Wir beschreiben die Isolierung von humanen Vorhofmyozyten die für die intrazelluläre Ca verwendet werden kann 2 + Messungen in Kombination mit elektrophysiologischen Patch-Clamp-Studien.
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Wir beschreiben die Isolierung von humanen Vorhofmyozyten die für die intrazelluläre Ca verwendet werden kann 2 + Messungen in Kombination mit elektrophysiologischen Patch-Clamp-Studien.
Das Studium der elektrophysiologischen Eigenschaften von kardialen Ionenkanälen mit der Patch-Clamp-Technik und der Erforschung von Herz-zellulären Ca 2 + Umgang mit Anomalien erfordert isolierten Herzmuskelzellen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Myozyten von Patienten mit diesen Techniken zu untersuchen eine wertvolle Voraussetzung, um die molekulare Basis von Herzerkrankungen wie Vorhofflimmern (AF) aufzuklären. 1 Hier ein Verfahren zur Isolierung von humanen atrialen Myozyten, die für beide beschreiben Patch-Clamp-Technik und gleichzeitige Messungen der intrazellulären Ca 2 +-Konzentrationen. Zuerst werden das rechte atriale Anhängsel von Patienten Operation am offenen Herzen erhalten in kleine Stücke Gewebe ("Chunk-Methode") zerkleinert und gewaschen in Ca 2 +-freien Lösung. Dann werden die Gewebe Brocken werden in Kollagenase und Protease verdaut haltigen Lösungen mit 20 uM Ca 2 +. Danach werden die isolierten Myozyten harvested durch Filtration und Zentrifugation des Gewebes Suspension. Schließlich wird der Ca 2 +-Konzentration in der Zelle Aufbewahrungslösung angepasst schrittweise bis 0,2 mm. Diskutieren wir kurz die Bedeutung Ca 2 + und Ca 2 + Pufferung bei der Isolierung Verfahren und auch Vertreter Aufnahmen von Aktionspotentialen und Membranströme sowohl bei gleichzeitiger Ca 2 + Transienten Messungen in diesen isolierten Myozyten durchgeführt.
Studieren elektrophysiologischen Eigenschaften von kardialen Ionenkanälen mit der Patch-Clamp-Technik und der Erforschung der zellulären Ca 2 + Handhabung Anomalien erfordern isolierten Herzmuskelzellen. Diese werden in der Regel im Anschluss an die in vitro Exposition von Herzgewebe Proben Verdauungsenzyme (Kollagenase, Hyaluronidase, Peptidase usw.) erhalten. Seit dem ersten Bericht der Isolation von lebensfähigen Herzmuskelzellen 1955 2 eine große Menge von Protokollen entwickelt worden, um einzelnen atrialen und ventrikulären Kardiomyozyten aus verschiedenen Arten, darunter Maus, Ratte, Kaninchen, Hund, Meerschweinchen und Menschen ernten. In diesem Beitrag werden wir auf Isolierung von humanen Vorhofmyozyten konzentrieren. In Bezug auf Verfahren zur Isolierung von Myozyten aus anderen Spezies verweisen wir auf die "Worthington Gewebedissoziation guide" von Worthington Biochemical Corp, USA (vorausgesetzt www.tissuedissociation.com ).
Menschliche atrialen Myozyten Isolation Protokolle werden in der Regel von der Methode von Bustamante, et al. 3 beschrieben Hier haben wir einen Schritt-für-Schritt-Beschreibung einer Technik, die von einer zuvor veröffentlichten Verfahren geeignet ist, bereitzustellen, um abgeleitet erhalten Vorhofmyozyten eignet sich nicht nur für die Patch-Clamp-Experimente als auch für die gleichzeitige intrazellulären Ca 2 +-Messungen. 4-11
Experimentelle Protokolle müssen von der lokalen Ethikkommission genehmigt werden und alle Patienten müssen eine schriftliche Einverständniserklärung geben. Unsere Forschung wurde von der Ethikkommission der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg (# 2011-216N-MA) zugelassen und wurde in Übereinstimmung mit allen institutionellen, nationalen und internationalen Richtlinien für das Wohlergehen der Menschen durchgeführt. Alle Patienten gaben eine schriftliche Einverständniserklärung.
0. Gewinnung von menschlichem Vorhofgewebe
Im Routinebetrieb Kanülierung Verfahren bei Patienten mit Operationen am offenen Herzen für Herz-Lungen-Bypass-Operation, wird die Spitze des rechten Herzohr Regel entfernt und zur Isolierung von atrialen Kardiomyozyten verwendet werden. Nach Exzision der Gewebeprobe wird sofort in einem 50 ml Falcon-Röhrchen mit sterilem Ca 2 +-freien übertragen Transportlösung mit 2,3-butanedione Monoxim (Tabelle I; BDM, kontraktilen Inhibitor, verhindert myocyte contracture). Mit Transportzeiten zwischen 30 und 45 min, haben wir nicht erkennen, einen klaren Vorteil von Kühl-oder Sauerstoffversorgung sowohl in Bezug auf Anzahl und Qualität der isolierten atrialen Kardiomyozyten. Im allgemeinen Transport zum Labor sollte so schnell wie möglich. Allerdings, wenn längere Transportzeit nicht vermieden werden kann, Transport bei 4 ° C in sauerstoffhaltigen Lösung könnte von Vorteil sein.
1. Prearrangements
2. Reinigung des Tissue
3. Erste enzymatische Verdauung
4. Second enzymatische Verdauung
5. Abschließende Vorbereitung und Einstellung von Final Ca 2 +-Konzentration
6. Laden von Myozyten mit dem fluoreszierenden Ca 2 +-Indikator Fluo-3 AM (Abbildung 1)
7. Gleichzeitige Patch-Clamp-und Epifluoreszenz Ca 2 + Messungen
Seit dem Patch-Clamp-Messungen sind nicht das große Thema dieser Bewertung verweisen wir den interessierten Leser auf andere Publikationen Bereitstellung eines genauere Beschreibung dieser Technik. 11-14 Aus Gründen der Vollständigkeit stellen wir eine kurze Zusammenfassung eines Protokolls zu messen Aktionspotentiale oder L-Typ-Ca 2 +-Ströme, die beide bei gleichzeitiger Ca 2 +-Transienten-Aufnahmen.
Bei Versuchen Myozyten werden bei 37 ° C mit Bad Lö superfundiertauf (Tabelle IV) mit einem schnellen Perfusion System (Octaflow IITM, ALA Scientific Instruments, NY). Für Voltage-Clamp-Experimente, K +-Ströme durch Zugabe von 4-Aminopyridin (5 mmol / l) und BaCl 2 (0,1 mmol / L) der Badlösung blockiert. Borosilikatglas Mikroelektroden verwendet werden und sollte kippen Widerstände von 2-5 MOhm haben, wenn sie mit Pipette Lösung (Tabelle V) gefüllt. Neben der Fluo-3 AM des Myozyten Laden (siehe Schritt 6) wird Fluo-3 auch in der Pipette Lösung (Tabelle V) enthalten. Fluoreszenz wird bei 488 nm angeregt und emittiert Licht (<520 nm) auf [Ca 2 +] i vorausgesetzt umgewandelt

wo k d = Dissoziationskonstante von Fluo-3 (864 nM), F = Fluo-3-Fluoreszenz;. F max = Ca 2 +-gesättigten Fluoreszenz am Ende jedes Experiments 12 erhaltenen beiden elektrischen Signalen und epifluoreszenten Ca 2 +-Signale werden gleichzeitig erfasst. Aktionspotentiale werden in 0,5 Hz in Current-Clamp-Modus mit 1 ms Stromimpulse 1.2x Schwelle Stärke stimuliert. L-Typ-Ca 2 +-Ströme werden in Voltage-Clamp-Modus mit einem Haltepotential von -80 mV und eine 100-ms-Impulses Rampe bis -40 mV, die schnellen Na +-Strom, gefolgt von einer 100-ms gemessen inaktivieren Test-Impuls auf +10 mV bei 0,5 Hz liegt.
2A zeigt drei repräsentative Beispiele aus isolierten Menschenrecht Vorhofmyozyten. Um die Zellausbeute wir Pipette 10 ul Zellsuspension (Schritt 5.5) auf einem Objektträger CellFinder (quantifizieren http://www.antenna.nl/microlab/index-uk.html ). Gemittelte Zellausbeuten in 2B zeigen deutlich, dass es eine Tendenz zu niedrigeren Zellausbeuten bei chronischen AF (CAF) Patientenproben (Röhre A: 16,5 ± 3,1 Zellen/10 ul (n = 29) vs 5,1 ± 2,3 Zellen/10 ul (n = 10) in SR und CAF, p <0,05; Rohr B: 17,9 ± 3,9 Zellen/10 ul (n = 29) im Vergleich zu 5,9 ± 2,0 Zellen/10 ul (n = 9) in SR und CAF, , p = 0,107).
Repräsentative Beispiele für Action-Potential-Messungen und gleichzeitige Aufnahmen von zytosolischen Ca 2 + Transienten in Abbildung 3 dargestellt. In etwa 90% der untersuchten Zellen, ter Action-Potential ausgelöste Ca 2 +-Freisetzung verursacht klare und regelmäßige Kontraktionen Zelle. Wie bereits berichtet, lag die Ruhemembranpotenzial, die ein akzeptierter Indikator für die Integrität der Zelle ist, etwa -73,9 ± 2,7 mV (n = 23/10 Myozyten / Patienten) und -77.7 ± 1,8 mV (n = 19/8 Myozyten / Patienten ) in SR und CAF (p> 0,05). 15 Abbildung 4 zeigt repräsentative gleichzeitige Aufnahmen von spannungsabhängigen L-Typ-Ca 2 +-Ströme und cytosolischen Ca 2 +-Transienten. Verwendung des nicht-selektiven β-Adrenozeptor-Agonisten Isoprenalin (1 uM) erhöht Amplituden der beiden I Ca, L und zytosolischen Ca 2 + Transienten, was intakte β-adrenergen Signaltransduktion.

Fild 1. Flussdiagramm der Myozyten Fluo-03.00 Be-Protokoll (siehe Schritt 6.1-6.5). m / v, Masse / Volumen.

Abbildung 2. A, Isoliert Menschenrecht Vorhofmyozyten nach einer Stunde in Storage-Lösung. B, Mittelwert ± SEM der Zelle Ausbeute in 10 ul Zellen in Storage-Lösung gezählt (siehe Schritt 5.5). n bezeichnet die Anzahl der Vorbereitung innerhalb jeder Gruppe. * P <0,05.

Abbildung 3. Repräsentative Aufnahmen von Action-Potential ausgelöste Ca 2 +-Transienten (CAT) in einer atrialen Myozyten von einem Sinusrhythmus und chronic Vorhofflimmern Patienten. Top: Injected Membran Strom (I M) zur Stimulation (0,5 Hz) verwendet. Unten: Gleichzeitige Aufnahme von Membran-Potential (V M), und löste Katze (unten). (Neu gezeichnet mit Erlaubnis von Voigt et al. 2012) 15

Abbildung 4. Repräsentative Aufnahmen der Isoprenalin (1 uM) Wirkung auf L-Typ-Ca 2 +-Strom ausgelöste Ca 2 +-Transienten (CAT) in einer atrialen Myozyten von einem Sinusrhythmus und einer chronischen Vorhofflimmern Patienten. Top: Voltage-Clamp-Protokoll (0,5 Hz). Unten: Gleichzeitige Aufnahme des Netto-Membran (I M), überwiegend aufgrund einer L-Typ-Ca 2 +-Strom (Mitte) und ausgelöst Katze (unten). (Neu gezeichnet mit Erlaubnis von Voigt,et al. 2012) 15

Tabelle I. Lösungen.

Tabelle II. Ausstattung.

Tabelle III. Stoffe für das Laden von Myozyten mit Fluo-3 Uhr.
Tabelle IV. Bath Lösung für Patch-Clamp.

Tabelle V. Pipette Lösung für Patch-Clamp *.
Hier beschreiben wir ein Verfahren zur Isolierung von humanen atrialen Myozyten von rechts Herzohren von Patienten mit Operationen am offenen Herzen erhalten. Um diese Myozyten für Messungen von zytosolischen Ca 2 + verwenden wir angepasst ein zuvor beschriebenes Verfahren 4-11 durch Weglassen EGTA aus der Aufbewahrungslösung.
Bereits im Jahr 1970 wurde beobachtet, dass, obwohl Myozyten in Gegenwart von Ca 2 + während der Verdauung zerfallen, alle von ihnen in Kontraktur und nicht lebensfähig. 16,17 Daher waren, wird Zellisolation in Ca 2 +-freie Lösung durchgeführt. Allerdings ist die Wiedereinführung von physiologischen Konzentrationen von Ca 2 + in Folge rasch Ca 2 +-Einstrom und Zelltod. Dies wurde als die Ca 2 + Paradox Phänomen, das ursprünglich in perfundierten Herzen von Zimmerman und Hulsman beobachtet wurde beschrieben worden. 18 Änderungen der Isolation Medien einschließlich der Verringerung des pH-Wertes auf 7,0, 19 Zusatz von Taurin 20 oder kleiner Mengen von Ca 2 + (siehe Schritt 3.2 und 4.1), 21 sowie die Lagerung von isolierten Myozyten in EGTA enthält storage-Lösung 22 vorgeschlagen worden, um die Ca 2 + Paradox. 17 zu verhindern Es ist jedoch bekannt, daß Ca 2 + Pufferung durch EGTA verringert die Amplitude des L-Typ-Ca 2 +-induzierte Ca 2 + Transienten Amplituden und die Ergebnisse in einem zweiphasigen Zerfall der Ca 2 + Transienten ist. 23 Daher verzichtet man EGTA während des gesamten Prozesses in Isolation, um Ca 2 +-Transienten mit typischen Eigenschaften und monophasischen zerfällt zu erhalten. Um die Zellen von der Ca 2 + schützen Paradoxon erhöhten wir die endgültige Ca 2 +-Konzentration der Aufbewahrungslösung schrittweise bis 0,2 mM.
Die Wahl von Kollagenase ist wahrscheinlich der wichtigste Schritt für eine erfolgreiche myocyte Isolation. Konventionelle collagenases sind Rohpräparaten von Clostridium histolyticum erhalten und enthält Kollagenase zusätzlich zu einer Reihe von anderen Proteinasen Polysaccharidasen und Lipasen. Auf der Grundlage ihrer allgemeinen Zusammensetzung Kollagenasen sind in verschiedene Typen unterteilt. Worthington 24 Kollagenase Typ I und II wurden erfolgreich für die Isolierung von menschlichen Vorhofmyozyten. 4-10,15,25-30 In unserem vorliegend beschriebenen Protokoll verwendet, empfehlen wir die Verwendung von Kollagenase Typ I, obwohl wir waren auch in der Lage, akzeptable Mengen an lebenden Zellen mittels Collagenase Typ II zu erhalten. Selbst innerhalb eines einzelnen Collagenase Typ gibt es einen signifikanten Charge zu Charge Schwankungen in Bezug auf die Enzymaktivitäten. Diese Variationen erfordern eine sorgfältige Batch Auswahl und Prüfung der verschiedenen Chargen zu Isolation Verfahren zu optimieren. Die Online verfügbar Batch-Werkzeug aus Worthington Biochemical Corp ( http://www.worthington-biochem.com / cls / match.php) kann verwendet werden, um verfügbaren Chargen mit einer Zusammensetzung, die gezeigt hat, dass für die Isolierung der menschlichen Vorhofmyozyten finden werden. Derzeit verwenden wir Kollagenase Typ I mit 250 U / mg Kollagenase-Aktivität, 345 U / mg Caseinase Aktivität, 2,16 U / mg Clostripainaktivität und 0,48 U / mg Trypsin-Aktivität (lot # 49H11338).
Die erhaltenen Zellen unter Verwendung des in diesem Manuskript beschrieben innerhalb von 8 Stunden kann für Patch-Clamp-Technik, Ca 2 + Transienten Messungen und einer Kombination von beiden. 15 zusätzlich verwendet werden, können diese Zellen Messungen der zellulären Kontraktion als Reaktion auf ein elektrisches Feld Stimulation oder elektrische Stimulation mit der Patch-Clamp-Pipette (unveröffentlichte Beobachtungen).
Worthington Biochemical Corp unterstützte diese Veröffentlichung durch Abdecken Herstellungskosten Videodatei. Die Geldgeber hatten keine Rolle in Studiendesign, Datenerhebung und-analyse, Entscheidung zu veröffentlichen, oder Vorbereitung des Manuskripts.
Darüber hinaus danken wir den Herzchirurgen an der Universität Heidelberg für die Bereitstellung von menschlichen Vorhofgewebe und Claudia Liebetrau, Katrin Kupser und Ramona Nagel für ihre ausgezeichneten technischen Support. Besonderer Dank gilt auch Andy W. Trafford für seine Anregungen und Ratschläge während der Errichtung der Ca 2 + transiente Messungen. Die Autoren wollen ihre tiefste Dankbarkeit an die Mitglieder der Abteilung für Pharmakologie und Toxikologie (Leitung: Ursula Ravens) Ausdruck der TU Dresden für die Gelegenheit boten sie uns in die grundlegenden Techniken und Fertigkeiten in zelluläre Elektrophysiologie und cardiomyocyte Isolierung zu lernen.
Die Autoren Forschung wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Do769/1-1-3), das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Kompetenznetzes Vorhofflimmern (01Gi0204) und das Deutsche Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung, der Europäischen Union unterstützt durch die Euischen Netzwerk für Translationale Forschung bei Vorhofflimmern (EUTRAF, FP7-HEALTH-2010, groß angelegte Projekt Integration, Vorschlag Nr. 261057) und der europäisch-nordamerikanischen Vorhofflimmern Research Alliance (ENAFRA) Erteilung Fondation Leducq (07CVD03).
Die schematische Übersicht in der Videodatei gezeigt wurde mit Hilfe von Servier ärztlichen Kunst.
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Transportlösung | |||
| Albumin | Sigma-Aldrich | A3059 | Lagerungslösung: 1% |
| BDM | Sigma-Aldrich | 31550 | Transportlösung: 30 |
| DL-b-Hydroxy-butyric acid | Sigma-Aldrich | H6501 | Lagerungslösung: 10 |
| Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | Transportlösung: 20 Ca2+-freie Lösung: 20 Enzymlösung E1 und E2: 20 Lagerungslösung: 10 |
| L-Glutaminsäure | Sigma-Aldrich | G1251 | Lagerungslösung: 70 |
| KCl | Merck | 1049360250 | Transportlösung: 10 Ca2+-freie Lösung: 10 Enzymlösung E1 und E2: 10 Lagerungslösung: 20 |
| KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P5655 | Transportlösung: 1,2 Ca2+-freie Lösung: 1,2 Enzymlösung E1 und E2: 1,2 Lagerungslösung: 10 |
| MgSO4 | Sigma-Aldrich | M9397 | Transportlösung: 5 Ca2+-freie Lösung: 5 Enzymlösung E1 und E2: 5 |
| MOPS | Sigma-Aldrich | M1254 | Transportlösung: 5 Ca2+-freie Lösung: 5 Enzymlösung E1 und E2: 5 |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S3014 | Transportlösung: 100 Ca2+-freie Lösung: 100 Enzymlösung E1 und E2: 100 |
| Taurin | Sigma-Aldrich | 86330 | Transportlösung: 50 Ca2+-freie Lösung: 50 Enzymlösung E1 und E2: 50 Lagerungslösung: 10 |
| Kollagenase I | Worthington | 4196 | Enzymlösung E1 und E2: 286 U/ml |
| Protease XXIV | Sigma-Aldrich | P8038 | Enzymlösung E1 und E2: 5 U/ml* |
| pH | Transportlösung: 7,00 Ca2+-freie Lösung: 7,00 Enzymlösung E1 und E2: 7,00 Lagerungslösung: 7,40 | ||
| angepasst mit | Transportlösung: 1 M NaOH Ca2+-freie Lösung: 1 M NaOH Enzymlösung E1 und E2: 1 M NaOH Lagerungslösung: 1 M KOH | ||
| Konzentrationen in mM, sofern nicht anders angegeben. BDM, 2,3-Butandionmonoxim. *Protease XXIV ist nur in der Enzymlösung E1 enthalten. | |||
| Tabelle I. Lösungen. | |||
| Nylongewebe (200 μm) | VWR-Deutschland | 510-9527 | |
| Gewärmter Reaktionskolben | VWR | KT317000-0050 | |
| Tabelle II. Spezifische Ausrüstung. | |||
| Dimethylsulfoxid | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| Fluo-3 AM (spezielle Verpackung) | Invitrogen | F-1242 | |
| Pluronic F-127 | Invitrogen | P6867 | |
| Tabelle III. Substanzen zur Beladung der Kardiomyozyten mit Fluo-3 AM. | |||
| 4-Aminopyridin* | Sigma-Aldrich | A78403 | Badelösung: 5 |
| BaCl2* | Sigma-Aldrich | 342920 | Badelösung: 0,1 |
| CaCl2 × 2H2O | Sigma-Aldrich | C5080 | Badelösung: 2 |
| Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | Badelösung: 10 |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H9136 | Badelösung: 10 |
| KCl | Merck | 1049360250 | Badelösung: 4 |
| MgCl × 6H2O | Sigma-Aldrich | M0250 | Badelösung: 1 |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S3014 | Badelösung: 140 |
| Probenecid | Sigma-Aldrich | P8761 | Badelösung: 2 |
| pH | Badelösung: 7,35 | ||
| angepasst mit | Badelösung: 1 M HCl | ||
| Tabelle IV. Badelösung für das Patch-Clamp-Verfahren. *4-Aminopyridin und BaCl wurden nur für Spannungs-Clamp-Experimente verwendet. | |||
| DL-Aspartat-K+-Salz | Sigma-Aldrich | A2025 | Pipettensolution: 92 |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E4378 | Pipettensolution: 0,02 |
| GTP-Tris | Sigma-Aldrich | G9002 | Pipettensolution: 0,1 |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H9136 | Pipettensolution: 10 |
| KCl | Merck | 1049360250 | Pipettensolution: 48 |
| MgATP | Sigma-Aldrich | A9187 | Pipettensolution: 1 |
| Na2ATP | Sigma-Aldrich | A2383 | Pipettensolution: 4 |
| Fluo-3** | Invitrogen | F3715 | Pipettensolution: 0,1 |
| pH | 7,20 | ||
| angepasst mit | 1 M KOH | ||
| Tabelle V. Pipettensolution für das Patch-Clamp-Verfahren*. *An den Experimenttagen wird die Pipettensolution bis zur Verwendung auf Eis gelagert. **Fluo-3 wird an den Experimenttagen aus einer 1 mM Stammlösung zugegeben. | |||