Faixas de coração ventricular de eixo curto murino para estudos eletrofisiológicos

Summary

Aqui, descrevemos a preparação de fatias ventriculares viáveis ​​de camundongos adultos e seu uso para gravações de potencial de ação de eletrodos afiados. Essas preparações multicelulares proporcionam uma estrutura de tecido in vivo preservada, o que os torna um modelo valioso para estudos eletrofisiológicos e farmacológicos in vitro .

Abstract

Os cardiomiócitos murinos têm sido amplamente utilizados para estudos in vitro de fisiologia cardíaca e novas estratégias terapêuticas. No entanto, as preparações multicelulares de cardiomiócitos dissociados não são representativas da estrutura complexa in vivo de cardiomiócitos, não miocitos e matriz extracelular, que influencia as propriedades mecânicas e eletrofisiológicas do coração. Aqui descrevemos uma técnica para preparar fatias ventriculares viáveis ​​de corações de mouse adultos com uma estrutura de tecido preservada in vivo e demonstrar sua adequação para gravações eletrofisiológicas. Após a excisão do coração, os ventrículos são separados dos átrios, perfundidos com solução livre de Ca2 ⁺ contendo monoxime de 2,3-butanodiona e incorporados em um bloqueio de agarose com baixo teor de fusão a 4%. O bloco é colocado em um microtomo com uma lâmina vibratória, e fatias de tecido com uma espessura de 150-400 μm são preparadas mantendo a vibração freDa lâmina a 60-70 Hz e movendo a lâmina para a frente o mais lentamente possível. A espessura das fatias depende da aplicação adicional. As fatias são armazenadas na solução de Tyrode gelada com Ca2 ⁺ 0,9 mM e monoxime de 2,3-butanodiona (BDM) durante 30 min. Depois, as fatias são transferidas para DMEM a 37 ° C durante 30 min para lavar o BDM. As fatias podem ser usadas para estudos eletrofisiológicos com eletrodos afiados ou arrays de microeletrodos, para medidas de força para analisar a função contrátil ou para investigar a interação de cardiomiócitos derivados de células estaminais transplantadas e tecido hospedeiro. Para gravações de eletrodos afiados, uma fatia é colocada em um prato de cultura de células de 3 cm na placa de aquecimento de um microscópio invertido. A fatia é estimulada com um eletrodo unipolar, e os potenciais de ação intracelular de cardiomiócitos dentro da fatia são registrados com um eletrodo de vidro afiado.

Introduction

As fatias de tecido fino têm sido utilizadas com freqüência na ciência básica, uma vez que Yamamot e Mcllwain mostraram em 1966 que a atividade elétrica de fatias de cérebro é mantida in vitro ¹ . Desde então, estudos eletrofisiológicos e farmacológicos foram realizados em fatias do cérebro ² , fígado ³ , pulmão ⁴ e tecido miocárdico ^{5 , 6 , 7} . As primeiras gravações de patch-clamp em fatias ventriculares de corações de ratos neonatais foram descritas em 1990 ⁸ , mas essa técnica caiu no esquecimento por algum tempo. Mais de uma década depois, nosso grupo estabeleceu um novo método para preparar as fatias de coração de embrião murino ⁹ , neonatal ¹⁰ e adulto ¹¹ . Estas fatias de tecido viáveis ​​podem ser usadas para experiências agudas (fatias adultasS podem ser cultivadas por várias horas) ou experiências culturais de curto prazo (fatias embrionárias e neonatais podem ser cultivadas por alguns dias). As fatias mostram in vivo como características eletrofisiológicas e uma dispersão de excitação homogênea conforme avaliado pelo potencial de ação de eletrodo afiado e gravações de microeletrodos ¹¹ . Devido à sua morfologia "bidimensional", eles permitem o acesso direto dos eletrodos de gravação a todas as regiões do ventrículo, o que os torna uma ferramenta interessante para investigações eletrofisiológicas e levanta novas opções experimentais em comparação com os corações inteiros de perfumes de Langendorff. A resposta ao fármaco das fatias aos bloqueadores dos canais iônicos, como o verapamil (bloqueador de canal Ca ²⁺ ), lidocain (bloqueador de canais de Na ⁺ ), 4-aminopiridina (bloqueador de canal K ^{+ não} -seletivo dependente da tensão) e linopirdina (KCNQ K ⁺ -Bloqueador de canal) ^{9 , 11} </suP> correspondeu a efeitos conhecidos em cardiomiócitos dissociados. As medidas da força isométrica revelaram uma relação de freqüência de força positiva e sugeriram fortemente a função contrátil intacta ¹⁰ . Esses achados demonstraram que as fatias ventriculares murinas são adequadas como um modelo de tecido in vitro para estudos fisiológicos e farmacológicos. Além disso, as fatias ventriculares de corações receptores em combinação com gravações afiadas de eletrodos provaram ser uma ferramenta muito útil para caracterizar a integração elétrica e mecânica, bem como a maturação dos ¹² cardiomiócitos transplantados ^{12 , 13 , 14} e derivados de células-tronco.

Em resumo, as fatias ventriculares são um modelo de tecido multicelular valioso e bem estabelecido e devem ser consideradas complementares a cardiomiócitos dissociados e corações perfundidos por LangendorffNa pesquisa cardiovascular, com a principal vantagem de fornecer uma estrutura de tecido in vivo (em contraste com células dissociadas), bem como acesso direto de tecnologias de medição, como gravações de eletrodos afiados para todas as regiões do coração (em contraste com preparações de coração inteiro).

Protocol

O manuseio de animais deve ser conforme às diretrizes do comitê local de bem-estar animal e à Diretiva 2010/63 / UE do Parlamento Europeu. 1. Prepare Soluções Preparar a solução de Tyrode sem Ca 2+ (composição em mM): NaCl 136, KCl 5,4, NaH2PO4 0,33, MgCl2 1, glucose 10, HEPES 5, 2,3-butanodiona monoxime (BDM) 30. Ajustar o pH para 7,4 Com NaOH a 4 ° C. Preparar a solução de Tyrode com Ca 2+ (composição em mM): NaCl 136, KCl 5,4, NaH2P…

Representative Results

O infarto do miocárdio leva a uma perda praticamente irreversível de cardiomiócitos. A terapia de reposição celular com cardiomiócitos derivados de células estaminais para regeneração cardíaca exógena é uma abordagem terapêutica promissora. A integração e a maturação elétrica das células transplantadas são cruciais para a segurança e eficiência da terapia de reposição celular. Para avaliar a integraçã…

Discussion

As fatias ventriculares permitem estudos eletrofisiológicos, farmacológicos e mecânicos com uma estrutura de tecido preservada in vivo e acesso direto da tecnologia de medição a todas as regiões do coração. As propriedades potenciais de ação fisiológica foram demonstradas em fatias embrionárias, neonatais e adultas ^{9 , 10 , 11} . A vitalidade das fatias, com exceção das camadas superficiais direta…

Materials

Leica VT 1000s	Leica Microsystems, Wetzlar, Germany		Microtome with vibrating blade.
Stainless Steel Blades	Campden Instruments, Loughborough, England	7550-1-SS
Pasteur pipettes	Sigma-Aldrich, St. Louise, USA	Z627992
Fine brush, e.g. size 6 (4/32")	VWR, International, Radnor, USA	149-2125
Preparation table			self made
Molt for embedding ventricles in agarose			self made
1 ml Syringe	Becton, Dickinson;  Franklin Lakes, USA	300013
27Gx3/4“ Needles	Braun, Melsungen, Germany	4657705
20G 11/2“ Needles		4657519
Small scissor	WPI, Sarasota, USA	501263
Tweezers #5, 0.1 x 0.06 mm tip	WPI, Sarasota, USA	500342
Oxygen gas (medical grade O2)	Linde, Munich, Germany
Carbogen gas (95 % O2, 5 % CO2)	Linde, Munich, Germany
NaCL	Sigma-Aldrich, St. Louise, USA	7647-14-5
KCL	Sigma-Aldrich, St. Louise, USA	746436
CaCl2	Sigma-Aldrich, St. Louise, USA	746495
KH2PO4	Sigma-Aldrich, St. Louise, USA	NIST200B
HEPES	Sigma-Aldrich, St. Louise, USA	51558
NaHCO3	Sigma-Aldrich, St. Louise, USA	S5761
D(+)-Glucose	Sigma-Aldrich, St. Louise, USA	G8270
MgSO4	Sigma-Aldrich, St. Louise, USA	M7506
NaOH	Sigma-Aldrich, St. Louise, USA	S8045
Cyanoacrylate glue	Henkel, Düsseldorf, Germany
Low-melt Agarose	Roth, Karlsruhe, Germany	6351.2
Heparin-sodium-25000 I.E./5mL	Ratiopharm, Ulm, Germany
Dulbecco's Modified Eagle Medium  (DMEM), high glucose, GlutaMAX	ThermoScientific, Waltham, USA	10566016
SEC-10LX Amplifier	npi electronic GmbH, Tamm, Germany	SEC-10LX
EPC 9	HEKA Elektronik GmbH, Lambrecht, Germany
Zeiss Axiovert 200	Zeiss, Oberkochen, Germany
Low magnification Micromanipulator	Narashige, Tokyo, Japan	Nm-3
High magnification, three-axis micromanipulator	Narashige, Tokyo, Japan	MHW-3
Peristaltic perfusion pump	Multi Channel Systems, Reutlingen, Germany	PPS2
2-channel temperature controller	Multi Channel Systems, Reutlingen, Germany	TCO02
Square pulse stimulator	Natus Europe GmbH, Planegg, Germany	Grass SD9
Glass capillaries	WPI, Sarasota, USA	1B150F-1