Summary

Mätning av antikropp Effekter på cellulär funktion av isolerade hjärtmuskelceller

Published: March 08, 2013
doi:

Summary

Denna metod ger ett sätt att upptäcka funktionella effektiva cardiotropic autoantikroppar i plasma hos patienter med dilaterad kardiomyopati, oavsett specifikt antigen, genom att analysera effekterna av isolerade patienter immunglobulin på cellulär förkortning och intracellulära transienter kalcium i isolerade råttkardiomyocyter.

Abstract

Dilaterad kardiomyopati (DCM) är en av de främsta orsakerna till hjärtsvikt hos yngre vuxna 1. Även genetisk disposition och exponering för giftiga ämnen är kända orsaker till denna sjukdom i ungefär en tredjedel av patienterna förblir ursprunget DCM stort oklart. I ett stort antal av dessa patienter har autoantikroppar mot hjärt epitoper upptäckts och misstänks spela en central roll i uppkomsten och utvecklingen av sjukdomen 2,3. Vikten av hjärt autoantikroppar understryks av en hemodynamisk förbättring i DCM patienter efter eliminering av autoantikroppar från immunoadsorption 3-5. En mängd av specifika antigener har redan identifierats 2,3 och antikroppar mot dessa mål kan detekteras genom immunanalyser. Dock kan dessa analyser inte diskriminera mellan att stimulera (och därför funktionellt effektiv) och blockera autoantikroppar. Det ökar evidence att denna skillnad är avgörande 6,7. Det kan också antas att målen för ett antal cardiotropic antikroppar är fortfarande oidentifierade och därför inte kan upptäckas av immunanalyser. Därför har vi etablerat en metod för detektion av funktionellt aktiva cardiotropic antikroppar, oberoende av deras respektive antigen. Bakgrunden för metoden är den höga homologi vanligen observeras för funktionella regioner av hjärt proteiner i däggdjur mellan 8,9. Detta tyder på att hjärt antikroppar riktade mot humana antigener kommer korsreagera med icke-humana målceller, vilket möjliggör testning av IgG från DCM patienter på vuxna råttkardiomyocyter. Vår metod består av 3 steg: först, IgG isolerad från patientplasma med Sepharose kopplade anti-IgG-antikroppar som erhållits från immunoadsorption kolonner (PlasmaSelect, Teterow, Tyskland). Det andra vuxna hjärtmuskelceller isoleras genom kollagenas perfusion i en Langendorff perfusionsapparat med AProtocol modifieras från tidigare verk 10,11. De erhållna kardiomyocyter är fästa till laminin-belagda kammare täckglas och färgades med Fura-2, en kalcium-selektiv fluorescerande färgämne som lätt kan föras in i cellen för att observera intracellulärt kalcium (Ca 2 +) innehåll 12. I det sista steget, effekten av patientens IgG på cellens förkortning och Ca 2 + transienter i fält stimulerade kardiomyocyter övervakas online med en kommersiell myocyt kalcium och kontraktilitet övervakningssystem (IonOptix, Milton, MA, USA) är ansluten till en vanlig invers fluorescerande mikroskop.

Protocol

1. IgG-Isolering från patientprover Förbered mini-immunoadsorption kolonner genom att fylla 3 ml anti-IgG sefaros per 2 ml patienten EDTA-plasma i en tom Econo Pac kolumn. IgG isolering kräver minst 2 ml av patientens plasma. Placera ett filter ovanpå anti-IgG-sefaros, skära upp den nedre spetsen av kolonnen och tryck filtret att nå en flödeshastighet av ungefär 1 droppe / sekund. Låt preservationslösningen rinna ut ur kolonnen. Tvätta kolonnen med 3 volymer 0,9% NaCl per volym …

Representative Results

Två exempel för mätning av cellulära inotropi i fält stimulerade vuxna hjärtmuskelceller (figur 2) med en myocyt Ca 2 + och system kontraktilitet registrering anges nedan. Figur 3 ger ett intryck av en kontrollmätning, medan i figur 4 effekten av cardiodepressive antikroppar av en patient med DCM visas. I båda exemplen, initial cell matfett och Ca 2 + övergående under superfusion med EB uppvisar tydliga och st…

Discussion

Denna metod ger ett lämpligt sätt att upptäcka funktionellt effektiva hjärt autoantikroppar hos patienter med DCM av oklart ursprung. I jämförelse med andra metoder, t.ex. detektion av funktionella aktiva antikroppar mot β1-adrenoceptor av deras inverkan på cAMP-nivåer 6, är vår metod oberoende av en specifik epitop. Naturligtvis finns det andra epitop oberoende analyser beskrivna i litteraturen, dvs räkna slå andelen neonatala hjärtmuskelceller 13, mätning kalcium …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Detta arbete stöddes av Sonderforschungsbereich Transregio 19 (SFB/TR19, C2) av Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), det federala ministeriet för ekonomi och teknik projekt ZIM-KF 2727801MD0 och Centrum för Innovation Kompetens – humorala immunsvar i kardiovaskulära sjukdomar ( ZIK-vandring, BMBF FKZ 03Z2CN12) av den federala ministeriet för utbildning och forskning, Tyskland. Bostäder och experiment med djur utfördes i enlighet med rekommendationerna från Society for Laboratory Animal Science (Gesellschaft für Versuchstierkunde, GV-SOLAS) och Federation of European Laboratory Animal Science Association (FELASA).

Materials

Name of the reagent/equipment Company Catalogue number Comments
Immunosorba preservation solution Fresenius Medical Care 903609211
Collagenase type 2 Cell System LS004176
BSA, fatty acid free Sigma-Aldrich A6003
Laminin Sigma-Aldrich L2020
Fura-2 AM Sigma-Aldrich F0888 1 mg/ml in DMSO
Econo Pac Chromatography Columns BioRad 732-1010
Spectra/Por Biotech Cellulose Ester Dialysis Membrane Spectrumlabs 131417
4 well Chambered Coverglass Nunc 155383
Myocyte Calcium and Contractility Recording System IonOptix
IonWizard 6.0 analysis software IonOptix

References

  1. Roger, V. L., et al. Heart disease and stroke statistics–2011 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 123 (4), e18 (2011).
  2. Caforio, A. L., Vinci, A., Iliceto, S. Anti-heart autoantibodies in familial dilated cardiomyopathy. Autoimmunity. 41 (6), 462 (2008).
  3. Yoshikawa, T., Baba, A., Nagatomo, Y. Autoimmune mechanisms underlying dilated cardiomyopathy. Circ. J. 73 (4), 602 (2009).
  4. Felix, S. B., et al. Hemodynamic effects of immunoadsorption and subsequent immunoglobulin substitution in dilated cardiomyopathy: Three-month results from a randomized study. Journal of the American College of Cardiology. 35 (6), 1590 (2000).
  5. Staudt, A., et al. Role of immunoglobulin G3 subclass in dilated cardiomyopathy: results from protein A immunoadsorption. Am. Heart J. 150 (4), 729 (2005).
  6. Nikolaev, V. O., et al. A novel fluorescence method for the rapid detection of functional beta1-adrenergic receptor autoantibodies in heart failure. J. Am. Coll. Cardiol. 50 (5), 423 (2007).
  7. Jahns, R., et al. Autoantibodies activating human beta1-adrenergic receptors are associated with reduced cardiac function in chronic heart failure. Circulation. 99 (5), 649 (1999).
  8. Gocayne, J., et al. Primary structure of rat cardiac beta-adrenergic and muscarinic cholinergic receptors obtained by automated DNA sequence analysis: further evidence for a multigene family. Proceedings of the National Academy of Sciences. 84 (23), 8296 (1987).
  9. Jaenicke, T., et al. The complete sequence of the human beta-myosin heavy chain gene and a comparative analysis of its product. Genomics. 8 (2), 194 (1990).
  10. Piper, H. M., Volz, A., Schwartz, P., Piper, H. M. . Cell Culture Techniques in Heart and Vessel Research. , (1990).
  11. Kubin, T., et al. Microvascular endothelial cells remodel cultured adult cardiomyocytes and increase their survival. Am. J. Physiol. 276 (6 Pt. 2), H2179 (1999).
  12. Grynkiewicz, G., Poenie, M., Tsien, R. Y. A new generation of Ca2+ indicators with greatly improved fluorescence properties. J. Biol. Chem. 260 (6), 3440 (1985).
  13. Magnusson, Y., et al. Autoimmunity in idiopathic dilated cardiomyopathy. Characterization of antibodies against the beta 1-adrenoceptor with positive chronotropic effect. Circulation. 89 (6), 2760 (1994).
  14. Wakefield, I. D., et al. The application of in vitro methods to safety pharmacology. Fundam. Clin. Pharmacol. 16 (3), 209 (2002).
  15. Kajzar, A., et al. Toward physiological conditions for cell analyses: forces of heart muscle cells suspended between elastic micropillars. Biophys. J. 94 (5), 1854 (2008).

Play Video

Cite This Article
Eckerle, L. G., Felix, S. B., Herda, L. R. Measurement of Antibody Effects on Cellular Function of Isolated Cardiomyocytes. J. Vis. Exp. (73), e4237, doi:10.3791/4237 (2013).

View Video