加瓶、(G) 采集软件、(H) 使用采集软件选择 ROI、(I) 使用采集软件显示收缩力瞬变、(J) 倒置显微镜、(K) 显微镜室和 (L) 相机。设备的所有功能都在材料表中给出。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2:人心肌细胞收缩力测量和β肾上腺素能刺激效果的验证。A)具有代表性的成人原代心肌细胞的相差显微镜图像,(B)放置在健康心肌细胞图像上并平行于收缩轴的用户定义感兴趣区域(ROI),(C)显示从(B)中相同的ROI获得的收缩力瞬变)用采集软件,(D)与用采集软件测量的收缩率瞬态相关的参数:收缩率幅度、达到峰值的时间、衰减30、衰减90、TR90。还可以测量其他参数:基线肌节长度、达到 50% 峰的时间、峰高、收缩率峰值时的肌节长度、最大收缩速度和最大松弛速度。(E) 在载体对照 (F) 存在和暴露于 30 nM 异丙肾上腺素(一种非选择性β肾上腺素能激动剂)后,以 1 Hz 的起搏频率记录的成人原代心室肌细胞的典型收缩力瞬变。图EF中显示的收缩力瞬变是从同一心肌细胞中收集的。来自人心肌细胞的异丙肾上腺素以 1 Hz 起搏频率用于生成效力信息。(G) 用异丙肾上腺素(n = 8 个细胞)测量人心肌细胞收缩力产生的典型累积浓度-反应曲线。请点击这里查看此图的较大版本.

灌注顺序 整车解决方案 浓度 1 (μM) 浓度 2 (μM) 浓度 3 (μM) 浓度 4 (μM)
治疗时间 120 秒 300 秒 300 秒 300 秒 300 秒 300 秒
刺激频率 1赫兹 1赫兹 1赫兹 1赫兹 1赫兹 1赫兹

表1:刺激方案和测试化合物应用顺序。 通过在溶液C中连续记录120秒来评估收缩力瞬变的稳定性,建立载体控制(通常在0.1%DMSO中)。随后,将试品浓度施加至少 300 秒或直到达到稳态效应。使用四种递增的试品浓度,提供累积浓度-效应 (CE) 曲线。在测试物品的累积添加结束时,可以实施 300 秒的清除期。

Discussion

本手稿为基于成人心肌细胞收缩力的光学系统提供了详细的方案,用于简化的中通量方法,能够测试新型化合物的急性疗效和心脏毒性。该光学收缩力记录系统易于使用,允许并行记录多个细胞,可同时评估细胞健康、生理学和药理学,具有自动和快速的数据分析功能(在 5 秒内分析多个细胞的运行),并允许快速收集数据(浓度-响应曲线每 30 分钟/化合物/设备)。考虑到这些属性,记录系统不仅可以用于检测药物对心肌细胞收缩力的影响,还可以提供构效关系数据,以支持药物发现的早期阶段的药物化学工作16。由于可以从心肌细胞分离方案中获得数千万个细胞,目前正在探索光学收缩力记录系统-心肌细胞平台的应用,以降低成本实现更高的测试能力(通过使用基于孔的板)。此外,用记录系统测量的药物对收缩压和舒张参数的影响评估可以提供正性肌力药物的多参数机制分析12。此外,心肌细胞收缩力数据可用于对新药进行从最强到最小的心脏毒性(例如,安全边际)和从最弱到最有效的(例如,效力边际)的排名。还可以进行后续心肌细胞收缩力研究,以支持与心肌收缩力临床下降相关的开发计划12

使用人心肌细胞收缩力光学记录系统的另一个显着优势是它与 3R 概念(替换、减少和改进)17 保持一致,因为它可以被视为一种替代方法,可以避免或替代制药行业内使用动物生成数据。这种 3R 优势也可以扩展到学术心脏研究。目前心肌细胞生理学和药理学的全部知识来自对从动物心脏中分离的细胞进行的学术研究18.因此,人类心肌细胞光学收缩力模型为进行关键的转化研究提供了可能性。为了进行这些研究,必须制定保存和运输人类成年心肌细胞的方案(目前正在AnaBios的实验室进行评估),并且收缩力系统必须能够记录非人心肌细胞肌节长度的变化(光学收缩力记录系统就是这种情况,因为肌节在物种之间非常保守)。

人类心肌细胞收缩力系统可以模拟多种生理条件(例如,机电耦合、模拟心率的起搏频率、体温、所有人类心脏靶标的整合),并已证明其作为药物发现的关键组成部分具有转化价值11,12,13,14,尽管它不能模拟心脏收缩周期中机械载荷和剪切应力的变化。现在对心脏细胞外基质的结构和功能有了更好的理解19,这种基质的开发可能有助于克服机械负荷限制,目前AnaBios的实验室正在评估具有不同心脏样刚度的基质。人类心肌细胞光学收缩力系统的另一个局限性是缺乏供应心脏的神经网络(例如交感神经纤维和副交感神经纤维)20。这种神经-心脏接触可以通过神经递质的共同应用(例如,异丙肾上腺素,一种β肾上腺素受体激动剂;乙酰胆碱,一种 M2 毒蕈碱受体的激动剂)重新建立,并评估该化合物对心肌细胞收缩力的潜在影响。此外,在不同时测量动作电位和 Ca 2+ 瞬变的情况下记录收缩力瞬变,这在评估药物对心电图和 Ca2+ 处理的影响时也是必不可少的。虽然这种遗漏可以被认为是系统的局限性,但这并不是太重要,因为动作电位信号的记录(使用电流钳方法或电压敏感染料)和 Ca 2+ 瞬变(使用 Ca2+ 指示剂/染料)可能与细胞毒性有关。这种细胞毒性作用会影响调节心脏收缩力的新药的评估。相反,使用非侵入性光学方法保留心肌细胞的健康、生理学和药理学,如本协议中描述的记录系统,不仅可以确保获得最高质量的收缩力数据,还可以提供可以很好地预测新药对人体的收缩作用的数据。

Disclosures

所有作者均为AnaBios公司的员工,并声明没有竞争利益。

Acknowledgments

这项工作得到了AnaBios公司和美国国立卫生研究院小企业创新研究(SBIR)资助(1R44TR003162-01)的支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
100–1000 µL Filtered, Wide Orifice, Sterile tips Pipette UF-1000W
100 mL, Duran pressure plus bottles DWK Life Sciences 218102406
1 L, 0.22 µm Vacuum Filter system VWR 567-0020
290 mmol/kg Osmolarity Standard Wescor OA-029
Benchtop pH Meter Mettler Toledo https://www.mt.com/us/en/home/products/Laboratory_Analytics_Browse/pH-meter/pH-meters.html
Calcium Chloride dihydrate (CaCl2) Sigma-Aldrich C3881
Camera  Optronis GmbH Cyclone-25-150-M https://optronis.com/en/products/cyclone-25-150/
Corning 25 mm x25 mm Square #1 Cover Glass Corning 2845-25
Cyclone-25-150 Optronis https://optronis.com/en/products/cyclone-25-150/
D-(+)-Glucose Sigma-Aldrich G8270
Digital Timer/Stopwatch Fisher Scientific 14-649-17
Dimethyl sulfoxide (DMSO) Sigma-Aldrich D8418
Eight-well rectangular polystyrene sterile culture plate Thermo Fisher Scientific 73521-426 https://us.vwr.com/store/product/4679368/nunclontm-delta-rectangular-dishes-polystyrene-sterile-thermo-scientific
FHD Microscope Chamber System IonOptix
Flow EZ, Modular pressure-based flow controller with a computer driven program version 1.1.0.0. Fluigent OxyGEN
Heavy Duty Vacuum Bottles VWR 16211-080
HEPES Sigma-Aldrich H3375
Human Recombinant Laminin 521 BioLamina LM521-05
Idex Chromatography Tubing, Natural FEP, 1/16" OD x 0.030" ID Cole-Palmer 1520L
Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Fisher Scientific 06-666
L-(-)-Malic acid Sigma-Aldrich 112577
Lactobionic acid Sigma-Aldrich 153516
L-Glutamic acid Sigma-Aldrich 49449
L-Histidine Sigma-Aldrich H8000
Magnesium Chloride hexahydrate (MgCl2) Sigma-Aldrich M9272
Microscope Temperature Control Stage Warmer AmScope TCS-100
MyoPacer Field Stimulator IonOptix
Nunc Rectangular Dishes Thermo Scientific 267062
Olympus IX83P1ZF Ixplore Standard microscope Olympus https://www.olympus-lifescience.com/en/microscopes/inverted/ixplore-standard/?campaignid=657680540&adgroupid
=116963199831&keyword=ix73%20
microscope&gclid=EAIaIQobChMIl
qjyiMWP-AIVVx-tBh2JoQ85EAA
YASAAEgLp3fD_BwE
pH 4.01, 7.00, and 10.01 Standards Oakton WD-05942-10
Potassium Chloride (KCl) Sigma-Aldrich 746436
Potassium Hydroxide (KOH) Sigma-Aldrich P4494
Potassium phosphate monobasic (KH2PO4) Sigma-Aldrich 795488
Prism Software GraphPad Software - Dotmatics https://www.graphpad.com/
RBS 25 Liquid Detergent Sigma-Aldrich 83460
Sharps Container Uline S-15307
SigmaPlot analysis software Systat Software Inc. https://systatsoftware.com/
Sodium Chloride (NaCl) Sigma-Aldrich S3014
Sodium Hydroxide (NaOH) Sigma-Aldrich 221465
Student Dumont #5 Forceps Fine Science Tools 91150-20
Sucrose Sigma-Aldrich S7903
Taurine Sigma-Aldrich T0625
Temperature Control Box Warner Insturments TC-324C
Vapor Pressure Osmometer ELITechGroup Model 5600
Wheaton 20 mL Vials DWK Life Sciences 225288

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Abi-Gerges, N., Miller, P. E., Ghetti, A. Human heart cardiomyocytes in drug discovery and research: new opportunities in translational sciences. Current Pharmaceutical Biotechnology. 21 (9), 787806 (2020).
  2. Cook, D., et al. Lessons learned from the fate of AstraZeneca's drug pipeline: A five dimensional framework. Nature Reviews Drug Discovery. 13 (6), 419-431 (2014).
  3. Van Meer, B. J., Tertoolen, L. G. J., Mummery, C. L. Measuring physiological responses of human pluripotent stem cell derived cardiomyocytes to drugs and disease. Stem Cell. 34 (8), 2008-2015 (2016).
  4. Piccini, J. P., et al. Current challenges in the evaluation of cardiac safety during drug development: translational medicine meets the critical path initiative. American Heart Journal. 158 (3), 317-326 (2009).
  5. Pang, L., et al. Workshop report: FDA workshop on improving cardiotoxicity assessment with human-relevant platforms. Circulation Research. 125 (9), 855-867 (2019).
  6. Page, G., et al. Human ex-vivo action potential model for pro-arrhythmia risk assessment. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 81, 183-195 (2016).
  7. Britton, O. J., et al. Quantitative comparison of effects of dofetilide, sotalol, quinidine, and verapamil between human ex vivo trabeculae and in silico ventricular models incorporating inter-individual action potential variability. Frontiers in Physiology. 8, 597 (2017).
  8. Qu, Y., et al. Action potential recording and pro-arrhythmia risk analysis in human ventricular trabeculae. Frontiers in Physiology. 8, 1109 (2017).
  9. Trovato, C., et al. Human Purkinje in silico model enables mechanistic investigations into automaticity and pro-arrhythmic abnormalities. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 142, 24-38 (2020).
  10. Otsomaa, L., et al. Discovery and characterization of ORM-11372, a novel inhibitor of the sodium-calcium exchanger with positive inotropic activity. British Journal of Pharmacology. 177 (24), 5534-5554 (2020).
  11. Nguyen, N., et al. Adult human primary cardiomyocyte-based model for the simultaneous prediction of drug-induced inotropic and pro-arrhythmia risk. Frontiers in Physiology. 8, 1073 (2017).
  12. Abi-Gerges, N., et al. Multiparametric mechanistic profiling of inotropic drugs in adult human primary cardiomyocytes. Scientific Reports. 10, 7692 (2020).
  13. Jordaan, P., et al. Cardiotoxic potential of hydroxychloroquine, chloroquine and azithromycin in adult human primary cardiomyocytes. Toxicological Sciences. 180 (2), 356-368 (2021).
  14. Ton, A. T., et al. Arrhythmogenic and antiarrhythmic actions of late sustained sodium current in the adult human heart. Scientific Reports. 11, 12014 (2021).
  15. Schmid, C., Abi-Gerges, N., Leither, M. G., Zellner, D., Rast, G. Ion channel expression and electrophysiology of singular human (primary and induced pluripotent stem cell-derived) cardiomyocytes. Cells. 10 (12), 3370 (2021).
  16. Guha, R. On exploring structure activity relationships. Methods in Molecular Biology. 993, 81-94 (2013).
  17. Tannenbaum, J., Bennett, B. T. Russell and Burch's 3Ra then and now: The need for clarity in definition and purpose. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (2), 120-132 (2015).
  18. Ruiz-Meana, M., Martinson, E. A., Garcia-Dorado, D., Piper, H. M. Animal ethics in cardiovascular research. Cardiovascular Research. 93 (1), 1-3 (2012).
  19. Rienks, M., Papageorgiou, A. P., Frangogiannis, N. G., Heymans, S. Myocardial extracellular matrix. Circulation Research. 114 (5), 872-888 (2014).
  20. Zaglia, T., Mongillo, M. Cardiac sympathetic innervation, from a different point of (re)view. Journal of Physiology. 595 (12), 3919-3930 (2017).

Tags

心脏收缩力测量、分离的成人原代心肌细胞、MyoBLAZER、光学方法、收缩力评估方案、药物效应跟踪、肌节缩短测量、收缩和松弛动力学、临床前开发、临床研究支持
分离的成人原代心肌细胞心脏收缩力的测量
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Abi Gerges, N., Stafford, A.,More

Abi Gerges, N., Stafford, A., Truong, K., Miron, Y., Winrow, B., Krause, B., Page, G., Ghetti, A. Measurement of Heart Contractility in Isolated Adult Human Primary Cardiomyocytes. J. Vis. Exp. (186), e64394, doi:10.3791/64394 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter