Этот протокол содержит подробные методы, описывающие изготовление и внедрение магнитной платформы посленагрузки для инженерных тканей сердца.
После нагрузки, как известно, диск развития как физиологических, так и патологических сердечных состояний. Таким образом, изучение результатов измененных состояний послегруза может дать важное представление о механизмах, контролирующих эти критические процессы. Тем не менее, экспериментальный метод для точной тонкой настройки afterload в ткани сердца с течением времени в настоящее время отсутствует. Здесь описана недавно разработанная методика на основе магнитных технологий для достижения этого контроля в инженерных сердечных тканях (EHT). Для получения магнитно отзывчивых ЭГТ (MR-EHT), ткани устанавливаются на полые силиконовые столбы, некоторые из которых содержат небольшие постоянные магниты. Второй набор постоянных магнитов является пресс-вписываются в акриловую пластину, так что они ориентированы с той же полярности и аксиально выровнены с пост магнитов. Для регулировки послегруза, эта пластина магнитов переводится в сторону (более высокая посленагрузка) или прочь (нижняя посленагрузка) от почтовых магнитов с помощью пьезоэлектрической стадии, оснащенной кодером. Программное обеспечение для управления движением, используемое для регулировки позиционирования стадии, позволяет развивать пользовательские схемы посленагруза, в то время как кодировщик гарантирует, что этап корректирует любые несоответствия в своем местоположении. Эта работа описывает изготовление, калибровку и внедрение этой системы, чтобы позволить разработку подобных платформ в других лабораториях по всему миру. Репрезентативные результаты двух отдельных экспериментов включены для примера спектра различных исследований, которые могут быть выполнены с помощью этой системы.
После нагрузки систолическая нагрузка на желудочек после того, как он начал выбрасывать кровь1. Во время сердечного развития, соответствующие посленагрузка имеет решающее значение для кардиомиоцитов созревания2. В зрелом возрасте низкий уровень желудочковой послегрузки (например, у прикованных к постели пациентов с травмой спинного мозга высокого уровня3 или в особых случаях, таких как космический полет4)может привести к гипотрофии сердца. И наоборот, высокая послегрузка может привести к сердечной гипертрофии5. В то время как сердечная гипертрофия у спортсменов на выносливость или беременных женщин считается полезной и физиологической, гипертрофия, связанная с длительной артериальной гипертензией или тяжелой стенозом аортального клапана, вредна, так как предрасполагает к сердечной аритмии и сердечной недостаточности6. Хотя 5-летняя смертность пациентов с сердечной недостаточностью снизилась с 70% в 1980-х годах6 до 40-50%7 в настоящее время, по-прежнему существует большая потребность в новых вариантах терапевтического лечения для этого весьма распространенного состояния (в настоящее время 2,2% населения в западном мире)8.
Для изучения молекулярных механизмов патологической сердечной гипертрофии и тестирования профилактических или терапевтических стратегий лечения этого заболевания были разработаныdivivo модели послегруза9,10,,11,,12. Хотя эти модели дали полезную информацию о воздействии послегруза на производительность желудочков, они не позволяют тонко контролировать величину послегруза. Кроме того, исследования in vitro посленагрузки, выполненные на вырезанных сердцах и мышечных препаратах, позволяют более тонко контролировать загрузку тканей, но эти модели не способствуют продольным исследованиям13,,14,15.
Чтобы преодолеть эти проблемы, мы разработали в пробирке модель повышенной afterload в инженерных сердечных тканей (EHTs)16,17. Эта модель представляет собой трехмерный формат культуры для клеток сердца крыс, встроенных в фибрин матрицы приостановлено между гибкими полыми силиконовыми столбами. Эти ткани бьются спонтанно (против сопротивления силиконовых столбов) и выполняют вспомогательную работу. Мы увеличили послегрузование применяется к EHTs в 12 раз в предыдущих экспериментах по вставке жестких металлических скобки в полые силиконовые столбы в течение одной недели. Это привело к множеству изменений, характерных для патологической сердечной гипертрофии18,,19,,20: кардиомиоцитной гипертрофии, частичного некропкоза, снижения сократительной силы, нарушения релаксации тканей, реактивации программы генов плода, метаболического перехода от окисления жирных кислот к анаэробному гликолиззу, а также к увеличению инфиколита. Хотя эта процедура была успешно использована в нескольких исследованиях17,21,22, она имеет некоторые недостатки. Есть только два состояния, низкие или очень высокие (12-кратная) послегруза, и процедура требует ручного обращения с EHTs, что ограничивает его временную гибкость и создает риск загрязнения.
В последнее время, Леонард и др. использовали аналогичную технику модулировать afterload в EHTs культивируется на силиконовые должности23. Брекеты различной длины были размещены вокруг внешней части столбов, чтобы ограничить их изгиб движения. Авторы этого исследования сообщили, что сингулярный малый и средний увеличение нагрузки повышенной силовой разработки и созревания человека iPS полученных EHTs, в то время как более высокие нагрузки привели к патологическому состоянию. Однако, подобно нашей собственной системе, этот метод позволяет только сингулярное увеличение послегруза, величина которой продиктована длиной скобки. Таким образом, тонкие изменения в послегрузке, изменения в послегрузке с течением времени, и точные схемы загрузки невозможны с этими методами.
Здесь мы предоставляем протокол для системы, которая может быть использована для модулирования пост-сопротивления, т.е. послезагрузки EHTs магнитно24. Эта платформа облегчает тонкую настройку послегруза, позволяет определяться пользователями схемпослезагрузки и обеспечивает стерильность EHT.
В протоколе, изложенном в настоящем документе, описывается новая методика магнитного изменения послегрузки в инженерных тканях сердца. Этот метод опирается на использование пьезоэлектрической стадии для перевода пластины сильных магнитов к и от магнитно отзывчивых стеллажей силико?…
The authors have nothing to disclose.
Авторы благодарят Jutta Starbatty за ее поддержку в работе культуры тканей, Аксель Кирххоф за фотографию, Алиса Casagrande Cesconetto для редактирования работы, и особую благодарность Бюлент Aksehirlioglu за техническую поддержку в разработке этого устройства. B.B. был поддержан стипендиатом JK (Немецкий центр сердечно-сосудистых исследований) Грантом, M.L.R. Международным докторским стипендиатом Уитакера грантом и M.N.H. за счет средств ДЗК.
Cylindrical plate magnets | HKCM | 9962-55184 | h = 14 mm, d = 13 mm |
Cylindrical post magnets | HKCM | 9962-63571 | h = 2 mm, d = 0.5 mm |
Dental wire | Ormco | 266-1316 | d = 0.016 inches (0.406 mm) |
GraphPad | GraphPad Software, La Jolla, California, USA | version 6.00 for Windows | |
Motion control software for piezo motor | Micronix USA | free download on manufacturer homepage | |
Motion controller for piezo motor | Micronix USA | MMC-100-01000 | |
Optical contractility analysis platform | EHT technologies | A0001 | |
Piezoelectric linear motor | Micronix USA | PPS-20-15206 | fitted with linear optical encoder, incubator-environment compatible |
Styrene Rod | Plastruct | MR-15 | d= 0.015 inches (0.381 mm) |
USB camera | Reichelt Elektronik | REFLECTA 66142 |