يصف هذا البروتوكول تعديلات طريقة Langendorff بما في ذلك عمق علبة الشريان الأورطي لعزل الخلايا العضلية الأذينية والبطينية المتزامنة من الفئران البالغة.
وكريات القلب واحد هو أداة حيوية في الدراسات الخلوية ودون الخلوية من بيولوجيا القلب والأمراض كوحدة أساسية من الانكماش والنشاط الكهربائي. وبالتالي ، فإن عزل خلايا القلب القابلة للحياة وعالية الجودة عن القلب هو الخطوة التجريبية الأولية والأكثر أهمية. مقارنة البروتوكولات المختلفة لعزل خلايا القلب من الفئران البالغة، وتغلغل Langendorff الرجعية هو الأسلوب الأكثر نجاحا واستنساخها ذكرت في الأدب، وخاصة لعزل الخلايا العضلية البطينية. ومع ذلك ، فإن عزل الخلايا العضلية الأذينية عالية الجودة عن القلب المتغلغل لا يزال صعبا ، ولا تتوفر سوى تقارير عزل ناجحة قليلة. حل هذه المشكلة المعقدة مهم للغاية لأنه بصرف النظر عن مرض البطين ، يمثل المرض الأذيني جزءا كبيرا من أمراض القلب. لذلك، هناك ما يبرر إجراء مزيد من التحقيقات على المستوى الخلوي للكشف عن الآليات. في هذه الورقة، يتم إدخال بروتوكول يستند إلى طريقة التخثر الرجعي Langendorff وبعض التعديلات في عمق علبة الشريان الأورطي والخطوات التي قد تؤثر على عملية الهضم لعزل الخلايا العضلية الأذينية والبطينية تم إجراؤها في وقت واحد. وعلاوة على ذلك، يتم تأكيد خلايا القلب معزولة لتكون قابلة لتصحيح التحقيق المشبك.
أمراض القلب هي واحدة من الأسباب العالمية الرئيسية للوفيات1. لمعالجة هذا العبء على نظام الرعاية الصحية ، من الضروري فهم متعمق لعلم وظائف الأعضاء وعلم الأمراض في القلب. إلى جانب إعداد الحيوانات والقلب سليمة، وإعداد الخلوية هو أداة أخرى لا غنى عنها للدراسة وظيفية والمرض2. من خلال تطبيق المشبك التصحيح، والتصوير الكالسيوم، والبيولوجيا الجزيئية، وغيرها من التكنولوجيات المتقدمة، يمكن للباحثين الحصول على مزيد من المعلومات حول خصائص الكهربية، التوازن الكالسيوم، ومسارات الإشارات، والدول الأيضية، والنسخ الجينية في عضلة القلب واحدة (CM). هذا مفيد للغاية في الكشف عن الآليات الفسيولوجية والمرضية لعملية أمراض القلب3،4،5،6،7. وبالنسبة للبحوث الحيوانية، يمكن استخدام أنواع تتراوح بين الحيوانات الصغيرة (مثل الفئران والجرذان والخنازير الغينية) والحيوانات الكبيرة (مثل الأرانب والأسماك). وعادة ما يفضل الحيوانات الصغيرة، ولا سيما الفئران، لأنها قابلة للتلاعب بالنموذج الوراثي والمرضي8,9,10.
وقد مرت تقنيات CMs المعزولة بشكل حاد بفترة تطور طويلة ولا تزال تتطور11. إن التشوه الرجعي Langendorff هو أنجح طريقة عزل CMs وأكثرها قابلية للاستنساخ المطبقة على الفئران والجرذان ، خاصة لعزل الخلايا العضلية البطينية (VMs)12،13،14،15. ومع ذلك ، فإن التقارير عن خلايا الخلايا العضلية الأذينية المعزولة بنجاح (AMs) نادرة16،17،18. هناك ما يبرر إجراء المزيد من التحقيقات على كلا المستويين من الجهاز / النظام بأكمله والخلوية / دون الخلوية للكشف عن الآليات واستكشاف نهج علاجية جديدة لأن الرجفان الأذيني (AF) ، وهو النوع الأكثر شيوعا من عدم انتظام ضربات القلب ، أصبح شائعا بشكل متزايد على مستوى العالم ، ولا تزال طرق العلاج الحالية في كل من العلاجات الدوائية واجتثاث القلب غير فعالة في حوالي 40٪ -50٪ من مرضى AF19 . ناجحة الكبار الماوس CMs العزلة هي الخطوة الأولى للدراسة الخلوية. يمكن استخدام طريقتين عزل أساسيتين: طرق قطعة و Langendorff. في طريقة التشوش Langendorff، هضم الأنسجة يعتمد على محلول الانزيم تسليمها من قبل الشرايين التاجية وفروعها إلى الأسرة الشعرية. عمق التنمية الأبهر السليم الذي يمكن تجنب اختراق الصمامات الأبهري وحجب أوستيا الشريان التاجي هو الشرط المسبق لتحقيق مثل هذا النمط التخثر، والذي هو أيضا الخطوة الأساسية لعملية الهضم كفاءة والغلة VM المثالي. ومن ثم، فمن المعقول أن نفترض أن عمق علبة الشريان الأورطي قد تؤثر بالمثل على تغلغل السفينة الأذينية وتؤثر في النهاية على غلة AM. لاختبار هذه الفرضية، تم إجراء علبة الشريان الأورطي في أعماق مختلفة ومقارنة غلة AM المقابلة. وأظهرت البيانات أن عمق علبة الشريان الأورطي له صلة مباشرة بعائد AM. هنا، يتم تقديم بروتوكول لعزل AMs و VMs في وقت واحد.
CM واحد هو أداة قيمة ولا غنى عنها في الدراسات على المستوى الخلوي من وظيفة القلب والأمراض20. ومن ثم، فإن عزل ال CMs القابلة للحياة عن القلوب هو الخطوة الأولية والأكثر أهمية. نوعية الخلية هي واحدة من المحددات الهامة لإجراء التجارب الناجحة، وخاصة في التجارب البصرية والكهربائية. بالمقارنة مع CMs من الحيوانات الأخرى ، فإن CMs القوارض أكثر عرضة لنقص التروية ونقص الأكسيا بسبب تركيز أعلى من أيونات الصوديوم داخل الخلايا ، والتي تفضل تدفق الكالسيوم من خلال تبادل Na +/Ca2+ 21. وعلاوة على ذلك، فإن عدد الأجهزة الآلية أقل بكثير من عدد الأجهزة التي يتم رصدها؛ وبالتالي، من الصعب للغاية تحقيق العزلة الناجحة. طريقة Langendorff ممتازة لعزل الفئران VMs22 ، ولكن معدل النجاح في عزل AMs منخفض ، وتتوفر تقارير قليلة. العمق الصحيح من علبة الشريان الأورطي هو أيضا عامل أساسي في إنتاج VMs مثالية بصرف النظر عن درجة الحرارة، ونشاط الانزيم، PH، ونوعية المياه المستخدمة لإعداد العازلة. يعتمد مبدأ طريقة لانغيندورف على التغلغل الرجعي للقلب. عند التغلغل ، يتم إغلاق الصمام الأبهري . وبالتالي ، يتم إجبار اليرفوسات على الشرايين التاجية ، وتقديم محلول الإنزيم من خلال فروع الأوعية ، ويتم هضم أنسجة عضلة القلب بالتساوي. لتحقيق هذا النوع من نمط الدورة الدموية، يجب أن الشريان الأورطي حجز ما يكفي من طول للتكسير وربط، وأيضا تلميح القنية يجب أن لا تخترق الصمامات الأبهري أو منع OSTIUM CA. وبالتالي، فمن المعقول التكهن بأن يرتبط عمق علبة الشريان الأورطي أيضا مع التثاق الأذينية، مما يؤثر على فعالية الهضم من الأذينين وغلة AM بطريقة مماثلة. وأكد البروتوكول المعروض هنا الفرضية، ويلاحظ أدناه اتخاذ خطوات حاسمة لتحسين إنتاج الخلية جنبا إلى جنب مع الاقتراحات.
في الخطوة 1.9، لتأمين الشريان الأورطي بشكل أفضل، ينصح بقنية حادة 20 G مع درجة (أو أخدود محيطي) من حيث المسافة هي 1 مم إلى الطرف. استنادا إلى تجاربنا، تم العثور على حجم القنية التي هي أكبر قليلا من قطر الشريان الأورطي لمنع طرف القنية من ثقب الصمامات الأبهري أثناء التعويل لأن الشريان الأورطي، والاعتماد على مرونته الجوهرية، يمكن أن تندرج بشكل مريح في القنية وإنتاج الاحتكاك، الذي يعمل كعامل وقائي عند التحرك إلى الأمام أو إلى الوراء ضبط عمق التعقيب. من حيث موقف الشق، والقلب سوف تنزلق بسهولة قبالة أثناء العلبة بسبب الجاذبية إذا كان قريبا جدا من طرف القنية. وعلى العكس من ذلك، فإن مساحة لضبط عمق العلبة ووضع الربط تكون محصورة جدا إذا كانت بعيدة جدا. ونظرا لهذه الظروف، فإن تحويل الشريان الأورطي بين الشريان السباتي المشترك الأيسر (كالخط الأخضر في الشكل 2) لضمان أن الشريان الأورطي طويل بما فيه الكفاية ويمكن تعاويذه وربطه في الشريان الأورطي الصاعد هو أفضل في الخطوة 3.3. في حين أن التحول في الشريان الأورطي التصاعدي ، فإن الطول المحجوز للتشجير على الأقل يمكن أن يؤمن طرف القنية بالقرب من الجذر الأبهري ولن يخترق الصمامات الأبهرية بعد الربط. تشريح الشريان الأورطي وقياس المسافة من طرف القنية إلى أوستيوم CA تشير إلى أن تحويل الشريان الأورطي بين الشريان السباتي المشترك الأيسر هو موقف مثالي لتحقيق عمق قنية الشريان الأورطي السليم.
تم العثور على عمق العلبة أن تكون مرتبطة مع التخثر الأذينية، والتي بدورها بمثابة مؤشر العمق. يوضح الشكل 4 أن التشوش الأذيني جيد عندما يكون العمق في الشريان الأورطي الصاعد ، ويتم تضخيم كل من الزوائد الأذينية. ومع ذلك ، فإن التشوه الأذيني غير كاف عندما يكون العمق في (أو يقترب) من الجذر الأبهري ويتم تزيين كل من الزوائد الأذينية. وكان العدد الإجمالي والصالح للتطبيق ل AM الناتج عن الزوائد الأذينية المتضخمة أعلى (الشكل 8). تشير هذه النتائج إلى أن عمق علبة الشريان الأورطي يمكن أن يؤثر على تخثر وهضم الأذينين والزوائد الأذينية بطريقة معينة ويؤثر في النهاية على غلة AM وجودتها. واستدل على أن غلة ونوعية الإمدادات من ال ATRIA ترتبط بتوزيعها. وقد أظهرت دراسة فرنانديز وآخرون.23 شذوذ مختلف في أصل ومسار الماوس CA. وجدوا أن العظام CAs كانت متغيرة للغاية ولم تكن كلها موجودة في الجيوب الأنفية الأبهري. قد تنشأ بعض CAs بشكل شاذ من فوق الجيوب الأنفية الأبهري ، واسمه عالية الاقلاع ostium. قد تنشأ بعض ال CAs من نفس الجيوب الأنفية الأبهري ، و ostium من وعاء الأذين قريب جدا. كما يتفق تشريح الشريان الأورطي في هذه الدراسة (الشكل 10) مع ما توصل إليه فرنانديز. قد يكون هذا هو السبب في محاولات لعزل AM بواسطة أسلوب Langendorff كانت غير ناجحة إلى حد كبير إذا كان عمق cannulation غير مناسب. وهكذا، فإن طرف القنية لديها فرصة أكبر لمنع أوستيوم السفينة الأذين المجاورة للكا ostium إذا لم يكن هناك مساحة كافية متاحة بين طرف القنية و OSTIUM CA. وعلى النقيض من ذلك، فإن التغلغل وغلة الخلية في البطين لم تتأثر إلا بالكاد طالما لم يتم اختراق الصمامات الأبهرية بواسطة طرف القنية. هذا هو على الارجح لأن CAs التي تزود الدم إلى البطين لديها أكبر ostia والمزيد من الأصول. إذا تم انسداد واحد ostium بواسطة القنية، يمكن تعويض تغلغل البطين عن طريق CA آخر أو الدورة الدموية الجانبية، في حين أن الأوعية الدموية التي تزود الأذين صغيرة نوعا ما وليس لديها بديل. وبالتالي ، فإن تأثير العمق في علبة الشريان الأورطي مهم.
يتم سرد عوامل أخرى جديرة بالملاحظة وصعوبة إطلاق النار في عملية الهضم وتخزين الخلايا على النحو التالي. أولا، النظر في perfusing الأوكسجين حل تايرود في الخطوة 4.1 لجعل العقد العضلات وضخ الدم المتبقية إذا لم يتم نقل الدم في الأذين بعد ربط الشريان الأورطي. وهذا يمكن أن يساعد على تجنب التأثير السلبي للca2 + وغيرها من المواد الصادرة من كريات الدم الحمراء التالفة. ثانيا، يمكن أن يؤدي التغلغل في محلول ca2+-free في وقت مبكر لتفكك الاتصال وتوسيع المسافة بين الخلايا إلى تحسين فعالية هضم الإنزيم لأن الأقراص المتشابكة بين CMs هي تقاطعات بين الخلايا تعتمد على الكالسيوم. ومع ذلك، ينبغي أن يقتصر الوقت على 3-5 دقائق لتجنب ظاهرة مفارقة الكالسيوم24. يوصى بمحلول إنزيم مختلط. كولاجيناز نوع الثاني يعطل شبكة مصفوفة خارج الخلية، والتريبسين يساعد على مسح المواد الحبيبية التي لا تزال على سطح الخلية إذا الكولاجيناز الثاني الهضم غير مكتملة. وهذا يضمن سطح الخلية على نحو سلس، وهو أمر بالغ الأهمية لتشكيل ختم GΩ في تسجيل المشبك التصحيح. ومع ذلك، ينبغي السيطرة على تركيز التريبسين في النطاق المناسب لتجنب أكثر من الهضم وإصابة الخلية لأنه يمكن أن تتحلل بروتين الغشاء. استخدام الكولاجين من النوع الثاني وحده لتحسين غلة الخلايا قد يؤدي في كثير من الأحيان إلى الأنسجة على الهضم، وسوف تكون CMs معزولة عدم تحمل الكالسيوم بعد التعرض الكولاجينز لفترات طويلة25. استخدام 2,3-butanedione monoxime (BDM), مادة تمنع الانكماش التلقائي عن طريق تثبيط ATPase الميوسين ومنع تشكيل عبر الجسر, لا يزال مثيرا للجدل26,27,28,29. وفقا للتجربة السابقة، إضافة BDM ضروري لهذا البروتوكول. يتم إعداد محلول الإنزيم مع الحل 1 على الرغم من أن الحل 1 لا يحتوي على الكالسيوم ، ويتم إضافة الكالسيوم لتنشيط الإنزيم. وتشمل الفائدة من إضافة BDM في حل التغلغل (1) تثبيط تقلص الخلايا العضلية والحد من استهلاك الأكسجين أثناء انزيم حل التخبط و (2) منع myocytes من نقص الأكسيجة وتحسين نوعية خلايا الدم المبتزة معزولة. وأفادت بعض الدراسات أن BDM قد يكون لها تأثير سلبي محتمل على الخصائص الكهربائية الخلوية. ومع ذلك ، فإن نتائج تسجيل المشبك التصحيح كامل الخلية من تيار الصوديوم لا تشير إلى تأثير غير مرغوب فيه. في خطوة تخزين الخلية (الخطوة 6) ، اختارت العديد من الدراسات المخزن المؤقت KB ، وهو محلول تركيز البوتاسيوم الخالي من الكالسيوم ولكن عالي ، حيث يمكن للخلايا الحفاظ على حالة أفضل لأنها في ظروف التمثيل الغذائي المستقطبة والمنخفضة. ومع ذلك ، فإن الجليكوكاليك من غشاء الخلية تنفصل عن طبقة ثنائية الدهون في غياب الكالسيوم الخارجي لفترة معينة من الزمن ، وسوف تزيد نفاذية الغشاء ، مما يؤثر على التحليل الوظيفي اللاحق30،31،32.
يمكن تصنيف جميع تقنيات عزل الخلايا العضلية بشكل أساسي حاليا إلى عملية هضم إما قطعة (قطعة صغيرة من الأنسجة) في محلول أنزيمي أو تشويش CA مع محلول أنزيمي (التشوش Langendorff)22. بالمقارنة مع طريقة Langendorff ، فإن طريقة هضم القطعة أسهل في الأداء وتستخدم أيضا بشكل روتيني لعزل CMs في العديد من المختبرات. ومع ذلك، تنتج هذه الطريقة عادة غلة منخفضة من CMs ذات نوعية رديئة من الأنسجة البالغة22. وعلاوة على ذلك، قد لا تكون الخلايا المعزولة بهذه الطريقة مناسبة لإجراء تجارب مقارنة. على سبيل المثال، عند اختبار آثار المخدرات نوع الخلية الخاصة بين AM و VM، لا يمكن إهمال تأثير ظروف العزل المختلفة أو استبعادها. وذلك لأن عضلة القلب وكثافة الأنسجة في البطين هي أكثر سمكا وكثافة بكثير من الأذين، مما أدى إلى اختلاف أوقات الهضم وتركيزات الانزيم. وعلاوة على ذلك، فإن الانفعالات المفرطة والأنابيب من الأنسجة أثناء الهضم تلف الخلايا وتؤثر بشكل كبير على الدراسات الوظيفية. وعلاوة على ذلك، أظهرت العديد من الدراسات السابقة أن AMs أكثر عرضة للكالسيوم. ومع ذلك، يمكن أن تكون AMs المعزولة من قبل البروتوكول الحالي متسامحة مع إعادة إدخال الكالسيوم المتدرجة ربما لأن الأنسجة من السهل تمزقها في نهاية عملية الهضم. وبالتالي ، فإن الضرر الميكانيكي أقل ، في حين أن الخلايا ستعاني من أضرار ميكانيكية أكثر حيث تحتاج خطوات طريقة القطع إلى تمزق متكرر وطرد مركزي. وفي الآونة الأخيرة، أبلغ آكرز وآخرون.33 عن طريقة مبسطة وخالية من لانغيندورف لعزل الخلايا العضلية القلبية وغير الخلايا غير العضلية القابلة للحياة. يمكن عزل VMs والخلايا الليفية بشكل فعال ، ولكن لم يتم ذكر كمية AMs. ومع ذلك، يحتوي هذا البروتوكول على عدة قيود. أولا، قد يكون توزيع الأوعية الدموية القلب الاختلافات للاختلافات الفردية وسلالة الفئران، وعمق العلبة الموصى بها لا يمكن أن تضمن عزل AMs ناجحة في كل مرة. ثانيا، بالنسبة لأولئك الذين هم جديدة على هذا الإجراء قد يستغرق قدرا معينا من الوقت لممارسة إعادة شفط الشريان الأورطي والتكميل الشريان الأورطي الرجعية. وأخيرا، لم يتم اختبار هذه الطريقة في نماذج أمراض القلب الأخرى إلا في الفئران السليمة والمسنين. وبالتالي ، فإنه يتطلب تعديلات في تركيزات الانزيم ووقت الهضم بسبب مدى تليف القلب. لن يكون عيب ظروف الهضم المختلفة التي تواجهها طريقة قطعة مشكلة في طريقة Langendorff التي يتم توزيع محلول الانزيم بالتساوي على الأنسجة بواسطة أسرة السفينة.
وباختصار، أظهرت بروتوكولات العزل المتزامن للتشكيلة المتزامنة بين AM و VM الموصوفة هنا أن عمق علبة الشريان الأورطي المناسب يمكن أن يحسن بشكل فعال من تغلغل الأذين وغلة AM. و CMs معزولة بهذه الطريقة هي ذات جودة عالية، وتمتلك التسامح الكالسيوم جيدة، وقد تم تطبيقها بنجاح لتسجيل المشبك التصحيح والتعامل مع الكالسيوم (Ca2 + الافراج وقياس موجة Ca2 + من قبل نظام IonOptix) في team34. ومن المتوقع أن بروتوكول العزل يمكن استخدامها لإعداد الخلايا في سلسلة من التحقيقات الخلوية ودون الخلوية، والتي سوف تساعد على تعميق فهم فسيولوجيا القلب وعلم الأمراض. والأهم من ذلك، أنه سيمكن من اكتشاف آليات أكثر ملاءمة سريريا لأمراض القلب وطرق التدخل.
The authors have nothing to disclose.
وقد دعم هذا العمل منح من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم 81770322، 81870244، 81500254، 81870243، 81470465) ومؤسسة بكين للعلوم الطبيعية (رقم 7192051). مساهمات المؤلف: قام باي وليو بتصميم المشروع وتصوره. وقدم ون وروان نصائح قيمة للتجارب . قام وو ولينلينغ لى بالعمل التجريبى ولعبا دورا رئيسيا فى الحصول على البيانات وتحليلها وتفسيرها . شارك لى فى تجميع جهاز لانجيندورف . وقد شارك بنغ وتشانغ ووانغ ويانغ فى اعداد الكواشف والحلول قبل التجربة . وو كتب المقال.
2,3-butanedione monoxime (BDM) | Sigma-Aldrich | 31550 | |
Bull Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A2153 | |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | C4901 | |
Collagenase type II | Worthington | 43D14160 | |
Excel | data acquisition and analysis | ||
Fetal Bovine Serum (FBS) | Zhejiang Tianhang Biotechnology | 150207 | |
Glucose | Sigma-Aldrich | G7528 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | |
KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P5655 | |
KHCO3 | Sigma-Aldrich | 237205 | |
MgCl2 | Sigma-Aldrich | M8266 | |
MgSO4 | Sigma-Aldrich | M7506 | |
Na2HPO4 | Sigma-Aldrich | S7907 | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | |
NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S5761 | |
Origin 8.5 | OriginLab, Northampton, MA,US | data acquisition and analysis | |
Peristaltic pump | Longerpump | BT100-2J | |
Sodium pentobarbital | Shanghai Reagent Factory | 810923 | |
Taurine | Sigma-Aldrich | T0625 | |
Trypan blue | Solarbio | C0040 | |
Trypsin | Invitrogen | 15090046 | |
Water bath | JULABO | ED (v.2) |