Taze Cerrahi Örneklerden İzolasyon ve İnsan Ventriküler kardiyomiyositlerin Fonksiyonel Karakterizasyonu
Summary
Kalp hastalıklarının hücre temelinde Mevcut bilgi çok hayvan modelleri üzerinde yapılan çalışmalara dayanmaktadır. Burada açıklamak ve insan ventrikülün küçük cerrahi örneklerinden tek bir canlı kardiyomiyositlerin elde etmek için yeni bir yöntem doğrulamak. İnsan ventriküler miyositler elektrofizyolojik çalışmalar ve uyuşturucu testi için kullanılabilir.
Abstract
Hastalıklı kalplerinden Kardiyomiyositler hücre yapısındaki değişiklikler, eksitasyon kasılma kaplin ve membran iyon akımları içeren karmaşık yeniden işlemlere tabi tutulur. Bu değişiklikler, artmış aritmojenik riski ve kalp hastalarında sistolik ve diyastolik fonksiyon bozukluğu yol açan büzülme değişikliklerden sorumlu olması muhtemeldir. Bununla birlikte, kalp hastalıklarında miyosit fonksiyonu değişiklikler üzerinde en çok bilgi hayvan modellerinde geldi.
Burada tarif ve kardiyak cerrahi operasyon geçiren hastaların ventriküler miyokardın küçük cerrahi örneklerinden canlı miyositleri izole etmek için bir protokol doğrulamak. Protokol detaylı olarak tarif edilmektedir. Elektrofizyolojik ve hücre içi kalsiyum ölçümleri, bu yöntem ile elde edilen insan ventriküler kardiyomiyositlerde tek hücre ölçümler bir dizi uygulanabilirliğini göstermek için rapor edilmiştir.
Protokol he bildirdiYeniden farklı kalp hastalıklarının mevcudiyetinde insan kalbinin fonksiyonel değişiklikler hücresel ve moleküler temelinin gelecek çalışmalar için yararlı olabilir. Bundan başka, bu yöntem, hücresel seviyede yeni terapötik hedeflerini tanımlamak için ve doğrudan translasyonel değeri, insan kardiyomiyositler yeni bileşiklerin etkinliğini test etmek için de kullanılabilir.
Introduction
Miyokardın elektrofizyolojik özelliklerinin diseksiyonu tek kardiyak miyosit izolasyon tekniklerinin geliştirilmesi sonra belirgin ilerlemiştir. Kardiyak Uyarma Daralma Kavrama (EC-Kavrama) anlayışı son gelişmeler de sağlam doku tüm fizyolojik özelliklerini muhafaza uygulanabilir tek kardiyomiyositlerin izole yeteneği ile mümkün olmuştur. Yama kelepçe yöntemleri rutin kardiyak sarkolemmal iyon akımlarının fonksiyonu ve farmakolojik modülasyon çalışma istihdam edilmektedir. Ca 2 + duyarlı boyalar ile hücre içi kalsiyum dinamikleri kayıtları da düzenli EC-Kuplajın fizyolojisi yanı sıra hücre içi Ca 2 + patolojik değişiklikler ile ilgili önemli veriler sağlayan, sağlıklı ve hastalıklı modeller çeşitli tek miyositlerindeki yapılmaktadır mekanik düşüklüğü ve kalp hastalıklarında artış aritmojen yüküne yol açan homeostasis. InformaBu çalışmalardan elde edilen tion klinik ortamda ilaçların elektrofizyolojik ve mekanik etkilerini anlamak için çok önemlidir. Ancak, zar-ötesi akımları ve kardiyak ve kardiyak hareket potansiyeli mekaniği belirli özellikler için hesap, AT-Coupling proteinlerde türe özel farklılıklar vardır. Insan olmayan memelilerden izole miyosit çalışmalar biyofiziksel özellikleri ve özel zar iyon kanalları ve EM-Coupling proteinlerinin fizyolojik rolleri durulaştırmamızdan Böylece, bu durum, insan kardiyak miyosit uygun modeller sağlamaz. İnsan miyokardiyumundan canlı miyositlerin izolasyonu tam kalp hastalıklarının patofizyolojisi anlamak ve yeni tedavi yaklaşımları doğrulamak için elzemdir.
Atriyal uzantıları genellikle cerrahi işlemler sırasında atılır gibi insan atriyal doku kolayca kullanılabilir. Yetişkin insan kalp aksiyon potansiyelleri ve iyonik cu ilk nicel çalışmalarrrents enzimatik olarak izole edilmiş atrial hücreler 1-4 kullanılabilir. Aksiyon potansiyelleri veya izole yetişkin insan ventriküler hücrelerinden akımların kayıtları sonradan 3,5-10 bildirilmiştir. Bu çalışmaların çoğu nakledilmiş kalplerinden edilen ve izole edilmiş hücreleri elde etmek için kolajenaz için koroner arter bölümü ya da kesilen doku nispeten büyük miktarlarda maruz kolajenaz perfüzyon ya da kullanılan hücreleri kullandık. Bu çalışmalar, sağlıklı kalpleri insan ventriküler kardiyomiyositlerinde gelen ve terminal kalp yetmezliği olan hastaların transmembran iyon akımların bir dizi ayrıntılı bir karakterizasyonu izin verdi. L-tipi Kayıtlar Ca 2 + akımı (I Ca-L), 5-7, geçici dışa potasyum akımı (I için) 8, potasyum rektifayer akım içeri doğru (I κ1) 8, geciktirilmiş düzeltici potasyum akımının farklı bileşenlerinin (I κ ) 9 bildirilmiştir. Avanslar ve rafine birizolasyon prosedürü 10, aksiyon potansiyeli uzamasını 11 içeren terminali, kalp yetmezliği, artan aritmojen potansiyelinin iyonik temeli net bir karakterizasyonu izin depolarizasyonlarından 12 sonra gecikmeli ve diyastolik depolarizasyon ve erken atım giden komik geçerli 13 arttı.
Yetişkin kardiyak miyositler, normalde çeşitli enzim karışımları ile bütün kalp, Ca 2 +-hücrelerinin toleranslı 14 arasında yüksek verimler üreten bir tekniğin retrograd perfüzyon göre küçük hayvanlardan izole edilir. Doku fragmanlarından kardiyak miyosit izolasyonu muhtemelen koroner arter perfüzyon ile elde edilene kıyasla tek miyositlerine enzimlerin sınırlı erişim doğal olarak daha az başarılı olmuştur. Çünkü kullanılmayan donör kalplerinin çok sınırlı durumu, düzenli olarak normal insan ventriküler hücreleri elde etmek tek pratik yolu enzimatik digestio tarafındanelektif cerrahi işlemler sırasında kesilip genellikle çok küçük doku parçalarının n. Iyice hücre düzeyinde karakterize edilmiştir sadece insan hastalık modeli nakledilen kalpleri erişilebilirlik nedeniyle terminali kalp yetmezliğidir. Ancak, Terminal kalp yetmezliği hastalarının bir kısmında görülür ve genellikle altta yatan neden 15 nispeten bağımsız olan miyokard hücrelerinin ciddi yeniden, ortak bir yol içerir. Hastalığın erken bir sigara başarısız aşamada hastaların tek kardiyomiyositlerin fonksiyonunu değerlendirmek için yetenek, farklı kalıtsal veya edinsel koşulların belirli patofizyolojisini anlamak için çok önemlidir. Hipertrofik kardiyomiyopati (HKM) söylüyorum örnektir. HKM, ortak bir (1/500 kişi) kardiyak hipertrofisi ile karakterize kalıtsal kardiyak durum nedeniyle çıkış yolu tıkanıklığı ve diyastolik disfonksiyon 16 aritmojen risk ve kasılma değişiklikler artar. HKM kalplerinden Kardiyomiyositler uHücre yapısındaki değişiklikler (hipertrofisi, miyofibriler kargaşa) ve EC-Kuplajını 17 içeren karmaşık bir yeniden süreçleri ndergo. Ancak, HKM'de miyositlerdeki disfonksiyon en çok bilgi transgenik hayvan modellerinde geldi. HKM hastaların sadece bir azınlık terminali kalp yetmezliği doğru geliştikçe ve kalp nakli gerektirdiğinden, HKM kalpleri standart yöntemlerle hücre izolasyonu için çok nadiren mevcuttur. Ancak, HKM hastaların en az% 30 sistolik (HKM) 18 sırasında masif septal hipertrofi değiştiren çıkış yolu kan akışı nedeniyle obstrüktif belirtiler gelişir. HKM'de tıkanıklığın giderilmesi için en etkili tedavi seçeneği mevcut cerrahi septal miyektomi: Bu cerrahi işlem sırasında, üst septum değişken ölçekli bölümü trans aort yaklaşımla kaldırılır. Hipertrofik septum bu bölümü taze dokudan izole edilmesi için, bu nedenle hücre kullanılabilir.
İnsan ventricula izolasyonu için bir yöntem,r tek, küçük transvenöz endomiyokardiyal biyopsi ile miyositler önce geliştirilen ve 19 yayımlanmıştır. Biz septal miyektomi ve kapak replasmanı işlemleri uygulanan hastalarda uygulanan HKM hastalar dahil olmak üzere kalp ameliyatı geçiren hastaların ventrikül myokard örneklerinden tek septal miyositleri izole etmek için bir yöntem uyguladı. Izolasyon protokol, temsili elektrofizyolojik ve Ca 2 + floresan ayrıntılı bir açıklama ilaveten ölçümler izole edilmiş beşeri ventriküler miyositlerde yaşayabilirliği ve yama kelepçe ve hücre içi Ca2 + çalışmalar fizibilitesini gösteren sunulmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu tarif edilen ve insan ventriküler miyokardın cerrahi örneklerden uygun miyositleri izole etmek için bir yöntem onaylamıştır. Başarılı bir şekilde hastalıklı ventriküler miyokardın ikinci bir uygun miyosit ayrılması geliştirilmiş ve ince ayarlı edildi izin vermek için atrial cerrahi örnekler, bu teknikle izole edilmiş hücrelere kullanılmıştır, daha önce tarif edilen protokollere başlayarak. Erken raporlar seçici, fizyolojik uyaran 8,24 ile değiştirilmiş elektrofizyolojik ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, AB (STREP Proje 241577 "BÜYÜK KALP," 7. Avrupa Çerçeve Programı, CP), Menarini Uluslararası Operasyonlar Lüksemburg (AM), Telethon GGP07133 (CP) ve Gilead Sciences (AM) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Potassium phosphate monobasic (KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P9791 | |
| Magnesium sulfate heptahydrate(MgSO4 * 7H2O) | Sigma-Aldrich | M1880 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| Adenosine | Sigma-Aldrich | A9251 | |
| D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | |
| Mannitol | Sigma-Aldrich | M4125 | |
| Taurine | Sigma-Aldrich | T0625 | |
| Potassium hydroxide (KOH) | Sigma-Aldrich | P5958 | |
| Sodium chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| Potassium chloride (KCl) | Sigma-Aldrich | P9333 | |
| Sodium phosphate dibasic (Na2HPO4) | Sigma-Aldrich | S7907 | |
| Sodium bicarbonate (NaHCO3) | Sigma-Aldrich | S6297 | |
| Potassium bicarbonate (KHCO3) | Sigma-Aldrich | 237205 | |
| Sodium pyruvate | Sigma-Aldrich | P2256 | |
| 2,3-Butanedione monoxime | Sigma-Aldrich | B0753 | |
| Sodium hydroxide(NaOH) | Sigma-Aldrich | S8045 | |
| L-Glutamic acid monopotassium salt monohydrate | Sigma-Aldrich | 49601 | |
| Pyruvic acid | Sigma-Aldrich | 107360 | |
| 3-Hydroxybutyric acid | Sigma-Aldrich | 166898 | |
| Adenosine 5′-triphosphate dipotassium salt dihydrate (K2-ATP) | Sigma-Aldrich | A8937 | |
| Creatine | Sigma-Aldrich | C0780 | |
| Succinic Acid | Sigma-Aldrich | S3674 | |
| Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N′,N′-tetraacetic acid (EGTA) | Sigma-Aldrich | E0396 | |
| Albumin from bovine serum | Sigma-Aldrich | A0281 | |
| Magnesium chloride (MgCl2) | Sigma-Aldrich | M8266 | |
| Collagenase from Clostridium histolyticum, Type V | Sigma-Aldrich | C9263 | |
| Proteinase, Bacterial, Type XXIV | Sigma-Aldrich | P8038 | |
| Calcium chloride solution, ~1 M in H2O | Sigma-Aldrich | 21115 | |
| Calcium chloride 0.1 M solution | Sigma-Aldrich | 53704 | |
| Potassium methanesulfonate | Sigma-Aldrich | 83000 | |
| FluoForte Reagent | Enzo Life Sciences | ENZ-52015 | |
| Powerload concentrate, 100X | Life Technologies | P10020 | |
| Perfusion Fast-Step System | Warner Instruments | VC-77SP | |
| Amphotericin B solubilized | Sigma-Aldrich | A9528 | |
| Multiclamp 700B patch-clamp amplifier | Molecular Devices | ||
| Digidata 1440A | Molecular Devices | ||
| pClamp10.0 | Molecular Devices | ||
| Digestion Device | CUSTOM | CUSTOM | The device is custome made in our laboratory using plastic tubes, cast Sylgard and a motor; it is described in detail in Fig 1 C-D and in Fig.7. We can provide further details if requested |
| Silicone elastomer for the digestion device's brushes | Dow Corning | SYLGARD® 184 | |
| Variable speed rotating motor for the digestion device | Crouzet | Crouzet 178-4765 | |
| Mold for brushes casting | N.A. | N.A. | The mold is custom made from standard PTFE 2.5 cm diameter rods |
Referências
- Dow, J. W., Harding, N. G., & Powell, T. Isolated cardiac myocytes. I. Preparation of adult myocytes and their homology with the intact tissue. Cardiovascular Research. 15, 483-514 (1981).
- Dow, J. W., Harding, N. G., & Powell, T. Isolated cardiac myocytes. II. Functional aspects of mature cells. Cardiovascular Research. 15, 549-579 (1981).
- Harding, S. E., et al. Species dependence of contraction velocity in single isolated cardiac myocytes. Cardioscience. 1, 49-53 (1990).
- Bustamante, J. O., Watanabe, T., Murphy, D. A., & McDonald, T. F. Isolation of single atrial and ventricular cells from the human heart. Canadian Medical Association Journal. 126, 791-793 (1982).
- Beuckelmann, D. J., Nabauer, M., & Erdmann, E. Characteristics of calcium-current in isolated human ventricular myocytes from patients with terminal heart failure. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 23, 929-937 (1991).
- Beuckelmann, D. J., Nabauer, M., & Erdmann, E. Intracellular calcium handling in isolated ventricular myocytes from patients with terminal heart failure. Circulation. 85, 1046-1055 (1992).
- Cohen, N. M., & Lederer, W. J. Calcium current in single human cardiac myocytes. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 4, 422-437 (1993).
- Beuckelmann, D. J., Nabauer, M., & Erdmann, E. Alterations of K+ currents in isolated human ventricular myocytes from patients with terminal heart failure. Circulation Research. 73, 379-385 (1993).
- Virag, L., et al. The slow component of the delayed rectifier potassium current in undiseased human ventricular myocytes. Cardiovascular Research. 49, 790-797 (2001).
- Nanasi, P. P., Varro, A., & Lathrop, D. A. Isolation of human ventricular and atrial cardiomyocytes: technical note. Cardioscience. 4, 111-116 (1993).
- Benitah, J. P., et al. Slow inward current in single cells isolated from adult human ventricles. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 421, 176-187 (1992).
- Verkerk, A. O., et al. Ionic mechanism of delayed afterdepolarizations in ventricular cells isolated from human end-stage failing hearts. Circulation. 104, 2728-2733 (2001).
- Cerbai, E., et al. Characterization of the hyperpolarization-activated current, I(f), in ventricular myocytes from human failing heart. Circulation. 95, 568-571 (1997).
- Kohncke, C., et al. Isolation and kv channel recordings in murine atrial and ventricular cardiomyocytes. Journal of Visualized Experiments: JoVE, doi:10.3791/50145 (2013).
- Tomaselli, G. F., & Marban, E. Electrophysiological remodeling in hypertrophy and heart failure. Cardiovascular Research. 42, 270-283 (1999).
- Maron, B. J. Hypertrophic cardiomyopathy: a systematic review. JAMA: The Journal of the American Medical Association. 287, 1308-1320 (2002).
- Olivotto, I., et al. The many faces of hypertrophic cardiomyopathy: from developmental biology to clinical practice. Journal of Cardiovascular Translational Research. 2, 349-367, doi:10.1007/s12265-009-9137-2 (2009).
- Maron, M. S., et al. Hypertrophic cardiomyopathy is predominantly a disease of left ventricular outflow tract obstruction. Circulation. 114, 2232-2239, doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.106.644682 (2006).
- Peeters, G. A., et al. Method for isolation of human ventricular myocytes from single endocardial and epicardial biopsies. The American Journal of Physiology. 268, H1757-1764 (1995).
- Lippiat, J. D. Whole-cell recording using the perforated patch clamp technique. Methods Mol Biol. 491, 141-149, doi:10.1007/978-1-59745-526-8_11 (2008).
- Coppini, R., et al. Late sodium current inhibition reverses electromechanical dysfunction in human hypertrophic cardiomyopathy. Circulation. 127, 575-584, doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.112.134932 (2013).
- Kuusisto, J., et al. Low-grade inflammation and the phenotypic expression of myocardial fibrosis in hypertrophic cardiomyopathy. Heart. 98, 1007-1013, doi:10.1136/heartjnl-2011-300960 (2012).
- Yan, G. X., et al. Phase 2 early afterdepolarization as a trigger of polymorphic ventricular tachycardia in acquired long-QT syndrome : direct evidence from intracellular recordings in the intact left ventricular wall. Circulation. 103, 2851-2856 (2001).
- Yue, L., Feng, J., Li, G. R., & Nattel, S. Transient outward and delayed rectifier currents in canine atrium: properties and role of isolation methods. The American Journal of Physiology. 270, H2157-2168 (1996).
- Li, G. R., Feng, J., Yue, L., Carrier, M., & Nattel, S. Evidence for two components of delayed rectifier K+ current in human ventricular myocytes. Circulation research. 78, 689-696 (1996).
- Viswanathan, P. C., Shaw, R. M., & Rudy, Y. Effects of IKr and IKs heterogeneity on action potential duration and its rate dependence: a simulation study. Circulation. 99, 2466-2474 (1999).
- Volders, P. G., et al. Probing the contribution of IKs to canine ventricular repolarization: key role for beta-adrenergic receptor stimulation. Circulation. 107, 2753-2760, doi:10.1161/01.CIR.0000068344.54010.B3 (2003).
- Sanguinetti, M. C., Jurkiewicz, N. K., Scott, A., & Siegl, P. K. Isoproterenol antagonizes prolongation of refractory period by the class III antiarrhythmic agent E-4031 in guinea pig myocytes. Mechanism of action. Circulation Research. 68, 77-84 (1991).
- Coppini, R., et al. A translational approach to treatment of hypertrophic cardiomyopathy: pre-clinical rationale and design of a prospective randomized pilot trial with ranolazine. Circulation. 125, 1, doi:10.1161/CIR.0b013e31824fcd6b (2012).
