Murine linksventrikulären Papillarmuskeln können verwendet werden, um Herzkontraktilität in vitro untersucht werden. Dieser Artikel beschreibt im Detail die Isolierung und experimentelle Protokolle, um die Herzkontraktionseigenschaften zu studieren.
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Methodenartikel
Kontraktilität Messungen auf isolierte Papillarmuskeln für die Untersuchung von Herz Inotropie bei Mäusen
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Papillarmuskel aus adulten Mäuseherzen isoliert verwendet werden, um Herzkontraktilität während verschiedene physiologische / pathologische Zustände zu untersuchen. Die kontraktilen Eigenschaften unabhängig von äußeren Einflüssen wie Gefäßtonus oder neurohumoral Status ausgewertet. Es zeigt einen wissenschaftlichen Ansatz zwischen Einzelzellmessungen mit isolierten Herzmuskelzellen und in vivo Studien wie Echokardiographie. So Papillarmuskel Präparate dienen als ein hervorragendes Modell, um Herzphysiologie / Pathophysiologie zu studieren und kann für Untersuchungen wie die Modulation durch pharmakologische Mittel oder die Erforschung der transgene Tiermodelle verwendet werden. Hier beschreiben wir ein Verfahren zur Isolierung des murinen linken vorderen Papillarmuskel zu Herzkontraktilität in einem Organbad Setup zu untersuchen. Im Gegensatz zu einer Muskelstreifen Zubereitung aus der Herzkammerwand getrennt, kann der Papillarmuskel in toto, ohne die Muskel tissu vorbereitet werdenE streng. Das Organbad Setup besteht aus mehreren temperaturgesteuerten, vergast und Elektroden ausgestattete Organbad Kammern. Isoliertes Papillarmuskel wird im Organbad Kammer befestigt und elektrisch stimuliert. Die hervorgerufene Zuckungskraftmessungen wird mit einem Druckaufnehmer und Parameter wie Zuckungskraftmessungen Amplitude und twitch Kinetik analysiert werden aufgezeichnet. Verschiedenen Versuchsprotokollen durchgeführt werden kann, um die Calcium- und frequenzabhängige Kontraktions sowie Dosis-Wirkungskurven von kontraktilen Mittel wie Katecholaminen oder anderen Arzneimitteln zu untersuchen. Zusätzlich können pathologische Zustände wie akute Ischämie simuliert werden.
Einleitung
Die Untersuchung von Proteinen, wie Ionenkanäle beziehen ihre Rolle für die Kontraktilität des Herzens ist wichtig, verschiedene Pathomechanismen zu entdecken und neue therapeutische Strategien für Herzerkrankungen wie Ischämie und Herzversagen etablieren.
Kontraktile Funktion Säugerkardiomyocyten ist bekannt, durch verschiedene Ionenkanäle, Transporter und andere Proteine moduliert werden. Aktionspotential ausgelöst Aktivierung der spannungsabhängige sarkolemmalen L-Typ-Ca 2+ Kanälen führt zu Ca 2+ Einstrom von extrazellulären Raum und anschließend an Ca 2+ -induzierte Ca 2+ Freisetzung (CICR) 1, die zelluläre Kontraktions 2 auslöst. Ca 2+ -signaling eine zentrale Rolle bei der kardialen Kontraktilität und Anpassung an physiologische oder pathologische Stress spielt. Katecholamine aktivieren kardialen β-adrenergen Rezeptoren, so anregend Adenylylcyclase (AC), die cAMP synthetisiert. Aktiviert, protein Kinase A (PKA) phosphoryliert verschiedene intrazelluläre und membranassoziierten Proteinen, wie L-Typ-Ca 2+ -Kanälen, Phospholamban und Ryanodinrezeptoren was Modifikation Ca 2+ Transienten und Herzkontraktilität 1,3,4. cAMP wird von Phosphodiesterase (PDE) abgebaut wird. Aktivierung anderer als β-Adrenozeptoren Gs-gekoppelter Rezeptoren führt auch zu einer Akkumulation von cAMP.
Die Technik der Kontraktilität Messungen in isolierten ventrikulären Muskel-Streifen ist gut für größere Säugetierarten 5-8 etabliert. Bezogen auf die Möglichkeit, das Gen-Targeting in Mäusen ist es wichtig, Methoden zu ermitteln und murine Herzphysiologie analysieren. Unterscheiden sich jedoch vorhandenen Daten über die physiologischen Eigenschaften isolierter Muskelpräparate Mäuse auf experimentellen Bedingungen 9-12 variiert.
Das beschriebene Verfahren wird verwendet, um die Herzkontraktionsfähigkeit des linken Ventrikels Papillarmuskel pre analysierenPräparate in vitro. Untersuchung der Herzkontraktilität in Abwesenheit von Einflüssen Modifizieren Herzkontraktilität in vivo, wie Blutdruck, neurohumoral Stimulation und physikalischen oder metabolischen Stress durchgeführt. Die Schlagfrequenz des öffentlichen Muskel-Präparat kann streng definiert und beliebig verändert werden. Zuckungskraftmessungen kann im Kontext von spezifischen Stimuli wie Calciumkonzentration, Schlagfrequenz oder Temperatur analysiert werden. Darüber hinaus kann dieses Verfahren verwendet, um verschiedene Signalweg Komponenten zu untersuchen und die Herzleistung von genetisch veränderten Mausmodellen durch Steuern oben erwähnten Versuchsbedingungen zu vergleichen.
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Protokoll
HINWEIS: Die Grundschritte des Isolationsverfahren sind in Abbildung 1 dargestellt Alle Schritte werden ausführlich in dem folgenden Protokoll beschrieben.. Papillarmuskel Isolation, Montage im Organbad Kammer, Erfassung und Auswertung wird in einer fortlaufenden und obligatorische Zeitskala durchgeführt.
Alle Tierversuche wurden nach den deutschen Rechtsvorschriften über den Schutz von Tieren durchgeführt und wurden von der Ethikprüfung Board of Universität Heidelberg genehmigt.
1. Vorbereitung der Besetzung
- Für Kontraktionsmessungen verwenden eine Mehrkammer Organbad Setup. Komponenten einer ex vivo Kontraktilität Organbad Einrichtung sind in Abbildung 2 dargestellt.
HINWEIS: Um die Zeitspanne zwischen der Herstellung der Papillarmuskel und dem Beginn der Versuchsprotokoll, einzurichten Geräte minimieren und vor vorzubereiten Puffer, um das Sammeln experimenteller tissue.This provides die größte Menge an Zeit, die das Gewebe lebensfähig bleibt, um Experimente durchzuführen. - Starten Sie Computer und Datenerfassungsgeräte. Schalten Sie Organbad Wärme (Werkseinstellung auf 32 ° C) und lassen Einheiten voreingestellte Temperatur.
- Bereiten Sie den Erfassungsgeräten. Starten Sie die Aufnahme-Daten als im Softwarehandbuch erwähnt.
- Prüfen und Durchführung der Kalibrierung (falls erforderlich) auf jedem Kanal und Null alle Kanäle, die von den jeweiligen Kraftwandler (mit dem Kanal zugeordneten) zugeführte elektrische Signal zu einem von einem zertifizierten Gewichts versorgt 2-g-Kraft zu standardisieren.
- Schalten Sie Gasversorgung (95% O 2/5% CO 2) um Organbad Kammern. Kontinuierlich Gas alle Kammern während der gesamten Protokoll-Messungen.
2. Herstellung von Puffern und physiologischen Lösungen
- Vorbereitung einer Krebs-Henseleit-Pufferlösung bis zu einer Endkonzentration von 119 mM NaCl zu erreichen; 25 mM NaHCO 3; 4,6 mM KCl; 11 mM Glucose; 1 mM Na-pyruvate; 1,5 mM CaCl 2; 1,64 mM MgSO4; 1,18 mM KH 2 PO 4 und pH-Wert auf 7,4 (siehe Tabelle 1 Physiologische Lösung).
- Bereiten separaten Krebs-Henseleit-Pufferlösung, um während der Isolierung zu verwenden, wie in Schritt 2.1 mit zusätzlichen 30 mM 2,3-Butan Monoxim (BDM) und 50 IE Heparin / ml beschrieben. Coole Lösung auf 4 ° C (siehe Tabelle 1: Herstellung Lösung). Ischämie Simulation vorbereitet Ischämie-Lösung, wie in Tabelle 1 beschrieben.
- Für das Protokoll des Ca 2 + - abhängigen Kontraktilität, fügen Ca 2+ zu der Krebs-Henseleit-Pufferlösung zu angeforderten Endkonzentration.
HINWEIS: bereiten diese Lösungen direkt vor seiner Verwendung und Gass mit Carbogen um die Ausfällung von Calciumcarbonat zu vermeiden. Vorwärmen Lösung auf 32 ° C vor dem Gebrauch.
3. Herstellung der Begasungsrohr und Dissection Dish während des Papilläre Excision Procedure verwendet
- Schließen Sie einen weichen Gassingen Rohr (Außendurchmesser 2-4 mm) auf den Gasanschluss (100% Sauerstoff, Carbogen alternativ) mit Expertenarbeits.
- Erstellen Sie einen geschlossenen Ring der Begasung Rohrverbindung innerhalb der Dissektion Gericht. Punktion der Vergasungsrohr mehrmals, dass ein kontinuierlicher Blasenbildung gewährleistet ist. Diese Begasungsrohr kann mehrmals verwendet werden.
- Vorbereitung Dissektion Schale mit einem Silikonelastomer an der Unterseite (0,5 cm dick), so dass die Stifte in sie gesteckt werden. Dieses Gericht kann mehrmals verwendet werden.
4. Isolierung des linken vorderen Papillarmuskel von Mäusen
HINWEIS: Vor dem Start der Isolierung der Papillarmuskel, überprüfen, dass die Gasleitungen frei von Blockaden.
- Bereiten Organbad Setup wie im Protokoll Abschnitt 3.1 erwähnt, bevor die Vorbereitung der Papillarmuskeln. Bereiten alle Lösungen am Tag des Experiments.
- Opfern Sie die Maus (ungefähr 8-12 Wochen alt) durch Genickbruch according Expertenarbeits und institutionellen Richtlinien.
- Befestigen Sie das Tier in Rückenlage durch Fixierung Vorderpfoten und Hinterpfoten auf einer Dissektion Bord, öffnen Sie die Thoraxseiten auf beiden Seiten durch Schneiden durch die Rippen mit scharfen Knochen Schere, schneiden Sie dann die Membran mit einem Querschnitt. Entfernen Sie den Herzbeutel. Nun das Herz und die Aorta sind zugänglich.
- Befestigen Sie das Herz mit stumpfen Pinzette auf das Gefäß truncus der Nähe des Herzens und trennen Sie die Herzen schnell mit einer Schere aus der Lunge und dem umgebenden Gewebe.
- Übertragen Sie das schlagende Herz in eine Petrischale mit gekühlten Präparationslösung mit Sauerstoff (Schritt 2.2) vergast gefüllt. Lassen Sie das Herz zu schlagen und zu stimulieren Herzkontraktionen sanft über Berührung der Herzspitze mit einer Pinzette.
- Sobald das Herz ist völlig exsanguinous, überträgt es auf die Dissektion Gericht mit gekühlten Präparationslösung (Schritt 2.2) gefüllt und mit O 2 begast. Von diesem Schritt auf den Einsatz ein Stereomikroskop.
- Befestigen Sie das heaRT mit einem kleinen Stift durch die rechte Herzkammer, so dass das Herz von dorsal gesehen (rechte Ventrikel auf der rechten Seite aus Sicht des Bedieners befindet).
- Mit Hilfe mikrochirurgischen Schere trennen die beiden Atrien auf der AV-Ebene, schneiden Bindegewebe von den Ventrikeln und entsorgen. Führen einen Schnitt durch die Kammerwand von der AV-Ventil-Pegel auf den Apex des Herzens Vermeidung jeglicher mechanischen Druck.
- Öffnen Sie die Herzkammer und befestigen Sie den linksseitigen freien Wand mit einer Pinzette, damit er einen Blick auf beide linksventrikulären Papillarmuskeln.
- Die ventrikuläre Gewebe lateral auf beiden Seiten der linken vorderen Papillarmuskel Erhaltung eines Teils der Klappensegel am Papillarmuskel Vorbereitung etwas weggeschnitten und berühren oder Dehnen der Papillarmuskel so viel wie möglich. Präparieren Sie die restlichen Ventrikelwand Gewebe aus dem Papillarmuskel.
- Bringen Seidenfaden (7/0, metrisch 0,5) auf beiden Seiten der Papillarmuskel preptung, eine auf der Klappensegel und eine auf der Muskelteil. Befestigen Sie die Zubereitung in das Organbad Kammer mit Organbad Lösung gefüllt und mit Carbogen begast, wie Temperatur 32 ° C empfohlen.
5. Equilibrierung und Stimulation der Papillarmuskel
- Stimulieren die Papillarmuskel Zubereitung mit Rechteckimpulsen (Dauer 2 ms und einem Strom von 100 mA) bei Anregungsfrequenz von 1 Hz sofort nach der Fixierung im Organbad.
- Stellen Sie sicher, einen häufigen Wechsel der Organbad Lösung, entweder durch kontinuierliche Veränderung oder durch häufige manuelle Wechsel (alle 5 min) nach dem Aufbau der Organbad-Typ verwendet.
- Schrittweise Erhöhung der Vorspannung bis zum maximalen Zuckungskraft in erreicht. Maximalen Zuckungskraft ist erreicht, wenn die Erhöhung der Vorspannung wird von einer weiteren Steigerung in der Zuckungskraftmessungen gefolgt.
- Nach 45-60 min Äquilibrierungspuffer, starten Sie den Versuchsprotokoll.
6. Empfohlene Experimentelle Protokolle für Kontraktilität Messungen
HINWEIS: Das Versuchsprotokoll unten beschrieben umfasst Standardmanöver, um Herzkontraktilität unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen zu charakterisieren. In der repräsentativen Abschnitt beschreiben wir diese Protokolle im Detail zeigt auch repräsentative Ergebnisse (siehe auch Tabelle 2).
- Erfassung und Auswertung der Versuchsprotokolle
- Für die Aufnahme sollten Sie eine geeignete Software mit ausreichender zeitlicher Auflösung (Erfassungsrate ≥ 1 kHz).
- Analysieren Parameter einschließlich Zuckungskraftmessungen Amplitude (Höhe), Zeit, Spannung (TTP) und halbe maximale Relaxationszeit (R 50 / tfall, respectively), wie in der Software-Programm erwähnt (als Beispiel Abbildung 5.5 ADInstruments, siehe Abbildung 4) ihren Höhepunkt erreichen.
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Ergebnisse
Das Protokoll des Manuskripts für die Kontraktilität Messungen von isolierten Maus-Papillarmuskel Zubereitungen wird, um optimale Bedingungen abgestimmt, um reproduzierbare Versuchsergebnisse unter physiologischen Bedingungen zu erreichen. Um eine optimale Versuchsbedingungen definieren wir geführt Pilotversuche unterschiedlicher Organbad Temperatur und extrazellulären Calcium-Konzentration (siehe auch 12). Das hier beschriebene Protokoll wurde mit einer extrazellulären Calciumkonzentration von 1,5 mm und ein...
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Diskussion
In diesem Manuskript beschreiben wir ein Verfahren, um die Kontraktilität von murinen Papillarmuskel in vitro, die verwendet werden können, um mehrere wissenschaftliche Fragen zu Herz Physiologie und Pathologie in Mäusen zu beantworten und um die Analyse der transgenen Linien und die Entdeckung von neuen pharmazeutischen Ansätze unterstützen untersuchen Herzfunktionsstörungen zu behandeln. Wir veranschaulichen die Anwendung dieser Methode auf physiologische, pathologischen und pharmakologischen Eigenschaften vo...
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Offenlegungen
Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (KFO 196 "Signaltransduktion bei adaptativen und maladaptiven kardialen Remodelling-Prozessen", FR 1638 / 1-2) und vom DZHK (Deutsches Zentrum für Kreislaufforschung, einem Teil der German Centres of Health Research , die eine BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) Initiative) ist.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Natriumchlorid | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| Natriumbikarbonat | Sigma-Aldrich | S5761 | |
| Kaliumchlorid | Sigma-Aldrich | P9333 | |
| Glukose | Sigma-Aldrich | D9434 | |
| Natriumpyruvat | Sigma-Aldrich | P5280 | |
| Calciumchlorid-Dihydrat | Sigma-Aldrich | 223506 | |
| Magnesiumsulfat-Heptahydrat | Sigma-Aldrich | 230391 | |
| Kaliumphosphat monobasisch | Sigma-Aldrich | P 5655 | |
| 2,3-Butandion-Monoxim | Sigma-Aldrich | B0753 | |
| 3-Isobutyl-1-methylxanthin | Sigma-Aldrich | I5879 | Gefahrenhinweis H 302, gelöst in DMSO |
| Dimethylsulfoxid (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| Isoprenalinhydrochlorid | Sigma-Aldrich | I5627 | Gefahrenhinweis H 315-H319-H335 |
| Natriumheparin 250.000 IE/10 ml | ratiopharm | PZN 3874685 | |
| Histamindihydrochlorid | Sigma-Aldrich | H7250 | Gefahrenhinweis H 315-H 317-H319- Nr. H334-H335 |
Referenzen
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Nachdrucke und Genehmigungen
