שיטה מתוארת לבידוד בו זמנית של מיוציטים ולא מיוציטים הן מהאטיה והן מחדרי הלב של עכבר בוגר יחיד. פרוטוקול זה מביא לתשואות עקביות של מיוציטים לבביים ברי קיימא מאוד ולא מיוציטים ומפרט תנאי תרבות אופטימליים ספציפיים לתאים עבור פנוטיפים וניתוח במבחנה.
הבידוד והפולחן של מיוציטים לבביים מעכברים היו חיוניים לקידום ההבנה של פיזיולוגיה לבבית ופתופיזיולוגיה. בעוד בידוד מיוציטים מלבבות עכבר יילודים הוא פשוט יחסית, מיוציטים מהלב המורין הבוגר הם המועדפים. הסיבה לכך היא כי בהשוואה לתאי יילודים, מיוציטים בוגרים מדויק יותר recapitulate תפקוד התא כפי שהוא מתרחש בלב הבוגר vivo. עם זאת, מבחינה טכנית קשה לבודד מיוציטים לב עכבר בוגר בכמויות הדרושות ואת הכדאיות, אשר תורם למבוי סתום ניסיוני. יתר על כן, נהלים שפורסמו הם ספציפיים לבידוד של מיוציטים פרוזדוריים או חדריים על חשבון תאים פרוזדוריים חדריים שאינם מיוציטים. המתוארת כאן היא שיטה מפורטת לבידוד מיוציטים לבביים הן דרך האשורית והן החדרית, יחד עם מיוציטים לא-מיוציטים בין-מסלוליים חדריים, בו זמנית מלב עכבר יחיד. כמו כן מסופקים הפרטים עבור שיטות culturing תא ספציפי אופטימלי, אשר לשפר את הכדאיות של התא ותפקוד. פרוטוקול זה נועד לא רק לזרז את התהליך של בידוד תאי לב מורין למבוגרים, אלא גם כדי להגדיל את התשואה ואת הכדאיות של תאים לחקירות של תאי לב פרוזדוריים חדריים.
תרבות התאים העיקרית היא משאב אינטגרלי המציע סביבה מבוקרת למחקרים מכניסטיים מפורטים של תפקוד מיוציטים לבביים. בשל האופי העמיד יותר שלהם וקלות הבידוד, ארוסת עכברוש יילודים ומיוציטים חדריים היו המקור המשותף לתרביות תאים כאלה1. עם זאת, מיוציטים של עכברים בוגרים חדריים (AMAMs ו- AMVMs) רצויים מאוד למחקרים במבחנה, מכיוון שהמאפיינים המולקולריים והתפקודיים שלהם מחקים טוב יותר את אלה של תאי לב בוגרים. לכן, הם הפכו רלוונטיים למחקרים הקשורים פתולוגיות לב, שרובם מתפתחים אצל מבוגרים2.
יתר על כן, הזמינות והשימוש במודלים של עכברים מהונדסים ומחלות מרחיבים את התועלת של מיוציטים לבביים בוגרים מבודדים. פרוטוקולים לבידוד ותרבות העכבר AMVMs למחקרים קצרי טווח וארוכי טווח תוארו בפרסומים קודמים רבים2,3,4,5,6,7,8,9,10,11. לשם השוואה, פרוטוקולים מעטים תוארו לבידוד של AMAMs. יתר על כן, אלה המתוארים מותאמים בעיקר למחקרים חריפים של תאים מבודדים טריים, ללא פרוטוקול culturing לטווח ארוך המתואר עד כה11,12,13. ככזה, פרוטוקולי בידוד AMAM לא נועדו לספק את השירות ואת צדדיות של פרוטוקולים שפורסמו עבור הבידוד והתרבות של AMVMs. יתר על כן, בעוד המחקרים החלוציים לבידוד של AMAMs ו- AMVMs הוכיחו תושייה, אין פרוטוקולים לבידוד ותרבות אופטימליים בו זמנית של AMAMs ו- AMVMs, מה שמוביל לשימוש יעיל בלב כולו לכל הכנה.
עד כה, פרוטוקולי בידוד AMAM ו- AMVM שפורסמו לא תוכננו לבידוד בו זמנית של שני סוגי התאים, מכיוון שלרוב המחקרים על תפקוד פרוזדור וחדר יש מיקוד ספציפי לתא. לדוגמה, AMAMs משמשים בעיקר כדי ללמוד אלקטרופיזיולוגיה מיוציטים פרוזדורים, בין היתר בגלל העניין פרפור פרוזדורים (AF), הפרעות קצב הלב הנפוצות ביותר בארה”ב. עם זאת, AF אינה מחלה המשפיעה על atria בבידוד, וזה כבר מעורב כבעל תפקיד סיבתי קל עד חמור תפקוד לקוי של החדר השמאלי14. יתר על כן, אלקטרוקרדיוגרמות מחולים עם אי ספיקת לב עם שבר פליטה משומר (HFpEF) הוכיחו כי גודל האבסורד השמאלי הוא אחד המנבאים החזקים ביותר עבור רגישות לאי ספיקת לב15.
בנוסף לתפקידו באלקטרופיזיולוגיה והתכווצות, האטריום הוא גם איבר אנדוקריני, מפריש קרדיוקינים (כלומר, פפטיד נטריורי פרוזדורי [ANP]) המווסת באופן הומיאוסטטי את לחץ הדם ואת נפח16,17. יתר על כן, ANP (ככל הנראה מ myocytes אבריאלי) יש תפקיד מגן בולט אנטי היפרטרופי מיוציטים חדריים16,17. אמנם יש השלכה חזקה של תקשורת נוירוהורמונלית בין atria ו ventricles במצבי מחלה שונים, המנגנונים שבבסיס תקשורת זו לא נחקרו במלואם. נקודה זו באה לידי ביטוי עוד יותר על ידי גל המחקר המתמקד 1) התפקיד של שאינם מיוציטים (במיוחד fibroblasts לב ותאי החיסון) בלב החולה ו 2) איך שיפוץ לב כפונקציה של מחלה משפיע ישירות על הכדאיות מיוציטים לב ותפקוד לב גלובלי18,19,20,21,22. לכן, לימוד תאי לב הן atria והן חדרים היא גישה הכרחית כדי לקבל תמונה מלאה יותר של תפקידם פתופיזיולוגיה לב.
הפרוטוקול הבא מתאר את הבידוד הסימולטני של מיוציטים ובלתי מיוציטים בין-חדריים ולא מיוציטים מלב עכבר יחיד בתנאים פיזיולוגיים ופתופיזיולוגיים. בנוסף, שיטה זו היא הראשונה לתאר את התנאים האופטימליים הדרושים לשמירה על תרבויות של מיוציטים לב פרך, כמו תנאים לשמירה על תרבויות של מיוציטים חדריים כבר פורסמו.
איכות התאים המבודדים באמצעות ההליך המתואר כאן, כפי שנקבע על ידי תשואת התא ובריאות כללית של התאים בתרבות, תלויה בגורמים רבים לשליטה. החל עם העכבר עצמו, זה תועד כי הלחץ שהוטל על החיה יכול להשפיע לרעה על תשואת התא ואת הכדאיות בתרבות, ככל הנראה בשל עודף קורטיזול מערכתי, קטכולאמינים, ואת המצב hypercontractile של רקמת לב2,5,7. מסיבות אלה, יש לנקוט צעדים כדי למנוע הבהבת החיה לפני ההקרבה. אמצעים אלה כוללים כיסוי הכלוב של החיה והגבלת זמן מחוץ vivarium לפני ההקרבה. הפרין וברביטורטים רבים המשמשים בדרך כלל המתת חסד יכולים להשפיע על מסלולי איתות; לפיכך, יש להתאים אישית את השיטה האופטימלית של המתת חסד בהתאם. לגיל החיה יש השפעה ניכרת על האיכות והכדאיות של תאים מבודדים, ככל הנראה עקב הצטברות מתקדמת של פיברוזיס ביניים המתרחשים במקביל לתהליך ההזדקנות, אשר יכול להשפיע על עיכולרקמות 25. בנתונים שאינם מוצגים כאן, בעוד שהשיטה המתוארת לעיל פועלת בעכברים בני עד 78 שבועות, איכות התאים הייתה נמוכה יותר בבעלי חיים מבוגרים אלה.
הצעד הקריטי ביותר בתהליך הבידוד המתואר, כמו גם פרוטוקולים אחרים הכוללים מנגנון לנגנדורף לזלוף מדרדר, הוא הקנציה והזלוף הראשוני של הלב. לקבלת תוצאות אופטימליות, הזמן מ explantation לב כדי שימורים של העורקים העולה חניכה של זלוף צריך לקחת לא יותר מ 90 s. בנוסף לזמן, שני גורמים חשובים נוספים הם עומק הצינורית ואפשרות להכניס אמבולי אוויר ממנגנון הזלוף. לפיכך, יש לקדם את הצינורית לתוך אבי העורקים העולה כדי לא להיכנס לשורש אבי העורקים ולחסום את שסתום אבי העורקים, אשר יפגע בזלוף כלי הדם הכליליים.
במהלך תהליך העיכול, חשוב לבדוק באופן קבוע את קשיחות הלב, כדי למנוע חשיפה ממושכת לקולאזנאז אנזים העיכול, אשר מפחית סובלנות סידן מיוציטים לב. הפרוטוקול שתואר לעיל להחזרת סידן לתרביות מיוציטים חדריות מבודדות נועד להגביל מוות מיוציטים לבביים באמצעות זרם סידן בלתי הולם באמצעות ערוצי סידן המופעלים בחנות. יש לציין כי החזרת הסידן החורגת לא צריכה להתבצע עבור תרבויות מיוציטים בין-תאיות מבודדות, שכן זה יקדם מוות תאי במהלך תרבות לטווח קצר וארוך12. לאמצעי זהירות נוספים, מאגרי זלוף ועיכול המשמשים כאן כוללים את מעכב התכווצות שריר הלב butanedione monoxime (BDM) כדי למנוע היפרcontraction של מיוציטים מבודדים, כמו גם את פרדוקס הסידן, שניהם משפיעים על הכדאיות myocyte26. עם זאת, יש לציין את המעבר מ- BDM לבביסטין, שכן הוא הסוכן האנטי-התכווצות המועדף בשמירה על מדיה עבור מיוציטים לבביים מבודדים. בנתונים שאינם מוצגים, blebbistatin מעניק כדאיות רבה יותר לתרבות ארוכת טווח של מיוציטים לבביים מבודדים.
מיד לאחר הבידוד, חשוב לשקול את ההשלכות של תרבות ארוכת טווח של תאי לב, במיוחד מיוציטים. הבידוד הלבבי שאינו מיוציטים ופרוטוקול culturing המתואר כאן מבוסס על שיטות נפוצות המנצלות את הצפיפות ותכונות הדבק השונות של תאי לב שונים. היתרון של מיוציטים שאינם מיוציטים הוא פוטנציאל ההתרחבות הגבוה שלהם בתרבות; לפיכך, שלא כמו מיוציטים לבביים, הם נוחים להנצחה. עם זאת, ידוע כי culturing תנאים, כולל תוספי בינוני עם FBS, יכול להשפיע על תפקוד מיוציטים לב27. המדיה התרבותית המתוארת כאן נועדה לייעל את הכדאיות ולהגביל את ההפרעות התפקודיות, במיוחד עבור מיוציטים בין-וסתיים מבודדים. בעוד שלא נצפתה יכולת התכווצות לקויה במיציטים לבביים מבודדים לאחר התרבות בהיעדר תוספי blebbistatin, מחקרים המתמקדים באלקטרופיזיולוגיה, התכווצות, ותא יחיד אחר באיתות מולקולרי מבוסס vivo צריכים להתבצע זמן קצר לאחר הבידוד, כאשר המבנה הסרקומי והחתימה המולקולרית עדיין מחקים את זה של הלב שלם.
מאפיין בולט של מיוציטים פרוזדורים הוא היכולת שלו לאור ירח כתא אנדוקריני עם יכולת הפרשה עצומה, בנוסף לתפקודם המתכווץ. בתנאים פיזיולוגיים, מיוציטים פרוזדוריים מייצרים כמויות גדולות של ANP, המאוחסן ברשתית האנדופלזמית ובגרגרי הפרשה גדולים בעלי ליבה צפופה הצפויים לאקסוציטוזיס מוסדר עם קבלתגירוי 16,17. בעוד שמחקרי מיוציטים אסציוניים מבודדים רבים מתמקדים בתכונות האלקטרופיזיולוגיות הייחודיות שלהם, זהו המחקר הראשון שמתכנן מדיה תרבותית. זה מאפשר הכדאיות לטווח ארוך, כמו גם קידום של הפונקציות המתוחזקות של תכונות אנדוקריניות והתכווצות של מיוציטים אסטראליים. שיטה חדשנית זו עבור culturing, כמו גם בידוד בו זמנית של כל סוגי התאים מתוך תאים אבריים חדריים מלב עכבר יחיד, יהיה שימושי ויעיל למחקרים על המאפיינים הפיזיולוגיים והפתופיזיולוגיים של מיוציטים בין אבות וחדריים כאחד.
The authors have nothing to disclose.
E.A.B. נתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (1F31HL140850), קרן ARCS, Inc., סן דייגו פרק, והוא ריס-Stealy קרן המחקר פיליפס Gausewitz, MD חוקר של מכון הלב SDSU. E.A.B ו-A.S.B נתמכו על ידי קרן אינמורי. CCG על ידי (NIH) מעניק R01 HL135893, R01 HL141463 ו HL149931.
(-)-Blebbistatin | Sigma-Aldrich | B0560 | |
1 Liter Water Jacketed Reservoir | Radnoti | 120142-1 | |
2,3-Butanedione monoxime | Sigma-Aldrich | B0753 | |
5-0 Silk Suture Thread | Fine Science Tools | 18020-50 | |
Adenosine | Sigma-Aldrich | A9251 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | A6003 | |
Bubble Trap Compliance Chamber | Radnoti | 130149 | |
Calcium Chloride Anhydrous | Fisher Scientific | C614-500 | |
Carnitine hydrochloride | Sigma-Aldrich | C9500 | |
Collagenase type 2 | Worthington Biochemical Corporation | LS004176 | |
Creatine | Sigma-Aldrich | C0780 | |
Dexamethasone | Sigma-Aldrich | D2915 | |
DMEM/F12 (1:1; 1X) | Gibco | 11330-032 | |
Dumont #7 – Fine Forceps | Fine Science Tools | 11274-20 | |
Epifluorescent micropscpe | Olympus X70 | IX70 | |
Fetal Bovine Serum (Heat Inactivated) | Omega Scientific | FB-12 | Lot# 206018 |
Fine Scissors – Sharp | Fine Science Tools | 14060-09 | |
Graefe Forceps | Fine Science Tools | 11051-10 | |
Headband Magnifiers | Fine Science Tools | 28030-04 | |
Hemacytometer (Bright-Line) | Hausser Scientific | 1475 | |
HEPES (1M) | Gibco | 15630-080 | |
Inosine | Sigma-Aldrich | I4125 | |
Insulin-Transferrin-Selenium-X | Gibco | 51500-056 | |
Isotemp 105 Water Bath | Fisher Scientific | NC0858659 | |
Isotemp 3006 | Fisher Scientific | 13-874-182 | |
Joklik Modified Minimum Essential Media | Sigma-Aldrich | M-0518 | |
Laminin (Natural, Mouse) | Gibco | 1795024 | Lot# 1735572 |
L-Glutamine | Sigma-Aldrich | G8540 | |
Masterflex C/L Single-Channel Variable-Speed Compact Pump | Cole-Palmer | EW-77122-24 | |
Minimum Essential Medium (MEM 1X) | Gibco | 12350-039 | |
Molecular Biology Grade Water | Corning | 46-000-CM | |
Pen Strep Glutamine (100X) | Gibco | 10378-016 | |
Spring Scissors – 6mm Cutting Edge | Fine Science Tools | 15020-15 | |
Taurine | Sigma-Aldrich | T-8691 |