ヒト心臓筋細胞モデルにおける低体温症前処理に対する心筋保護のインビトロ評価

Summary

心筋保護に対する低体温の異なる程度の明確な影響は十分に評価されていない。本研究の目的は、ヒト心筋細胞系モデルにおける異なる低体温症治療に続く細胞死のレベルを定量化し、将来の詳細な分子研究の基礎を築くことであった。

Abstract

虚血/再灌流由来心筋機能障害は、心臓手術後の患者における一般的な臨床シナリオである。特に、虚血性損傷に対する心筋細胞の感受性は、他の細胞集団のそれよりも高い。現在、低体温症は、予想される虚血性侮辱に対してかなりの保護を与える。しかし、複雑な低体温症による分子変化の調査は依然として限定的である。そのため、臨床状態で観察されたような損傷を再現可能な方法で誘導できるin vivo状態と同様の培養条件を特定することが不可欠である。インビトロで虚血様の状態を模倣するために、これらのモデルの細胞は酸素/グルコース欠乏(OGD)によって処理された。また、心臓手術時に使用される標準時間温度プロトコルを適用しました。さらに、心筋損傷の定量的分析に、シンプルかつ包括的な手法を用いたアプローチを提案する。アポトーシス関連タンパク質のアポトーシスおよび発現レベルを、フローサイトメトリーおよびELISAキットを用いて評価した。本モデルでは、異なる温度条件が体外での心筋細胞アポトーシスに及ぼす影響に関する仮説を検証した。このモデルの信頼性は、厳密な温度制御、制御可能な実験手順、および安定した実験結果に依存します。さらに、このモデルは、低体温療法の開発に重要な意味を持つ低体温心保護の分子機構を研究するために使用することができます。

Introduction

虚血/再灌流由来心筋機能障害は、心臓手術^1、2後の患者における一般的な臨床シナリオである。非パルスタイル低流動灌流および総循環停止期間中に、すべてのタイプの心臓細胞を含む損傷がまだ起こる。特に、虚血性損傷に対する心筋細胞の感受性は、他の細胞集団のそれよりも高い。現在、治療低体温症(TH)は、心臓手術^3、4を受けている患者において予想される虚血性侮辱に対して実質的な保護を与える。THは、心臓手術中の冷却の定義に関するコンセンサスは存在しないが、14-34 °Cのコア体温として定義^{される5、6、7。}2013年、国際的な専門家パネルは、全身低体温循環停止8の様々な温度範囲を分類するための標準化された報告システムを提案^した。脳の脳波と代謝の研究に基づいて、彼らは低体温症を4つのレベルに分けた:深度低体温症(≤14°C)、深い低体温症(14.1-20°C)、中等度の低体温(20.1-28°C)、および軽度の低体温症(28.1-34°C)。専門家のコンセンサスは明確で均一な分類を提供し、研究がより比較可能になり、より臨床的に関連する結果を提供することを可能にした。THによって与えられるこの保護は、細胞の代謝活性を低下させる能力に基づいており、高エネルギーリン酸塩消費の速度をさらに制限する^9,10。しかし、心筋保護におけるTHの役割は議論の余地があり、低体温症の程度に応じて複数の効果を有する可能性がある。

心筋I/Rは、細胞アポプシス¹¹の増加を伴うことはよく知られている。最近の報告では、プログラムされた心筋細胞死が開胸手術中に増加し、壊死と一致し、それによって死んだ心筋細胞の数^が12に増加することが観察されている。従って、心筋細胞アポトーシスの低減は、臨床現場で有用な治療アプローチである。マウス心房HL-1心筋細胞モデルにおいて、治療下垂体は、再灌流中のチトクロムcおよびアポトーシス誘導因子(AIF)のミトコンドリア放出を減少させることが示^{された13。}しかし、アポトーシスの調節における温度の影響は議論の余地があり、低体温症の程度に依存しているように見える。Cooperたちの研究グループは、ノルマンサーミック心肺バイパスコントロール群と比較して、深低体温循環停止を有する豚由来の心筋組織のアポトーシス率が¹⁴増加したことを観察した。さらに、いくつかの研究の結果は、深い低体温がアポトーシス経路を活性化する可能性があることを示唆しているが、あまり積極的な低体温は経路^12、15、16を阻害するように見える。この結果の理由は、虚血性損傷に関連する交核化効果と、温度が心筋組織に影響を与えるメカニズムの理解の欠如に起因する可能性があります。したがって、アポトーシスが増強または減衰する温度制限は正確に定義されるべきである。

低体温症の効力に関連するメカニズムをよりよく理解し、ヒトにおけるその実施の合理的な基礎を提供するためには、臨床状態に対して観察されたような損傷を再現可能なin vivo状態と同様の培養条件を同定することが不可欠である。この目標を達成するための重要なステップは、心筋細胞アポトーシスを誘導するための最適な条件を確立することです。そこで、本研究では、虚血再灌流の容易なインビトロモデルである培養細胞による酸素グルコース欠乏実験に関する方法論的詳細を検討した。さらに、心筋細胞アポトーシスに対する異なる低酸素虚血時間の影響を評価し、インビトロにおける細胞アポトーシスに対する異なる温度条件の影響に関する仮説を検証した。

Protocol

市販の試薬や器具に関する情報は、 資料表に記載されています。 AC16ヒト心筋細胞株は、BLUEFBIO(上海、中国)から購入したSV40形質転換ヒト線維芽細胞17と成体心室心臓組織からの初代細胞の融合に由来した。細胞株は、心筋細胞の特徴を多くの生化学的および形態学的特徴を開発する。また、細胞株は、ビトロ18,19?…

Representative Results

HCMの生存率に対するOGD暴露の効果は、CCK-8アッセイによって決定された。対照群で観察されたものと比較して、細胞生存率は時間依存的に有意に低下した(図2A)。再灌流後の異なる時期におけるHCMのアポトーシス率は、0から16時間までの特定の傾向を示し、アポトーシス率は徐々に増加し、16時間時点で最大速度に達した(図2B)。OGDとして12hの細胞活?…

Discussion

異なるタイプの細胞間の相互作用を含む無傷の動物の複雑さは、しばしばI/R傷害の特定の構成要素の詳細な研究を妨げる。そのため、インビボでの虚血後の分子変化を正確に反映できるインビトロ細胞モデルを確立する必要がある。OGDモデルに関する研究は、以前に報告されています^13,22, そして多くの洗練された方法が確立されています<sup class="x…

Materials

Annexin V-FITC cell apoptosis detection kit	Bio-Technology,China	C1062M
Cardiac myocyte growth supplement	Sciencell,USA	6252
Caspase 3 activity assay kit	Bio-Technology,China	C1115
Caspase 8 activity assay kit	Bio-Technology,China	C1151
DMEM, no glucose	Gibco,USA	11966025
Dulbecco's modified eagle medium	Gibco,USA	11960044
Fetal bovine serum	Gibco,USA	16140071
Flow cytometry	CytoFLEX,USA	B49007AF
Human myocardial cells	BLUEFBIO,China	BFN60808678
Mitochondrial membrane potential assay kit with JC-1	Bio-Technology,China	C2006
Penicillin/Streptomycin solution	Gibco,USA	10378016
Reactive oxygen species assay kit	Bio-Technology,China	S0033S
Three-gas incubator	Memmert,Germany	ICO50
Trypsin-EDTA (0.25%)	Gibco,USA	25200056