Bei Vorhoferkrankungen (z. B. Vorhofflimmern [AF]) ist die intrazelluläre Ca2+-Signalgebung tiefgreifend verändert1. Während viele der zugrundeliegenden Mechanismen der "umgebauten" intrazellulären Ca2+-Signalgebung bei Vorhofflimmern gut charakterisiert wurden 2,3, ist die Rolle, die eine veränderte intrazelluläre Natriumkonzentration ([Na+]i) spielen könnte, nur unzureichend verstanden. [Na+]i ist ein wichtiger Regulator von intrazellulärem Ca2+. Die Untersuchung von [Na+]i kann Aufschluss über die Aktivierung des sarkolemmalen Na+/Ca2+-Austauschers (NCX), das Verhalten der Na+-Kanäle und der Na+,K+-ATPase (NKA)4 geben. Wir haben bereits gezeigt, dass hohe atriale Aktivierungsraten, wie sie bei Vorhofflimmern auftreten, zu einer signifikanten Reduktion von [Na+]i 1 führen. Frühere Arbeiten haben einen Anstieg der NCX-Stromdichte (INCX) und der Proteinexpression in AF3 gezeigt. Ein Anstieg der späten Komponente des spannungsabhängigen Na+-Stroms (INa, spät) in isolierten atrialen Myozyten von Patienten mit Vorhofflimmern wurde ebenfalls berichtet5. Somit gibt es Hinweise auf tiefgreifende Veränderungen der intrazellulären Na+-Homöostase bei Vorhofflimmern. Zuverlässige und reproduzierbare Messungen von [Na+]i in isolierten atrialen Myozyten sind daher erforderlich, um unser Verständnis der Pathologie des Vorhofflimmerns zu verbessern. Hier zeigen wir, wie man qualitativ hochwertige murine atriale Myozyten reproduzierbar isoliert, die für Messungen von [Na+]i geeignet sind. Wir haben unser optimiertes Protokoll zur Isolierung von Vorhofflimmern auf murine Vorhofmyozyten konzentriert, da transgene (TG) Mausmodelle für Vorhofflimmern zu einem wichtigen Bestandteil der Vorhofflimmerforschung geworden sind6. Diese Mäuse sind oft nur in begrenzter Anzahl verfügbar und die Vorhöfe sind oft fibrotisch, was zu Herausforderungen bei der Zellisolierung führt.
Im Allgemeinen kann [Na+]i in lebensfähigen Zellen mit Fluoreszenzindikatoren 7,8 oder mit verschiedenen Arten von Mikroelektroden9 gemessen werden. Mikroelektrodenbasierte Techniken erfordern eine Durchdringung der sarkolemmalen Membran. Diese Technik ist daher auf größere Zellen beschränkt und ungeeignet für kleine und schmale Vorhofmyozyten, deren Zellintegrität leicht beeinträchtigt wird.
Natriumbindendes Benzofuranisophthalat (SBFI) ist ein Fluoreszenzindikator, der bei der Bindung von Na+ 7 eine große Wellenlängenverschiebung erfährt. SBFI wird bei 340 nm und 380 nm abwechselnd angeregt und die emittierte Fluoreszenz wird nach dem Passieren eines Emissionsfilters (510 nm) gesammelt. Die Verhältnisse der Signale bei den beiden Anregungswellenlängen (F340/380) können die lokale Weglänge, die Farbstoffkonzentration und wellenlängenunabhängige Schwankungen der Beleuchtungsintensität und der Detektionseffizienz aufheben. Wenn in jeder Zelle eine In-situ-Kalibrierung mit Lösungen mit bekannter Natriumkonzentration ([Na+]) durchgeführt wird, ergibt das während des Experiments ermittelte Verhältnis F340/380 präzise und empfindliche Messungen von [Na+]i. Wie alle Na+-Indikatoren weist auch SBFI eine gewisse Affinität zu K+ auf. Die Verwendung der hier gezeigten Kalibriermethode ermöglicht es, die [Na+]i- und die intrazelluläre Kaliumkonzentration ([K+]i) während des Kalibrierprozesses zuverlässig zu "klemmen", so dass [Na+]i auch dann zuverlässig kalibriert werden kann, wenn sie <10 % von [K+]i 10 beträgt.
Wir stellen eine neuartige EMCCD-Kamera-basierte Technik für ratiometrische Messungen von [Na+]i mittels SBFI vor. Die EMCCD-Kamera ermöglicht zum ersten Mal gleichzeitige [Na+]i-Messungen (und Kalibrierungen) in mehreren Zellen. Dies ist besonders vorteilhaft in einer experimentellen Umgebung, in der die Anzahl der Tiere begrenzt ist (z. B. transgene Mausmodelle). In der Regel werden [Na+]i-Messungen mit SBFI unter Verwendung einer Photomultiplier-Röhre (PMT) durchgeführt, um die Epifluoreszenz der gesamten Zelle 1,11 zu erfassen. Während PMTs eine sehr gute zeitliche Auflösung des Fluoreszenzsignals bieten, ist die räumliche Auflösung sehr gering und die Experimente sind auf jeweils eine Zelle beschränkt.
Unser neuartiges Protokoll ermöglicht hochgradig reproduzierbare und empfindliche Messungen von [Na+]i. Es ist optimiert für die gleichzeitige Erfassung von Veränderungen von [Na+]i in mehreren murinen atrialen Myozyten, ist aber auch an viele andere Zelltypen anpassbar.