Hier beschreiben wir die Herstellung von lebensfähigen ventrikulären Scheiben von erwachsenen Mäusen und deren Verwendung für scharfe Elektroden-Aktionspotentialaufnahmen. Diese multizellulären Präparate bieten eine konservierte in vivoähnliche Gewebestruktur, die sie zu einem wertvollen Modell für elektrophysiologische und pharmakologische Studien in vitro macht .
Murine Kardiomyozyten wurden weitgehend für In-vitro- Studien der Herzphysiologie und neue therapeutische Strategien verwendet. Allerdings sind multizelluläre Präparate von dissoziierten Kardiomyozyten nicht repräsentativ für die komplexe in vivo- Struktur von Kardiomyozyten, Nicht-Myozyten und extrazellulärer Matrix, die sowohl mechanische als auch elektrophysiologische Eigenschaften des Herzens beeinflusst. Hier beschreiben wir eine Technik zur Vorbereitung lebensfähiger ventrikulärer Scheiben von erwachsenen Mausherzen mit einer konservierten in vivoähnlichen Gewebestruktur und zeigen ihre Eignung für elektrophysiologische Aufnahmen. Nach der Exzision des Herzens werden Ventrikel von den Vorhöfen abgetrennt, mit einer Ca 2+ -freien Lösung, die 2,3-Butandionmonoxim enthält, perfundiert und in einen 4% niederschmelzenden Agaroseblock eingebettet. Der Block wird auf ein Mikrotom mit einer Vibrationsklinge gelegt und Gewebeschnitte mit einer Dicke von 150-400 μm werden vorbereitet, wobei die Vibration frei bleibtQuency der Klinge bei 60-70 Hz und bewegt die Klinge so langsam wie möglich nach vorne. Die Dicke der Scheiben hängt von der weiteren Anwendung ab. Die Scheiben werden in eiskalter Tyrode-Lösung mit 0,9 mM Ca 2+ und 2,3-Butandionmonoxim (BDM) für 30 min gelagert. Danach werden die Scheiben für 30 min auf 37 ° C DMEM übertragen, um das BDM zu waschen. Scheiben können für elektrophysiologische Untersuchungen mit scharfen Elektroden oder Mikroelektroden-Arrays verwendet werden, um Kraftmessungen zu analysieren, um die kontraktile Funktion zu analysieren oder die Wechselwirkung von transplantierten Stammzellen-abgeleiteten Kardiomyozyten und Wirtsgewebe zu untersuchen. Für scharfe Elektrodenaufnahmen wird eine Scheibe in eine 3 cm Zellkulturschale auf der Heizplatte eines invertierten Mikroskops gegeben. Die Scheibe wird mit einer unipolaren Elektrode stimuliert und intrazelluläre Aktionspotentiale von Kardiomyozyten innerhalb der Scheibe werden mit einer scharfen Glaselektrode aufgezeichnet.
Dünngewebescheiben wurden in der Grundwissenschaft häufig verwendet, da Yamamot und Mcllwain 1966 zeigten, dass die elektrische Aktivität von Hirnschnitten in vitro 1 aufrechterhalten wird . Seither wurden elektrophysiologische und pharmakologische Studien an Scheiben aus Gehirn 2 , Leber 3 , Lunge 4 und Myokardgewebe 5 , 6 , 7 durchgeführt. Erste Patch-Clamp-Aufnahmen in ventrikulären Scheiben aus neonatalen Rattenherzen wurden im Jahre 1990 beschrieben 8 , aber diese Technik fiel für einige Zeit in Vergessenheit. Mehr als ein Jahrzehnt später, unsere Gruppe eine neue Methode zur Vorbereitung murine embryonalen 9 , neonatale 10 und erwachsenen 11 Herz-Scheiben. Diese lebensfähigen Gewebeschnitte können für akute Experimente (erwachsene Scheibe) verwendet werdenS kann für mehrere Stunden kultiviert werden) oder kurzfristige Kulturversuche (embryonale und neonatale Scheiben können für einige Tage kultiviert werden). Die Scheiben zeigen in vivo wie elektrophysiologische Eigenschaften und eine homogene Anregungsspanne, wie sie durch scharfe Elektrodenwirkungspotentiale und Mikroelektrodenanordnungen aufgezeichnet wird 11 . Aufgrund ihrer "zweidimensionalen" Morphologie erlauben sie den direkten Zugang von Aufzeichnungselektroden zu allen Bereichen des Ventrikels, was sie zu einem interessanten Werkzeug für elektrophysiologische Untersuchungen macht und im Vergleich zu Langendorff-perfundierten Herzen ganz neue experimentelle Möglichkeiten aufwirft. Arzneimittelreaktion der Scheiben auf Ionenkanalblocker wie Verapamil (L-Typ Ca 2+ -Kanalblocker), Lidocain (Na + -Kanalblocker), 4-Aminopyridin (unselektivspannungsabhängiger K + -Kanalblocker) und Linopirdin (KCNQ K + -Kanal-Blocker) 9 , 11 </suP> entsprach den bekannten Wirkungen auf dissoziierten Kardiomyozyten. Isometrische Kraftmessungen zeigten eine positive Kraftfrequenzbeziehung und drängten eine intakte kontraktile Funktion 10 . Diese Ergebnisse zeigten, dass murine ventrikuläre Scheiben als in vitro Gewebemodell für physiologische und pharmakologische Studien geeignet sind. Darüber hinaus haben sich die ventrikulären Scheiben der Empfängerherzen in Kombination mit scharfen Elektrodenaufnahmen als sehr hilfreiches Werkzeug erwiesen, um die elektrische und mechanische Integration sowie die Reifung der transplantierten fetalen 12 , 13 , 14 und der Stammzellen-abgeleiteten 15 Kardiomyozyten zu charakterisieren.
Zusammenfassend sind ventrikuläre Scheiben ein wertvolles und gut etabliertes multizellulares Gewebemodell und sollten als komplementär zu dissoziierten Kardiomyozyten und Langendorff-perfundierten Herzen betrachtet werdenIn der Herz-Kreislauf-Forschung mit dem großen Vorteil der Bereitstellung einer in vivoähnlichen Gewebestruktur (im Gegensatz zu dissoziierten Zellen) sowie direkten Zugang von Messtechniken wie scharfe Elektrodenaufnahmen zu allen Regionen des Herzens (im Gegensatz zu ganzen Herzpräparaten).
Ventrikuläre Scheiben ermöglichen elektrophysiologische, pharmakologische und mechanische Untersuchungen mit einer konservierten in vivoähnlichen Gewebestruktur und einem direkten Zugang der Messtechnik zu allen Regionen des Herzens. Physiologische Wirkungspotentialeigenschaften wurden in embryonalen, neonatalen und erwachsenen Scheiben 9 , 10 , 11 nachgewiesen. Die Vitalität der Scheiben, mit Ausnahme der Oberflä…
The authors have nothing to disclose.
Wir erkennen die Unterstützung der Workshops und der Tierfazilität des Instituts für Neurophysiologie an. Diese Arbeit wurde von der Walter und Marga Boll- Stiftung, Köln Fortune und der Deutschen Stiftung für Herzforschung unterstützt.
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 |