Der Goldstandard in der Kardiologie für zelluläre und molekulare Funktionsexperimente sind Kardiomyozyten. Dieser Artikel beschreibt Anpassungen an die Nicht-Langendorff-Technik zur Isolierung von Maus-Kardiomyozyten.
Der Bedarf an reproduzierbaren und technisch einfachen Methoden, die qualitativ hochwertige Kardiomyozyten liefern, ist für die Forschung in der Herzbiologie von entscheidender Bedeutung. Zelluläre und molekulare funktionelle Experimente (z. B. Kontraktion, Elektrophysiologie, Kalziumzyklus usw.) an Kardiomyozyten sind der Goldstandard für die Etablierung von Krankheitsmechanismen. Die Maus ist die Spezies der Wahl für funktionelle Experimente und die beschriebene Technik ist speziell für die Isolierung von Maus-Kardiomyozyten. Bisherige Methoden, die einen Langendorff-Apparat erfordern, erfordern ein hohes Maß an Training und Präzision für die Aortenkanülierung, was häufig zu einer Ischämie führt. Das Feld verlagert sich hin zu Langendorff-freien Isolationsmethoden, die einfach und reproduzierbar sind und lebensfähige Myozyten für die physiologische Datenerfassung und Kultur liefern. Diese Methoden verkürzen die Ischämiezeit im Vergleich zur Aortenkanülierung erheblich und führen zu zuverlässig erhaltenen Kardiomyozyten. Unsere Anpassung an die Langendorff-freie Methode umfasst eine initiale Perfusion mit eiskalter Clearing-Lösung, die Verwendung einer stabilisierenden Plattform, die eine stabile Nadel während der Perfusion gewährleistet, und zusätzliche Verdauungsschritte, um zuverlässig gewonnene Kardiomyozyten für den Einsatz in funktionellen Messungen und Kulturen zu gewährleisten. Diese Methode ist einfach und schnell durchzuführen und erfordert wenig technisches Geschick.
Eine wesentliche Idee in der herzbiologischen Literatur ist seit Jahrzehnten der molekulare Wirkmechanismus. Der Wirkmechanismus muss etabliert sein, um verlässliche Studien zu veröffentlichen. Eine gut etablierte Strategie zur Bestimmung molekularer Mechanismen sind isolierte Kardiomyozytenstudien, die qualitativ hochwertige Kardiomyozyten benötigen, um vertrauenswürdige Daten zu erhalten. Zelluläre und molekulare Experimente, die an Kardiomyozyten durchgeführt werden, um den Wirkmechanismus zu bestimmen, sind der Goldstandard für die Untersuchung von Kontraktion1, Elektrophysiologie2, Calcium (Ca 2+) -Zyklus3, Myofilament Ca2+ Sensitivität4, Zytoskelett5, Metabolismus6, Wirkungen von Hormonen7, Signalmoleküle8, Arzneimittelstudien9 etc. Die Maus ist aufgrund der Leichtigkeit der genetischen Manipulation, ihrer geringen Größe, ihrer relativ kurzen Lebensdauer, ihrer geringen Kosten usw. zur Spezies der Wahl für die meisten herzbiologischen Experimente geworden10. Die zuverlässige Isolierung hochwertiger Maus-Kardiomyozyten ist jedoch mit den derzeitigen Techniken nicht trivial.
Labore isolieren Kardiomyozyten seit fast 70 Jahren11. Praktisch alle Techniken zur Isolierung von Kardiomyozyten beruhen auf der Verdauung des Herzens über verschiedene Enzyme (Kollagenase, Protease, Trypsin usw.). In den frühen Perioden (1950er bis 1960er Jahre) wurde die Chunk-Methode angewendet, bei der das Herz entfernt, in viel kleinere Stücke geschnitten und in Lösung mit Kollagenase / Protease / Trypsin12 inkubiert wurde. In den 1970er Jahren implementierten Labore die verbesserte “Langendorff”-Methode13, bei der Kardiomyozyten mit einer auf Koronararterienperfusion basierenden Isolationstechnik isoliert wurden (retrograde Perfusion mit Enzym über den Langendorff-Apparat); Diese Technik ist auch heute noch die dominierende Methode der Myozytenisolierung auf diesem Gebiet, ~50 Jahre später14,15,16. Neuere Arbeiten haben sich auf die Kanülierung des Herzens in vivo verlagert, um die Hypoxiezeit und ischämische Schäden zu begrenzen, was zu überlegenen Kardiomyozytenisolierungen (bessere Ausbeute und höhere Qualität) führt17. In jüngster Zeit hat sich dies zu einer in vivo durchgeführten Langendorff-freien Herzperfusion entwickelt 18,19,20,21,22. Wir haben die Langendorff-freie Kardiomyozyten-Isolationstechnik auf Basis der Technik von Ackers-Johnson et al.18 weiterentwickelt und verschiedene Komponenten aus den vielen bisherigen Isolationstechniken adaptiert. Zu diesen wichtigen Anpassungen gehören die Injektion eines eiskalten Clearing-Puffers und der Einbau einer Stützplattform zur Stabilisierung der Nadel, die eine verringerte Manipulation des Herzens ermöglicht. Ebenfalls detailliert in dieser Technik ist die Temperaturkontrolle der injizierten Puffer (37 °C), die die Zeit zwischen In-vivo-Injektion und Aufschluss aufgrund einer geringeren EDTA-Perfusion verkürzte, wie zuvor veröffentlicht18. Durch die Verringerung der Manipulation des Herzens und damit die Minimierung der Größe der Einstichstelle wird eine gründliche und konstante Durchblutung der Koronararterien erreicht. Wir verfeinerten die Technik auch mit einem sekundären Chunk-Aufschluss, der Menge an EDTA im injizierten Clearing-Puffer und änderten den pH-Wert. Unsere beschriebene Technik ist zuverlässiger, effizienter und erfordert im Vergleich zur Verwendung des Langendorff-Geräts keine umfangreiche Ausbildung/Übung (Tabelle 1).
Der Hauptvorteil unserer Langendorff-freien Kardiomyozyten-Isolationstechnik besteht darin, dass sie Hypoxie und ischämische Zeit begrenzt, da keine Kanülierung an einem Langendorff-Gerät erforderlich ist. Alternativ zu den klassischen Langendorff-Techniken, die mehrere Minuten benötigen, um das Herz zu entfernen, zu reinigen und aufzuhängen, was oft zu einer ischämischen Schädigung der Myozyten führt, beinhaltet unsere Methode eine In-vivo-Reinigung des Blutes über eine eiskalte Reinigungslös…
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health Grants R01 HL114940 (Biesiadecki), R01 AG060542 (Ziolo) und T32 HL134616 (Sturgill und Salyer) unterstützt.
10 cc Bd Luer-Lok Syringe | Fisher Sci | 14-827-52 | |
10 mL Pyrex Low-Form Beaker | Cole-Palmer | UX-34502-01 | |
100 mL polypropylene cap glass media storage bottle | DWK Life Sciences | UX-34523-00 | |
14 mL Round-Bottom Polypropylene Test Tubes With Cap | Fisher Sci | 14-959-11B | |
2,3-Butanedione Monoxime | Sigma | B0753 | >98% |
3 cc BD Luer-Lok Syringe | Fisher Sci | 14-823-435 | |
35 mm glass bottom dishes | MatTek Corporation | P35G-1.0-20-C | |
50 mL BD Syringe without Needle | Fisher Sci | 13-689-8 | |
50 mL Conical Centrifuge Tubes | Cole-Palmer | EW-22999-84 | |
95% O2 5% CO2 | |||
AIMS Space Gel Heating Pad | Fisher Sci | 14-370-223 | |
BD PrecisionGlide 27 G X 1/2" Hypodermic Needles | Becton Dickinson | 305109 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma | A3803 | Heat shock fraction, lyophilized powder, essentially fatty acid free, >98% |
Calcium Chloride dihydrate | Sigma | C7902 | >99% |
D-(+)-Glucose | Sigma | G7021 | Suitable for cell culture, >99.5% |
DMEM | Fisher Sci | 11965092 | |
EDTA | Fisher Sci | AAA1071336 | |
Falcon 100 mm TC-treated Cell Culture Dish | Corning | 353003 | |
FBS | R&D Systems (Bio-techne) | S11195 | |
Fisherbrand Isotemp Heated Immersion Circulators | Fisher Sci | 13-874-432 | |
Hartman Mosquito Hemostatic Forceps | World Precision Instruments | 15921 | |
Hausser Scientific Hy-Lite Counting Chamber Set | Fisher Sci | 02-671-11 | |
HEPES | Sigma | H4034 | >99.5% |
Labeling Tape | Fisher Sci | 15-901-10R | |
Legato 100 Syringe Pump | kdScientific | 788100 | |
L-glutathione | Fisher Sci | ICN19467980 | |
Liberase TH Research Grade | Sigma | 5401135001 | High thermolysin concentration |
M199 | Fisher Sci | MT10060CV | |
Magnesium Chloride | Invitrogen | AM9530G | |
Mouse Laminin | Corning | 354232 | |
Pen/Strep | Fisher Sci | ||
Potassium Chloride | Sigma | P5405 | >99% |
Precision Digital Reciprocating Water Bath | ThermoFisher Scientific | TSCIR19 | |
Sodium Bicarbonate | Sigma | S5761 | Suitable for cell culture |
Sodium Chloride | Sigma | S5886 | >99% |
Sodium phosphate monobasic | Sigma | S5011 | >99% |
Sterile Cell Strainer 70 µm | Fisher Sci | 22-363-548 | |
Student Fine Scissors | Fine Science Tools | 91460-11 | |
VWR Absorbent Underpads | Fisher Sci | NC9481815 |