Isolamento e Cultura della neonatali mouse Cardiomyocytes

Summary

Culture del mouse cardiomiociti primari sono uno degli strumenti cardine per l'indagine di organizzazione e la funzione miofibrillare. Il protocollo che segue descrive l'isolamento e la coltura di cardiomiociti primari di cuori neonatali mouse. Le risultanti colture di cardiomiociti possono successivamente essere utilizzati per una varietà di biomeccanici, saggi biochimici e cellule biologiche.

Abstract

Cardiomiociti neonatali in coltura sono stati a lungo utilizzati per studiare myofibrillogenesis e le funzioni miofibrillari. Cardiomiociti in coltura consentono una facile ricerca e manipolazione di vie biochimiche, e il loro effetto sulle proprietà biomeccaniche di battere spontaneamente cardiomiociti.

Il protocollo 2-giorno seguente descrive l'isolamento e la coltura di cardiomiociti neonatali di topo. Mostriamo come sezionare facilmente cuore da neonati, dissociare il tessuto cardiaco e arricchire cardiomiociti dalle cellule popolazione cardiaca. Discutiamo l'utilizzo di diversi mix di enzimi per la cella-dissociazione, e dei loro effetti sulla cellula-vitalità. I cardiomiociti isolati possono essere successivamente utilizzati per una varietà di,,, saggi di cellule biologiche o biomeccanica biochimici elettrofisiologici morfologiche. Abbiamo ottimizzato il protocollo per robustezza e riproducibilità, utilizzando solo soluzioni disponibili in commercio e l'enzima mix che shpoca variabilità ow lotto a lotto. Ci rivolgiamo anche a problemi comuni associati con l'isolamento e la coltura di cardiomiociti, e di offrire una varietà di opzioni per l'ottimizzazione delle condizioni di isolamento e coltura.

Introduction

Le prime relazioni per la dissociazione di successo e coltura di cellule cardiache del roditore risale al 1960 ^1,2. Anche allora, Harary e Farley notato che cardiomiociti in coltura "possono fornire un sistema unico per lo studio dei requisiti della contrattilità periodica [e possono] fornire un mezzo per determinare il contributo dei vari percorsi metabolici per la [battito] processo". Anche se Harary e Farley cardiomiociti isolati e coltivati ​​da giovani ratti, e il protocollo originale è stato adattato e modificato da molti scienziati nel corso degli anni, la procedura generale isolamento e la coltura non è molto cambiata. Tuttavia, enzimi migliori ^3, soluzioni standardizzate ^4,5, e l'aggiunta del canale reversibile e miosina ATPasi inibitore BDM per proteggere le cellule durante la procedura di isolamento ^6-9 è migliorata significativamente cellula-resa e la fattibilità.

Adulto vs cardiomiopatia neonataleciti

Cardiomiociti isolati e coltivati ​​da topi o ratti neonati hanno diversi vantaggi rispetto colture di cardiomiociti adulti. Primo, la procedura di isolamento di topo o ratto cuori neonatali è più semplice e meno costosa, rispetto all'isolamento di cardiomiociti di topo adulto o ratto ^10. Cardiomiociti neonatali sono molto meno sensibili alle reintroduzione in un mezzo contenente calcio dopo dissociazione, aumentando notevolmente cella rendimento. Un altro grande vantaggio è che i cardiomiociti neonatali di topo subiscono una più rapida de-differenziazione – ciclo ridifferenziazione che di solito si traduce in modo spontaneo battere cellule 20 ore dopo la placcatura, mentre cardiomiociti adulti in genere richiedono stimolazione per indurre la contrazione. Cardiomiociti neonatali sono anche più facilmente transfectable con i metodi liposomiale trasfezione, considerando che i cardiomiociti adulti necessitano di vettori virali per la consegna di successo di DNA transgenico. In contrasto con cardiomiociti neonatalis, la cultura dei cardiomiociti roditori adulti ^11-13 consente di ricerche di degradazione miofibrillare ed eventuale ripristino dell'apparato contrattile. Questi cambiamenti morfologici caratteristici cardiomiociti adulti avvengono su periodi di 1-2 settimane. Il dedifferentiation – ciclo ridifferenziazione è accompagnata da reexpression del programma gene fetale, imitando in tal modo i cambiamenti patologici osservati in cardiomiopatie umani ^14. Un altro vantaggio di cardiomiociti di ratto adulto di coltura di cardiomiociti neonatali è la capacità di coltura queste cellule per lunghi periodi di tempo.

Rat vs cardiomiociti di topo

L'isolamento e la coltura di cardiomiociti neonatali di ratto ha alcuni vantaggi rispetto quella del topo cardiomiociti neonatali, compresi rendimenti più elevati di cellule vitali e un aumento dei tassi di trasfezione. Tuttavia, l'ampio utilizzo di modelli murini geneticamente modificati per le malattie cardiache (es. </ Em> il lim muscolo topo knockout proteine ​​come modello per la cardiomiopatia dilatativa ¹⁵⁾ ha portato alla adeguamento della procedura di isolamento di cardiomiociti derivati ​​da topi neonati. Sebbene i protocolli utilizzati per isolare neonatali di ratto e di topo cardiomiociti sono quasi identiche, una maggiore attenzione deve essere posta nella scelta di un mix enzima appropriato per quest'ultimo. Infatti, cardiomiociti neonatali di topo sono generalmente più suscettibili a overdigestion, risultante in una cella rendimento e ridotta vitalità. Inoltre, la densità di placcatura deve essere regolata, perché cardiomiociti derivati ​​da topi neonati sono più piccole rispetto alle cellule derivate da cuori di ratto neonatale.

Con molti usi per le indagini, parametri morfologici, elettrofisiologici, biochimici cellulari-biologica e biomeccanica nonché per il processo di myofibrillogenesis, cardiomiociti neonatali coltivate sono diventati uno dei sistemi più versatili per lo studio difunzioni delle cellule cardiache in vitro. Il primo passo per un saggio di successo però, dipende da una metodologia semplice e affidabile per isolare i cardiomiociti neonatali di topo. Il nostro protocollo trae metodologia da molte fonti e stato ottimizzato per la riproducibilità e robustezza. Discutiamo fattori che influenzano cardiomyocyte rendimento e la redditività, e di fornire una varietà di opzioni per l'ottimizzazione delle condizioni di isolamento e coltura.

Protocol

La procedura seguente descrive un protocollo 16,17 di due giorni per l'isolamento e la cultura dei cardiomiociti neonatali di topo. Tutte le soluzioni sono sterili o sterili filtrata. Tutti gli strumenti sono sterilizzati mediante sterilizzazione superficie con il 75% di etanolo. Tranne per l'estrazione del tessuto iniziale, tutte le fasi vengono eseguite in una cappa di coltura cellulare a flusso laminare sterile. Questo protocollo è destinato per l'isolamento di cuori neonatali di topo 1-2 cucc…

Representative Results

Usando questo protocollo, abbiamo isolato i cuori da 8 un giorno di età topi neonati (Figure 1A, 1B, Supplemental Movie S1). Dopo il lavaggio e macinazione i cuori con le forbici (Figure 1C-1F), frammenti di tessuto sono stati predigerito in terreno di isolamento per tutta la notte a 4 ° C con agitazione. Dopo predigestione (Figura 1G), abbiamo trasferito i frammenti di tessuto in mezzo digestione appena fatto, e incubate i frammenti di tessuto per 20 min a 37 ° C co…

Discussion

L'uso di modelli animali per studiare le malattie cardiache è diventato standard nella ricerca cardiovascolare. Caratterizzazione Closer biochimica di questi modelli (ovvero studiando risposte dirette su cellule cardiache a stimoli biochimici e biomeccanici) richiede in genere l'isolamento dei tessuti cardiaci o cardiomiociti. Gli studi che indagano risposte fisiologiche del cuore ex vivo (ad esempio dell'acetilcolina ^40, o in scenari ischemia-riperfusione ⁴¹⁾ general…

Materials

Name of the reagent	Company	Catalogue number	Comments (optional)
BDM (2,3-Butanedione monoxime) 6-8	Sigma	B-0753	prepare 0.2M stock solution in HBSS (without Ca2+, Mg2+), filter sterilize, can be kept at 4 °C up to 6 months; Caution: Prolonged usage of BDM other than during isolation procedure may result in non-beating cells, decreased cell viability and/or significantly altered gene-expression during cardiomyocyte culture46,47.
Collagenase/Dispase	Roche	10269638001	can be substituted with collagenase type II from Worthington
Collagenase type II3	Worthington	CLS-2	substitute for Collagenase/Dispase mix from Roche
1x trypsin solution (0.25%) with EDTA	e.g. cellgro	25-053-CI
1x Penicillin/ Streptomycin solution with EDTA in HBSS	e.g. cellgro	30-002-Cl
1x PBS (without Ca2+, Mg2+)	e,g, cellgro	21-040-CV
HBSS (Hank’s balanced salt solution; without Ca2+, Mg2+) 4	e.g. cellgro	21-022-CV
DMEM high glucose	e.g. cellgro	10-013-CV
M-199	e.g. cellgro	10-060-CV
fetal bovine serum	e.g. cellgro	35-011-CV	cell-culture grade
horse serum	e.g. cellgro	35-030-CV	cell-culture grade
Leibovitz L-155	e.g. cellgro	10-045-CV
AraC (Cytosine-B-D-arabino-furanoside hydrochloride)	Sigma	C-6645	proliferation inhibitor, prepare 1 mM stock solution in H2O, filter sterilize, store at 4 °C
phenylephrine	Sigma	P-6126	chronotropic agent, prepare 100 mM stock solution in H2O, filter sterilize, store at 4 °C or -20 °C
isoproterenol hydrochloride	Sigma	I-6501	chronotropic agent, prepare 1 mM stock solution in H2O, filter sterilize, store at 4 °C or -20 °C
0.1% collagen solution	Sigma	C-8919	extracellular matrix for coating
3 mg/ml collagen type 1 solution	Advanced BioMatrix	5005-B	alternative to Sigma collagen solution
cell strainer	e.g. Fisherbrand	22363548	appropriate filter size:40 μm-100 μm
syringe filter 0.2 μm	e.g. Fisherbrand	09-719C	for sterile filtration of digestion medium
straight scissors	e.g. Fine Sciences Tools	91460-11
curved scissors	e.g. Fine Science Tools	91461-11
Dumont No. 7 forceps	e.g. Fine Science Tools	91197-00
perforated spoon	e.g. Fine Science Tools	10370-19	optional, for transfer of heart tissue
Trypan blue	e.g. Gibco	15250-061	live cell staining
Neubauer hemocytometer	e.g. Prosource Scientific	3500	alternatively use: disposable hemocytometer C-chip or automated cell counting systems
50 ml Falcon tubes	e.g. Fisherbrand	14-432-23
15 ml Falcon tubes	e.g. Fisherbrand	05-527-90
20 ml syringe	e.g. BD Medical	14-820-19
10 ml serological pipette	e.g. Falcon	357551
30 mm cell culture dish	e.g. Nunc	153066	for standard culture of cardiomyocytes
30 mm cell culture dish, glass bottom	MatTek	P35G-0-10-C	for live cell imaging with inverted microscope
10 cm cell culture dish	e.g. Nunc	172958	for preplating
Escort III	Sigma	L3037	for liposomal transfection, alternatively use lipofectamin 2000
Lipofectamine 2000	Life Technologies, Invitrogen	52887	substitute for Escort III
			Buffers and media: Isolation medium (filter sterilize) 20 mM BDM 0.0125% trypsin in HBSS4 (without Ca2+, Mg2+) Digestion medium (filter sterilize) 20 mM BDM 1.5 mg/ml Roche Collagenase/Dispase enzyme mix in L15 medium Plating medium 65% DMEM high glucose 19% M-199 10% horse serum 5% fetal calf serum 1% penicillin/streptomycin Maintenance medium 78% DMEM high glucose 17% M-199 4% horse serum 1% penicillin/streptomycin optional: 1 μM AraC 1 μM isoproterenol or 0.1 mM phenylephrine The plating and maintenance medium can be stored at 4 °C for up to 6 months.