يمكن عزل خلايا عضلة القلب الفردية من الفئران البرية والطافرة عن القلب من أجل دراسة انقباضها وعابر الكالسيوم. هذا يسمح بتوصيف مساهمة الخلل الخلوي في ضعف القلب من أي سبب.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
يمكن عزل خلايا عضلة القلب الفردية من الفئران البرية والطافرة عن القلب من أجل دراسة انقباضها وعابر الكالسيوم. هذا يسمح بتوصيف مساهمة الخلل الخلوي في ضعف القلب من أي سبب.
تحتوي خلايا عضلة القلب ، وهي خلية العمود الفقري للقلب ، على عناصر هيكلية خلوية وانقباضية منظمة بشكل رائع تولد قوة الانقباض المستخدمة لضخ الدم. تم عزل خلايا عضلة القلب الفردية لأول مرة منذ أكثر من 40 عاما من أجل دراسة فسيولوجيا وبنية عضلة القلب بشكل أفضل. تحسنت التقنيات بسرعة لتشمل الهضم الأنزيمي عن طريق التروية التاجية. في الآونة الأخيرة ، وفر تحليل الانقباض وتدفق الكالسيوم للخلايا العضلية المعزولة أداة حيوية في التحليل الخلوي والخلوي لفشل القلب. يوفر تخطيط صدى القلب ومخطط كهربية القلب معلومات حول القلب على مستوى الأعضاء فقط. توجد أنظمة زراعة خلايا عضلة القلب ، لكن الخلايا تفتقر إلى الهياكل الأساسية من الناحية الفسيولوجية مثل الأورام العضلية المنظمة والأنابيب التائية اللازمة لوظيفة الخلايا العضلية داخل القلب. في البروتوكول المقدم هنا ، يتم عزل خلايا عضلة القلب عن طريق نضح Langendorff. تتم إزالة القلب من الفأر ، وتركيبه عبر الشريان الأورطي إلى قنية ، وغمره إنزيمات الهضم ، ويتم إدخال الخلايا لزيادة تركيزات الكالسيوم. يتم استخدام برنامج الكشف عن الحواف والقشة العضوية لتحليل الانقباض ، ويتم استخدام صبغة فلورية ملزمة للكالسيوم لتصور عابرات الكالسيوم لخلايا عضلة القلب ذات الخطى الكهربائية. زيادة فهم الدور الذي تلعبه التغيرات الخلوية في ضعف القلب. يستخدم تقليديا لاختبار تأثيرات الأدوية على خلايا عضلة القلب ، ونستخدم هذا النظام لمقارنة الخلايا العضلية من الفئران والفئران WT مع طفرة تسبب اعتلال عضلة القلب التوسعي. هذا البروتوكول فريد من نوعه في مقارنته بالخلايا الحية من الفئران ذات وظائف القلب المعروفة وعلم الوراثة المعروف. تتم مقارنة العديد من الحالات التجريبية بشكل موثوق ، بما في ذلك التلاعب الجيني أو البيئي ، والعدوى ، والعلاج بالعقاقير ، والمزيد. بالإضافة إلى البيانات الفسيولوجية ، يمكن إصلاح خلايا عضلة القلب المعزولة بسهولة وتلطيخها لعناصر الهيكل الخلوي. يعد عزل خلايا عضلة القلب عن طريق التروية طريقة متعددة الاستخدامات للغاية ، وهي مفيدة في دراسة التغيرات الخلوية التي تصاحب أو تؤدي إلى قصور القلب في مجموعة متنوعة من الحالات التجريبية.
توفر خلايا عضلة القلب القوة الانقباضية للقلب. يحتوي كل خلية عضلية على عناصر هيكلية خلوية وانقباضية منظمة ضرورية للتقلص. لا يحتوي القلب على خلايا عضلة القلب فحسب ، بل يحتوي أيضا على الخلايا الليفية والأنسجة الضامة والخلايا العضلية المعدلة مثل ألياف بركنجي. يمكن ملاحظة التغييرات في أي من أنواع الخلايا هذه أو جميعها في قصور القلب ، مما يجعل تحديد السبب النهائي لضعف القلب أمرا صعبا. يسبق انخفاض الانقباض البطيني للقلب الفشل درجات متفاوتة من تراكم الأنسجة الليفية وتضخم وخلل في خلايا عضلة القلب1. يمكن أن يحدث عدم انتظام ضربات القلب بسبب خلل وظيفي في الخلايا الموصلة2 ، أو التليف الذي يقطع التوصيلالقلبي 3 ، أو التغيرات في التعبير عن القنوات الأيونية في خلايا عضلة القلب1،4. والواقع أن هذه المشاكل غالبا ما تتعايش بطريقة معقدة.
يسمح عزل ودراسة خلايا عضلة القلب للمرء بفحص الخلل الانقباضي والكهربائي للخلايا العضلية الفردية في سياق وظيفة القلب بشكل عام. تم تطوير تقنيات لعزل الخلايا العضلية القلبية الفردية منذ أكثر من 40 عاما في محاولة لدراسة فسيولوجيا هذه الخلية "العمود الفقري" للقلب بشكل أفضل. تم تحسين تقنيات العزل لزيادة إنتاجية الخلايا وجودتها ، مع التطور الحيوي للنضح التاجي عن طريق قنية الشريان الأورطي ، الذي تم إجراؤه لأول مرة في عام 19705. توضح هذه المقالة عزل خلايا عضلة القلب متبوعا بقياس الانقباض وعابرات الكالسيوم باستخدام التألق النسبي وبرنامج الحصول على بيانات أبعاد الخلايا. في كل من النماذج الجينية والبيئية لأمراض القلب ، يوفر استخدام هذا البروتوكول معلومات أساسية حول انقباض الخلايا ، وانقباض الساركوميرية والاسترخاء ، وعابرات الكالسيوم ، واضطراب الهيكل الخلوي. غالبا ما يستخدم هذا النظام لاختبار تأثير الأدوية على خلايا عضلة القلب المعزولة6،7. نحن نستخدم النظام لمقارنة الانقباض وعابر الكالسيوم لخلايا عضلة القلب بين الفئران والفئران البرية مع طفرة تؤدي إلى اعتلال عضلة القلب التوسعي.
دراسة الخلايا العضلية القلبية الفردية لها مزايا عديدة مقارنة بالطرق الأخرى شائعة الاستخدام لدراسة تشريح القلب وعلم وظائف الأعضاء. يوفر تخطيط صدى القلب وتخطيط كهربية القلب معلومات حول وظيفة الانقباض والتوصيل الكهربائي للقلب بشكل عام. لا تفسر أي من هاتين الطريقتين سبب أو طبيعة الخلل الوظيفي تحت مستوى العضو بأكمله. يمكن أن يظهر قياس انقباض خلايا عضلة القلب الفردية باستخدام خوارزميات الكشف عن الحواف وطول قسما العضلي الساقي أن التغييرات داخل الخلية الانقباضية للقلب موجودة في خلل القلب العالمي. يوضح قياس عابرات الكالسيوم تأثير التغيرات في تدفق الأيونات على المستوى الخلوي إلى الخلل الوظيفي الانقباضي أو عدم انتظام ضربات القلب.
بالإضافة إلى استكمال دراسات الأعضاء بأكملها ، يوفر هذا البروتوكول خلايا ملطخة بسهولة للمكونات الخلوية الفرعية. من الممكن رؤية تغيرات الهيكل الخلوي عن طريق تلطيخ أقسام الأنسجة في القلب كله. ومع ذلك ، يمكن للمرء فقط تصور مقطع عرضي من الخلايا. تكون عضلة القلب الكاملة أكثر سمكا من قسم الأنسجة النموذجي ، وبالنظر إلى ترتيب وطول خلايا عضلة القلب ، من الصعب رؤية الخلايا الكاملة في قسم واحد. يمكن إصلاح خلايا عضلة القلب المعزولة على الفور وتلطيخها لمجموعة متنوعة من عناصر الهيكل الخلوي والقنوات الأيونية. يمكن تجميع الصور متحدة البؤر في مكدسات z كاملة السماكة للخلية. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح تلطيخ الخلايا العضلية القلبية المعزولة بتلوين المكونات التي يستحيل تصورها في أقسام ، مثل غزوات الغشاء المعروفة باسم T-tubules.
توجد خطوط الخلايا المزروعة للخلايا العضلية القلبية ، وبعضها له ملامح نسخية مماثلة وميزات نمطية للخلايا العضلية القلبية. البعض ، مثل خط خلايا HL-1 ، يحتفظ ببعض التنظيم السامركي والقدرة الانقباضيةالبدائية 8. على الرغم من هذه الصفات ، تفتقر الخلايا المستنبتة إلى شكل "السيارة الصندوقية" وبنية الأنابيب على شكل T لخلايا عضلة القلب ولديها تنظيم أقل ساركوميرية. هذه المكونات ضرورية لوظيفة خلايا عضلة القلب في الجسم الحي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام الخلايا المستنبتة يسمح بالتلاعب الجيني ولكن ليس في الجسم الحي. تحتفظ خلايا عضلة القلب المعزولة بتنظيمها الخلوي لفترة كافية للدراسة ولكن لا يزال من السهل تصويرها وحتىنقلها 9.
خلايا عضلة القلب المعزولة متعددة الاستخدامات للغاية ، مما يوفر ركيزة لتحليل الخلايا بشكل متماثل من ظروف تجريبية متنوعة. تم استخدام العزل والتحليل الفسيولوجي للخلايا العضلية من قبل عدد لا يحصى من المختبرات لمجموعة متنوعة من التجارب بما في ذلك دراسة تأثير الأدوية6،7 أو الجزيئات الصغيرة10 ، أو الضغوطات البيئية11 ، أو العدوى12 ، أو المرض13 ، أو الطفرة الجينية14،15 على الانقباض و / أو عابرات الكالسيوم ودراسة تنظيم الانقباض وإفراز الكالسيوم داخل خلايا عضلة القلب15-17. مع تطبيق أي من هذه الضغوطات ، يمكن أن تكون التغييرات في وظائف القلب ناتجة عن أي مجموعة من التغييرات في خلايا عضلة القلب نفسها والتغيرات في البيئة المحيطة بالقلب ، مثل التندب أو التغيرات في الموصلية أو التغييرات في المصفوفة خارج الخلية. هذا بروتوكول مثالي للإجابة على الأسئلة البحثية المتعلقة ببنية الخلايا العضلية الفردية ووظيفتها في سياق قصور القلب من أي سبب.
على الرغم من أن لها مزايا لا حصر لها على التقنيات الأخرى ، إلا أن التحليل الفسيولوجي لخلايا عضلة القلب المعزولة ليس مثاليا لكل سؤال بحثي. العزل هو إجراء نهائي ، وبالتالي لا يمكن تقييم خلايا عضلة القلب إلا في وقت واحد من حياة الفأر. يمكن التغلب على ذلك جزئيا باستخدام الأفواج والتضحية بالفئران الفردية على طول تطور المرض أو عن طريق مراقبة الفأر لتحديد ما إذا كان يعاني من قصور قلبي كبير سريريا قبل العزلة. على الرغم من أن هذا البروتوكول يمكن أن يحدد ما إذا كان قد حدث خلل في خلايا عضلة القلب ، إلا أنه لا يمكن للمرء أن يستخلص استنتاجا مفاده أن هذا الخلل الوظيفي هو السبب الجذري لقصور القلب دون معلومات تجريبية إضافية. من الممكن أن يكون الخلل الوظيفي في عضلة القلب نفسه ثانويا للتغيرات الأخرى في القلب. على الرغم من هذه التحديات ، فإن دراسة خلايا عضلة القلب تقدم معلومات قيمة في تحديد طبيعة الخلل الوظيفي في القلب ، خاصة عند دمجها مع تجارب أخرى.
تم اقتباس البروتوكول التالي من البروتوكول الذي قدمه الدكتور تشي ليم ، جامعة فاندربيلت. على الرغم من أن بيانات الانقباض وتدفق الكالسيوم قابلة للتكرار بدرجة كبيرة ومفيدة في مقارنة القلوب بالتلاعب الجيني أو البيئي ، إلا أن العزلة نفسها تظل بروتوكولا يعتمد على التقنية ، ويتطلب التحسين. يعد تقليل الوقت بين إزالة القلب من الفأر ونقع القلب عن طريق قنية الأبهر أمرا ضروريا لجودة الهضم. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحسين وقت الهضم وتركيز الإنزيم للحصول على الخلايا العضلية عالية الجودة. الخطوات التي من المحتمل أن تتطلب التحسين ، جنبا إلى جنب مع اقتراحات التحسين ، موضحة أدناه.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ضمان الموافقة على جميع الإجراءات التي تنطوي على الحيوانات باستخدام الحيوان المناسب والعناية بالجسم.
1. إعداد اسهم المخازن مقدما
2. في يوم من التجربة، إعداد الإرواء، والتحويل، والهضم المخازن المؤقتة
3. الإعداد التجريبي
4. Cardiomyocyte عزل
5. قياس انقباض والكالسيوم العابرون
تحليل 6.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
مرة واحدة يتم جمع انقباض واقتفاء أثر عابرة (الشكل 2)، ويتم تحليل البيانات بسهولة مع البرنامج المناسب. تتبع بأكمله، أو أجزاء منها يمكن متوسط (الشكل 3). يمكن تحليل انقباض في مجموعة متنوعة من الطرق. من أجل وظيفة الانقباضي، يمكن للمرء أن تقييم حجم الانكماش مع تقصير كسور، أو سرعة الانكماش مع مرور الوقت إلى الذروة تقصير، وتقلص السرعة. وظيفة الانبساطي يمكن تحليلها على نحو مماثل مع الوقت إلى 50٪ تقصير والاسترخاء السرعة. لالعابرين الكالسيوم وبيانات مشابه...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
عزل العضلية الجودة يتطلب مستوى معين من الممارسة والتحسين. هذا البروتوكول يتضمن الخطوات الرئيسية التي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على نتائج عملية الهضم. وينبغي النظر بعناية عند أداء هذه، ومخرج من البروتوكول. ينبغي التقليل من الوقت من ازالة القلب إلى القسطرة ونضح، من الناحية المثالية أقل من خمس دقائق. سوف الشطف قلب فورا في المخزن نضح الجليد البارد بعد إزالة من الماوس وتشريح وcannulating قلب في المخزن الجليد الباردة أيضا زيادة فرص الهضم الجودة. والقسطرة في حد ذاته هو خطوة حاسمة. يجب وضع غ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدينا شيء في الكشف عنها.
مارك زنياك لاستخدام قسم الخليوي والتنموية المعدات الأحياء بالفيديو.
جامعة فاندربيلت التصوير خلية الموارد المشتركة.
وأيد هذا العمل من منحة AHA 12PRE10950005 لتخطيط موارد المؤسسات، منحة AHA 11GRNT7690040 إلى DMB، NIH منحة R01 HL037675 إلى DMB. DMB هو رئيس غلاديس P. Stahlman في أبحاث القلب والأوعية الدموية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| كلوريد الصوديوم | RPI | S23020 | |
| KCl | سيجما | P-3911 | |
| MgCl2 | سيجما | M-8266 | |
| هيبس | EM العلوم | S320 | |
| NaH2PO4 | Sigma | S5011 | |
| CaCl2& middot; 2H 2 < / sub > O | فيشر | C79 | |
| D- (+) - الجلوكوز | سيجما | G7528 | |
| 2،3-بوتانيديون مونوكسيم (BDM) | سيجما | B-0753 | |
| التورين | سيجما | T-0625 | |
| ألبومين مصل الأبقار (BSA) | سيجما | A-7030 | |
| كولاجيناز ب | تشخيص روش | 1-088-823 | |
| Collagenase D | Roche Diagnostics | 1-088-882 | |
| Protease XIV | Sigma | P-5147 | |
| Heparin | APP Pharmaceuticals، LLC | 401586D | |
| Isofluorane | Butler Schein | 11695-6776-2 | |
| Fura-2 AM | Teflabs | 103 | |
| DMSO & ndash ؛ اللامائية | Sigma | 276855 | |
| نظام تنظيم سرعان الخلايا وتحليل الفلورسنت | IonOptix | ||
| 250 & mu ؛ مرشح شبكة النايلون | م سيفار أمريكا | لاب باك 03-250 / 50 | |
| 23 جرام محول لور كعب | بكتون ديكنسون | 1482619E | |
| PE-50 أنابيب | بيكتون ديكنسون | 427410 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.