Kontraktilitet Mätningar på isolerade papillarmusklerna för utredning av Cardiac inotropi hos möss
Summary
Murin vänsterkammar papillarmuskel kan användas för att undersöka hjärtkontraktilitet in vitro. I den här artikeln beskrivs i detalj isolering och experimentella protokoll för att studera hjärt sammandragande egenskaper.
Abstract
Papillärmuskel isolerad från vuxen mus hjärtan kan användas för att studera hjärtkontraktilitet under olika fysiologiska / patologiska tillstånd. De kontraktila egenskaperna kan utvärderas oberoende av yttre påverkan såsom vaskulär tonus eller neurohumoral status. Det visar ett vetenskapligt förhållningssätt mellan enda cell mätningar med enstaka hjärtmyocyter och in vivo-studier som ekokardiografi. Således, papillarmuskeln preparat fungera som en utmärkt modell för att studera hjärt fysiologi / patofysiologi och kan användas för undersökningar som moduleringen av farmakologiska medel eller utforskandet av transgena djurmodeller. Här beskriver vi en metod för att isolera den murina vänstra främre papillarmuskeln att undersöka hjärtats kontraktilitet i ett organbad setup. I motsats till en muskel remsa beredning isolerad från den ventrikulära väggen, kan papillarmuskeln framställas i sin helhet utan att skada muskel tissue allvarligt. Organbadet inställning består av flera temperaturreglerade, gasade och elektrod utrustade organbad kammare. Den isolerade papillarmuskel fixeras i organbadet kammaren och stimuleras elektriskt. Den framkallade rycka kraften registreras med hjälp av en tryckgivare och parametrar som rycka kraft amplitud och rycka kinetik analyseras. Olika experimentella protokoll kan utföras för att undersöka kalcium- och frekvensberoende kontraktilitet samt dosresponskurvor av kontraktila medel såsom katekolaminer eller andra läkemedel. Dessutom kan patologiska tillstånd såsom akut ischemi simuleras.
Introduction
Undersökningen av proteiner som jonkanaler hänvisar deras roll för hjärtkontraktiliteten är viktigt att upptäcka olika pathomechanisms och etablera nya behandlingsstrategier för hjärtsjukdomar, såsom ischemi och hjärtsvikt.
Kontraktila funktion av däggdjurs kardiomyocyter är känt att moduleras av olika jonkanaler, transportörer och andra proteiner. Aktionspotential framkallat aktivering av spänningsberoende sarcolemmal L-typ Ca2 + kanaler leder till Ca2 + inflöde från extracellulära utrymmet och därefter till Ca2 + -inducerad Ca2 + frisättning (CICR) 1, som utlöser cellulära kontraktion 2. Ca2 + -signaling spelar en central roll i hjärtats kontraktilitet och anpassning till fysiologiskt eller patologiskt stress. Katekolaminer aktiverar hjärt p-adrenerga receptorer, och därmed främja adenylylcyklas (AC) som syntetiserar cAMP. Aktiveras, protein kinas A (PKA) fosforylerar olika intracellulära och membran associerade proteiner som L-typ Ca2 + kanaler, fosfolamban och ryanodinreceptorer resulterar i modifiering av Ca 2 + transienter och hjärtkontraktilitet 1,3,4. cAMP bryts ned av fosfodiesteras (PDE). Aktivering av andra än p-adrenoceptorer Gs-kopplade receptorer leder också till ackumulering av cAMP.
Tekniken av kontraktilitet mätningar i isolerade kammarmuskelremsor är väl etablerad för större däggdjursarter 5-8. Baserat på möjligheten att genmålsökning i möss är det viktigt att fastställa metoder för att analysera murin hjärt fysiologi. Men skiljer befintliga data om de fysiologiska egenskaperna hos isolerade muskelpreparat hos möss beroende på experimentella betingelser 9-12.
Den beskrivna metoden används för att analysera hjärtkontraktilitet av vänsterkammar papillarmuskel prepreparat in vitro. Undersökning av hjärtkontraktilitet utförs i frånvaro av påverkningar modifierande hjärtkontraktilitet in vivo, liksom blodtryck, neurohumoral stimulering och fysisk eller metabolisk stress. Misshandeln hastigheten den upphandlande muskel preparatet kan noggrant definieras och ändras godtyckligt. Rycka kraft kan analyseras inom ramen för specifika stimuli såsom kalciumkoncentration, slå frekvens eller temperatur. Dessutom kan denna metod användas för att undersöka olika signalväg komponenter och att jämföra hjärtprestanda av genetiskt modifierade musmodeller genom reglering experimentella betingelser som nämns ovan.
Protocol
Representative Results
Discussion
I detta manuskript beskriver vi en metod för att undersöka kontraktilitet av murin papillarmuskel in vitro som kan användas för att besvara flera vetenskapliga frågor som rör hjärtat fysiologi och patologi i möss samt att stödja analys av transgena linjer och upptäckten av nya läkemedels metoder att behandla hjärt dysfunktioner. Vi visar användningen av denna metod för att utvärdera fysiologiska, patologiska och farmakologiska egenskaperna hos hjärtmuskeln kontraktilitet (se fig…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av Deutsche Forschungsgemeinschaft (KFO 196 "Signaltransduktion bei adaptativen und maladaptiven kardialen Remodelling-Prozessen", FR 1638 / 1-2) och av DZHK (tyska Centrum för kardiovaskulär forskning, en del av tyska Centres of Health Research , vilket är en BMBF (tyska ministeriet för utbildning och forskning) initiativ).
Materials
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | S5761 | |
| Potassium chloride | Sigma-Aldrich | P9333 | |
| Glucose | Sigma-Aldrich | D9434 | |
| Sodium pyruvate | Sigma-Aldrich | P5280 | |
| Calcium chloride dihydrate | Sigma-Aldrich | 223506 | |
| Magnesium sulfate heptahydrate | Sigma-Aldrich | 230391 | |
| Potassium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | P 5655 | |
| 2,3-Butanedione monoxime | Sigma-Aldrich | B0753 | |
| Forskolin | Sigma-Aldrich | F3917 | Hazard statement H312, solve in DMSO |
| 3-?Isobutyl-?1-?methylxanthine | Sigma-Aldrich | I5879 | Hazard statement H 302, solve in DMSO |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| Isoprenaline hydrochloride | Sigma-Aldrich | I5627 | Hazard statement H 315-H319-H335 |
| Sodium Heparine 250.000 IE/10ml | ratiopharm | PZN 3874685 | |
| Histamine dihydrochloride | Sigma-Aldrich | H7250 | Hazard statement H 315-H 317-H319- H334-H335 |
References
- Endoh, M. Cardiac Ca2+ signaling and Ca2+ sensitizers. Circ J. 12 (12), 1915-1925 (2008).
- Bers, D. M. Calcium cycling and signaling in cardiac myocytes. Annu Rev Physiol. 70, 23-49 (2008).
- Bers, D., Despa, S. M. Na/K-ATPase—an integral player in the adrenergic fight-or flight response. Trends Cardiovasc Med. 19, 111-118 (2009).
- Bers, D. M. Cardiac excitation–contraction coupling. Nature. 415, 198-205 (2002).
- Pieske, B., et al. al. Ca(2+)-dependent and Ca(2+)-independent regulation of contractility in isolated human myocardium. Basic Res Cardiol. 92, 75-86 (1997).
- Corbin, J. Sildenafilcitrate does not affect cardiac contractility in human or dog heart. Curr Med ResOpin. 19 (8), 747-752 (2003).
- Romero-Vecchione, E., Vasquez, J., Rosa, F. Direct negative inotropic effect of cocaine in rat ventricle strip. Acta Cient Venez. 47 (1), 17-23 (1996).
- Näbauer, M., et al. Positive inotropic effects in isolated ventricular myocardium from nonfailing and terminally failing human hearts. Eur J Clin Invest. 18 (6), 600-606 (1988).
- Gao, W. D., Perez, N. G., Marban, E. Calcium cycling and contractile activation in intact mouse cardiac muscle. J Physiol. 507, 175-184 (1998).
- Bluhm, W. F., Kranias, E. G., Dillmann, W. H., Meyer, M. Phospholamban: a major determinant of the cardiac force-frequency relationship. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 278 (1), H249-H255 (2000).
- Redel, A., Baumgartner, W., Golenhofen, K., Drenckhahn, D., Golenhofen, N. Mechanical activity and force-frequency relationship of isolated mouse papillary muscle: effects of extracellular calcium concentration, temperature and contraction type. Pflugers Arch. 445 (2), 297-304 (2002).
- Uhl, S., Mathar, I., Vennekens, R., Freichel, M. Adenylyl cyclase-mediated effects contribute to increased Isoprenaline-induced cardiac contractility in TRPM4 deficient mice. JMCC. 74, 307-317 (2014).
- Allen, D. G., Jewell, B. R., Wood, E. H. Studies of the contractility of mammalian myocardium at low rates of stimulation. J Physiol. 254 (1), 1-17 (1976).
- Pieske, B., Maier, L. S., Schmidt-Schweda, S. Sarcoplasmic reticulum Ca2+ load in human heart failure. Basic Res Cardiol. 97, 163-171 (2002).
- Koch-Weser, J., Blinks, J. R. The Influence of the Interval between Beats on Myocardial Contractility. Pharmacol Rev. 15, 601-652 (1963).
- Bocalini, D. S. Myocardial remodeling after large infarcts in rat converts post rest-potentiation in force decay. Arq Bras Cardiol. 98 (3), 243-251 (2012).
- Juggi, J. S. Effect of ischemia-reperfusion on the post-rest inotropy of isolated perfused rat heart. J Cell Mol Med. 6 (4), 621-630 (2002).
- Lakatta, E. G. Beyond Bowditch: the convergence of cardiac chronotropy and inotropy. Cell Calcium. 35 (6), 629-624 (2004).
- Taylor, D. G., Parilak, L. D., LeWinter, M. M., Knot, H. J. Quantification of the rat left ventricle force and Ca2+ -frequency relationships: similarities to dog and human. Cardiovasc Res. 61 (1), 77-86 (2004).
- Schmidt, U., Hajjar, R. J., Gwathmey, J. K. The force-interval relationship in human myocardium. J Card Fail. 1 (4), 311-321 (1995).
- Rossman, E. I., Petre, R. E., Chaudhary, K. W., Piacentino, V. 3. r. d., Janssen, P. M., Gaughan, J. P., Houser, S. R., Margulies, K. B. Abnormal frequency-dependentresponses represent the pathophysiologic signature of contractile failure inhuman myocardium. JMCC. 36 (1), 33-42 (2004).
- Moran, A. E., Forouzanfar, M. H., Roth, G. A., Mensah, G. A., Ezzati, M., Murray, C. J., Naghavi, M. Temporal trends in ischemic heart disease mortality in 21 world regions, 1980 to 2010: the Global Burden of Disease 2010 stud. Circulation. 129 (14), 1483-1492 (1980).
- Lee, J. A., Allen, D. G. Changes in intracellular free calcium concentration during long exposures to simulated ischemia in isolated mammalian ventricular muscle. Circ Res. 71 (1), 58-69 (1992).
