באופן ספונטני קבלנות syncytia של cardiomyocytes נגזר pluripotent אנושית-induced בתאי גזע הם שימושיים דגמי פיזיולוגיה של הלב האנושי ו פרמקולוגיה. כאן אנו מציגים מערכת הקרנה תפוקה גבוהה כדי לכמת את ההשפעות של תרכובות אקסוגני על להכות תדר, באמצעות הפלורסנט רגיש Ca וצלחת רב טוב קורא הדמיה טמפרטורה מבוקרת.
באופן ספונטני קבלנות syncytia של cardiomyocytes נגזר pluripotent אנושית-induced תאי גזע (hiPSC-ס מ) הם מודל שימושי של פיזיולוגיה של הלב האנושי ו פרמקולוגיה. שיטות שונות הוצעו כדי להקליט את פעילות ספונטנית זו וכן להעריך השפעות סמים, אבל מרבית השיטות האלה סובלים תפוקה מוגבלת ו/או פיזיולוגית הרלוונטיות. פיתחנו מערכת הקרנה תפוקה גבוהה כדי לכמת את ההשפעות של תרכובות אקסוגני בתדר הפועם של hiPSC-ס”מ, באמצעות הפלורסנט רגיש Ca וצלחת רב טוב קורא הדמיה טמפרטורה מבוקרת. אנו מתארים כיצד להכין את הצלחות תא והלוחיות מתחם וכיצד להפעיל את הבדיקה האוטומטי כדי להשיג רגישות גבוהה הפארמצבטית. אנחנו גם מתארים כיצד להפוך ולנתח את הנתונים פלורסצנטיות לספק אמין למדידת השפעות סמים על קצב ספונטנית. Assay הזה יכול לשמש בתוכניות גילוי סמים כדי להנחות אופטימיזציה כימי, או אליו, תרכובות המשפיעים על תפקוד הלב האנושי.
בפרוטוקול הנוכחי מתאר שיטה למדידת השפעות סמים בתדר מכות ספונטנית של syncytia של hiPSC-ס מ במקצבים רלוונטי מבחינה פיזיולוגית. תאי גזע pluripotent אנושית-induced יכולים להתמיין cardiomyocytes פונקציונלי הקובעים באופן ספונטני המכות syncytia במבחנה1,2,3,4. אלה hiPSC-ס מ ניתן להשיג במספרים גדולים דרך ספקי מסחרי או ייצור במעבדה, והם מקור שימושי של תאים כדי ליצור מודלים של פיזיולוגיה של הלב האנושי ו פרמקולוגיה. בפרט, הם יכולים לשמש כדי לחזות או כדי לאפיין את ההשפעות לב שעלולות להתרחש כאשר התרופה ניתנת בני5.
ניתן למדוד תדירות הפועם של syncytia hiPSC-ס מ בתנאים פיזיולוגיים באמצעות microelectrode מערכים או עכבה חישה1: טכניקות אלה לא פולשנית לספק מידע מפורט מאוד על השפעות סמים, אבל הם מעדיפים תפוקה נמוכה והם לא מאפשרים בדיקות ספריות מתחם גדול בתוך אילוצי תקציב וזמן מציאותי. מערכת יעילה יותר יכול להיות פירט באמצעות פלורסצנטיות 384-ובכן הדמיה צלחת הקורא, Ca-רגיש לצבוע6, אך הקוראים צלחת קלאסית אתה מוגבל בשל בקרת טמפרטורה שיוצרת ותדירות רכישה. מגבלות אלה הן מאויר על ידי מכות unphysiological המחירים (bpm ~ 15, לעומת 35-55 bpm בסביבות מבוקרות1) ו- Ca אות רזולוציה נמוכה (תדירות רכישה 8 הרץ היא על הגבול התחתון תעריפי שיא שיכול להגיע 120 bpm בתנאים מגורה, זה לא יכול לחלץ מידע כגון מדרון או משך). השיטה המתוארת כאן משלב את ההקלטה בנצחונך דפוסי מקצבים פיזיולוגיים, ברזולוציה מספיק כדי למנוע חששות אלה.
בצד החיובי, שיטה זו היא תפוקת פשוטה, אמינה וגבוה, המאפשר בדיקה מהירה של מספר רב של תרכובות בעלויות סבירות. בצד השלילי, שיטה זו מחייבת קורא מהר צלחת עם בקרת טמפרטורה אפקטיבית, המהווה השקעה יקרה, והוא מספק מידע מכניסטית קצת על תופעות שנצפו סמים, אשר עשויים להצריך בדיקה נוספת עם יותר מפורט שיטות.
6 hiPSC שנהנתם 6 x 10 ס מ יש צורך מדידה אחת בצלחת תא אחד של 384-. טוב. hiPSC-ס מ בדרך כלל מסופקים מסחרית כמו aliquots הקפוא של ~ 4 x 10 תאים6 ב 1 מ”ל. לכן, זה נוח להכין שתי צלחות תא עם שלושה aliquots קפוא. ברוב המקרים, לאור ההשתנות הנמוך של assay הזה, זה מספיק כדי לבצע מדידות כפולות של תרכובות המבחן ולאחר בצלחת לכל תא, quadruplicate המידות של הפקדים חיובי (forskolin, N6-cyclopentyl-אדנוזין, E-4031), ו מידות 20-plicate של הפקד שלילי (לבד דימתיל סולפוקסיד). לכן, ניתן להעריך מקסימום של 352 תרכובת/ריכוז זוגות עם שתי צלחות תא 384-. טוב. להלן כללי התנהגות מחשיב ניסוי כזה עם תרכובות מבחן 352, שתי צלחות תא ותאים 12 מיליון שסופק כמו שלושה aliquots קפוא; זה יכול להיות בקלות קנה המידה-up אם נקודות נתונים נוספים נדרשים.
שני ההיבטים הם הקריטיים ביותר עבור ההקלטה מוצלחת בנצחונך תדרים. הראשון הוא לנהוג בזהירות עם ציפוי תא והתרבות. בפרט, חשוב ולנסות להימנע מגרד את שכבת תאים בתחתית הבארות כאשר להחלפת המדיום. זה מקובל לגעת בקרקעית הבארות עם מדי סוכר, אבל באותה הזווית אמור לשמש בכל פעם, ובכך לייצר רק שריטה קטנה בשכבה תא, לא להשפיע על ביצועי וזמינותו. הפן הקריטי השני להשגת מקצבים הומוגנית לשחזור נועד לספק בקרת טמפרטורה טוב ב 37 מעלות צלזיוס על פני הלוח התא משך זמן המדידה. אנחנו לא היתה אפשרות לקבל הומוגניות זו באמצעות להתקנים אחרים לקורא לצלחת משמש כאן, אבל זה יכול להיות ריאלי עם שינויים מיוחדים הסדרת טמפרטורה: זה יעשה את פרוטוקול המובאת כאן להפכה שמיש מעבר מותג יחיד של צלחת הקורא. כדי להשיג יציבות טמפרטורה משך זמן הניסוי עם ההתקן המשמש כאן, היה צורך לעצור את כל הקלטת לפני שזה נגמר; אחרת, הרובוט תוציא את הצלחת תא נמדד. בעיה טכנית זו עשויה להיעלם עם המהדורה הבאה של תוכנת קורא צלחת, אבל זה נשאר קריטי כרגע. צלחת תא בטעות הועבר מחוץ לקורא צלחת, לטעון אותו פנימה מהר ככל האפשר. למרות זאת, האיכות של הניסוי יחריף, בגלל שינויי טמפרטורה משפיעה על קצב פעימות במהירות רבה מאוד.
כמה היבטים נוספים, שלא נבדקו ביסודיות, אשר עשוי להיות פחות חשובה. לדוגמה, hiPSC-ס”מ יצרנים ממליצים ציפוי תרבית תאים צלחות לפני זריעה התאים, אך assay הספציפי הזה, ציפוי לא שימשה, כי התאים לדבוק די בקלות על משטחים שונים, וזה קשה מאוד כראוי את המעיל 384-ובכן צלחות. ובכל זאת, ציפוי תא צלחת עדיין ייתכן המותר, או זה אפילו עשוי לשפר את איכות וזמינותו. גם לא בדקנו אם ממיסים חוץ דימתיל סולפוקסיד יהיה מקובל, אך הוא צפוי מתוך ניסיון עם טכנולוגיות אחרות של הקלטה כי ריכוזי דומה EtOH או MeOH גם יהיה נסבל. אנחנו בדרך כלל משתמשים hiPSC-CMs מאותו יצרן, נבדקו תאים מן הספק נוסף אחד בלבד, אשר הופיע לעבודה באופן דומה. כמו כן, השתמשנו רק מספר קטן של קבוצות שונות של hiPSC-CMs אשר נבחרו על ידי prechecking אותם כדי לוודא התנהגו באופן דומה על החבילה ההתחלתית. אחד או שניים אצוות נחשבו בלתי הולם כי syncytia שלהם היו יציבות או הפארמצבטית בתנאים תרבות המשמש כאן. אחרת, פרמקולוגיה הופיע דומה מאוד על פני אצוות בעת בדיקת פאנל מוגבלת של תרכובות “טיפוסי” (forskolin, N6-cyclopentyl-אדנוזין, ו E-4031, כמו גם endothelin, isoproterenol, amlodipine ו ponesimod). השתמשנו רק hiPSC-ס”מ נגזר מתורמים מאוד בריאים. זה יכול להיות כדאי להעריך אם hiPSC-ס”מ נגזר בחולים עם מחלת לב יספק תוצאות שונות, אם כי אין הבדל בין התורמים בריאים וחולים נצפתה בעת הערכת את cardiotoxicity של מעכבי טירוזין קינאז 12. לבסוף, אנחנו בדרך כלל לחכות 22-28 ימים בתרבות לפני מדידתה סמים: מניסיוננו עם עכבה הקלטות של התאים אותו, מצב יציב בשביל להאט עכבה (מדד היציבות שכבת תאים) מהיר עכבה (מצביע על להכות תדר) ניתן להגיע לאחר 12–15 ימים בתרבות. עם זאת, החלטנו לחכות 22–28 ימים, כי זו הפעם כאשר הפרופיל ביטוי של ערוצי לב וסמנים ההבשלה התייצב13. זה לא נבדק אם ניתן להשיג תוצאות דומות אם התאים שימשו מוקדם או מאוחר יותר.
הפרוטוקול המתואר כאן משתמשת יחידת מידה מאוד פשוט הקצב הפועם ספונטנית של hiPSC-ס”מ כדי להעריך את פוטנציאל השפעות סמים על אלקטרופיזיולוגיה הלב האנושי. יתרונות עיקריים על פני שיטות אחרות הן כי i). זה נוטה סביבת ההקרנה תפוקה גבוהה, ii) היא מתעדת את הפעילות של cardiomyocytes, את השפעות הסמים על טמפרטורות פיזיולוגית ו iii) הוא אינו דורש ההתמחות אלקטרופיזיולוגיות להוצאה להורג או הערכה של תוצאות.
במחקר אימות שנערך עם הרבה תרופות המאושרות לשימוש בבני אדם, הראינו כי וזמינותו מגיב תרופות המשמשות ברפואה האנושית כפי שחזיתי מאת נתונים קליניים קיימים5. כי שיטה זו מייחסת כל תופעות אפשריות על קצב הלב, זה משלים את מקיף במבחנה Proarrhythmic assay (CiPA) היזמה14 הבודק באופן ספציפי פוטנציאל pro-הפרעות לב.
בעתיד, שיטה זו יכול לספק הבנה נוספת של מצב-של-הפעולה של תרופות הראו משפיעה על קצב המכות ספונטנית. סביר כי פרטים נוספים מכניסטית הוא נוכח ההקלטות זריחה של Ca שנחשולי (למשל, משרעת או צורה). אם ההקלטות פלורסצנטיות מבוצעות במחירים רכישה גבוה יותר (למשל, 30 הרץ), פרמטרים אלה מופקים בקלות בנוסף פועם בקצב, זה יכול להיות מעניין לתאם שינויים בפרמטרים האלה עם השפעות ידועות תרופות בשימוש קליני.
The authors have nothing to disclose.
המחברים יש אין התודות.
FDSS7000 fluorescent plate reader | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
not a catalog item | |
FDSS7000 Fluo-3/Fluo-4/Fluo-8 fluorescence filter kit | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
installed initially in the device |
|
FDSS7000 temperature control | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
A10118-09 | |
FDSS7000 150-W Excitation Light Source Unit | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
C11653-11 | |
FDSS7000 pipet tips for 384-well plates | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
A8687-62 | |
Waveform Analysis Software for Cardiomyocytes | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
U8524-12 | optional alternative to the Igor Pro software |
Igor Pro data analysis software | Wavemetrics (Portland, Oregon, USA) |
Latest version | |
iCell-Cardiomyocytes Kit | Cellular Dynamics International (Madison, WI) | R1106 | includes cells, plating and maintenance media |
Cor.4U Cardiomyocyte Kit | Ncardia Germany (Cologne, Germany) |
Ax-B-HC02-4M | includes cells, plating and maintenance media alternative to the iCell-Cardiomyocytes |
384-well cell culture plates | Greiner-Bio-One (Frickenhausen, Germany) | 781091 | |
384-well compound plates | Greiner-Bio-One (Frickenhausen, Germany) | 781280 | |
FLIPR Calcium 4 Assay Kit | Molecular Devices (Sunnyvale, California) |
R8142 | |
Forskolin | Sigma-Aldrich (Buchs, Switzerland) |
F6886 | |
N6-cyclopentyl-adenosine | Sigma-Aldrich (Buchs, Switzerland) |
C8031 | |
E-4031 | Enzo Life Sciences (Lausen, Switzerland) |
BML-KC158 | |
Penicillin-Streptomycin solution | Gibco/ThermoFisher (Reinach, Switzerland) |
15140-122 | |
Trypan Blue Solution, 0.4% | Gibco/ThermoFisher (Reinach, Switzerland) |
15250061 |