Das Ziel dieses Protokolls ist es, eine modifizierte parallele Plattendurchflusskammer für die Untersuchung der Echtzeitaktivierung von mechanosensitiven Ionenkanälen durch Scherspannung zu beschreiben.
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Das Ziel dieses Protokolls ist es, eine modifizierte parallele Plattendurchflusskammer für die Untersuchung der Echtzeitaktivierung von mechanosensitiven Ionenkanälen durch Scherspannung zu beschreiben.
Flüssigkeitsscherspannung ist bekannt, eine wichtige Rolle in der endothelialen Funktion zu spielen. In den meisten Gefäßbetten löst ein erhöhter Scherstress durch akute Nukzesserhöhungen eine Signalkaskade aus, was zu vasodilatation führt und dadurch die mechanische Belastung der Gefäßwand lindert. Das Muster der Scherspannung ist auch bekannt als ein kritischer Faktor bei der Entwicklung von Arteriosklerose mit laminaren Scherstress atheroprotective und gestörtscher Stress pro-atherogen. Während wir ein detailliertes Verständnis der verschiedenen Zwischenzellsignalwege haben, werden die Rezeptoren, die zuerst den mechanischen Stimulus in chemische Mediatoren übersetzen, nicht vollständig verstanden. Mechanosensitive Ionenkanäle sind entscheidend für die Reaktion auf die Scherung und regulieren die scherinduzierte Zellsignalisierung und steuern so die Produktion von vasoaktiven Mediatoren. Diese Kanäle gehören zu den frühesten aktivierten Signalkomponenten zum Scheren und wurden durch Förderung der Stickstoffmonoxidproduktion mit der scherinduzierten Vasodilatation in Verbindung gebracht (z.B. nach innen korrigierende K+ [Kir] und transientes Rezeptorpotential [TRP] Kanäle) und Endothel-Hyperpolarisierungsfaktor (z. B. Kir- und Calcium-aktivierte K+ [KCa]-Kanäle) und scherinduzierte Vasokonstriktion durch einen unbestimmten Mechanismus, der Piezokanäle umfasst. Das Verständnis des biophysikalischen Mechanismus, durch den diese Kanäle durch Scherkräfte (d. h. direkt oder durch einen primären Mechano-Rezeptor) aktiviert werden, könnte potenzielle neue Ziele zur Lösung der pathophysiologie im Zusammenhang mit endotheliaaler Dysfunktion bieten. und Atherogenese. Es ist immer noch eine große Herausforderung, die strömungsinduzierte Aktivierung von Ionenkanälen in Echtzeit mittels Elektrophysiologie aufzuzeichnen. Die Standardmethoden zur Belichtung von Zellen gegenüber klar definierter Scherspannung, wie dem Kegel- und Plattenrheometer und der geschlossenen parallelen Plattendurchflusskammer, erlauben keine Echtzeituntersuchung der Ionenkanalaktivierung. Das Ziel dieses Protokolls ist es, eine modifizierte parallele Plattendurchflusskammer zu beschreiben, die eine elektrophysiologische Echtzeitaufzeichnung mechanosensitiver Ionenkanäle unter genau definierter Scherspannung ermöglicht.
Hämodynamische Kräfte, die durch den Blutfluss erzeugt werden, sind dafür bekannt, eine wichtige Rolle in der endothelialen und vaskulären Funktion1,2zu spielen. Es ist auch bekannt, dass mehrere Arten von Ionenkanälen akut auf Veränderungen der Scherspannung3,4,5 reagieren, was zu der Hypothese führt, dass Ionenkanäle primäre Scherspannungssensoren sein können. In jüngerer Zeit haben wir und andere gezeigt, dass mechanosensitive Ionenkanäle in mehreren scher-stressempfindlichen Gefäßfunktionen eine entscheidende Rolle spielen, einschließlich der vasoaktiven Reaktion auf Scherstress6,7,8 und Entwicklungsangiogenese9. Die Mechanismen der Scher-Stress-Empfindlichkeit von Ionenkanälen sind jedoch fast völlig unbekannt. Diese Wissenslücke ist wahrscheinlich auf die technische Schwierigkeit zurückzuführen, elektrophysiologische Aufnahmen unter genau definierter Scherspannung durchzuführen. In diesem Artikel bieten wir daher ein Schritt für Schritt detailliertes Protokoll routinemäßig in unserem Labor durchgeführt, um dieses Ziel zu erreichen6,7,10,11.
Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist es, die Echtzeit-Untersuchung der Ionenkanal-Mechanoaktivierung unter genau definiertem Scherstress im physiologischen Bereich zu ermöglichen. Dies wird erreicht, indem eine Standard-Parallelplattendurchflusskammer so geändert wird, dass eine elektrophysiologische Pipette in die Kammer abgesenkt und Zugangszellen, die während der Echtzeit-Exposition zum Durchfluss auf der Bodenplatte angebaut werden, abgesenkt werden können, was einen einzigartigen Ansatz bietet, dies zu erreichen. Tor6,7,11. Im Gegensatz dazu können Standard-Parallelplattendurchflusskammern, die in früheren Veröffentlichungen beschrieben wurden, für die Echtzeit-Bildgebungsanalyse von Zellen verwendet werden, die Scherkräften12 oder anderen nicht-invasiven Ansätzen13,14 Elektrophysiologie. In ähnlicher Weise ist der Kegel- und Plattenapparat, ein weiterer starker Ansatz, um Zellen Scherspannung15,16 auszusetzen, auch nicht für elektrophysiologische Aufnahmen geeignet. Somit erlauben diese Durchflussgeräte keine Untersuchung der Scherspannungsempfindlichkeit von Ionenkanälen. Die Schwierigkeit bei der Durchführung elektrophysiologischer Aufnahmen unter Fließen ist der Hauptgrund für die Mangel an Informationen über die Mechanismen, die für diese entscheidenden Effekte verantwortlich sind.
In Bezug auf die alternativen Ansätze, um das gleiche Ziel zu erreichen, gibt es keine, die so genau oder kontrolliert sind. Einige frühere Studien versuchten, die Ionenkanalaktivität unter dem Durchfluss aufzuzeichnen, indem zellen einem Flüssigkeitsstrom aus einer anderen Pipette aus einer anderen Pipette aus der Nähe einer Zelle von oben17,18aussetzten. Dies ist sehr nicht-physiologisch, da die unter diesen Bedingungen erzeugten mechanischen Kräfte wenig mit den physiologischen Profilen von Scherstress in den Blutgefäßen gemein haben. Ähnliche Bedenken gelten für die Versuche, physiologische Scherspannung durch Durchblutung offener Kammern zu simulieren. Wie in unserer früheren Studie10ausführlich erläutert, erzeugt eine offene Flüssigkeits-Luft-Schnittstelle mehrere Störungen und Dierezirkulation, die nicht-physiologisch sind. Um all diese Bedenken auszuräumen, haben wir in unseren früheren Studien6,7,10,11, eine modifizierte Parallelplatte (MPP) Strömungskammer entworfen, die auch als "minimal-invasives Durchflussgerät" bezeichnet wird. aus Acryl und ausgiebig in unserem Labor verwendet. Trotz der Tatsache, dass die ursprüngliche Beschreibung des Designs vor fast 20 Jahren veröffentlicht wurde und das einzige Strömungsgerät ist, das die Durchführung elektrophysiologischer Aufnahmen unter genau definierter Scherspannung ermöglicht, wurde diese Methode nicht von anderen Labors angenommen und es gibt nur sehr wenige Studien, die versuchen, Ströme unter Fluss zu erfassen. Wir glauben daher, dass die Bereitstellung einer detaillierten Beschreibung für die Verwendung der MPP-Flusskammer eine große Hilfe für Forschungen sein wird, die sich für mechanosensitive Ionenkanäle und Gefäßbiologie interessieren.
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Die Verwendung von Tieren in unseren Studien ist von der University of Illinois at Chicago Animal Care Committee (#16-183) zugelassen.
1. Montage der modifizierten Parallelplattendurchflusskammer
HINWEIS: Siehe Tabelle 1 und Abbildung 1 für MPP-Flusskammerstück-IDs. In Abbildung 1 finden Sie einen Schaltplan, in dem die Ausrichtung von Kammerstücken für die Montage detailliert beschrieben wird.
2. Zellvorbereitung und Aussaat in die MPP-Durchflusskammer
HINWEIS: Befolgen Sie die Schritte 2.1-2.7 für kultivierte Endothelzellen. Befolgen Sie die in den Schritten 2.8-2.14 beschriebene Methode zur Isolierung von Endothelzellen aus der mesenterischen Arterienpassage der Maus und zur Herstellung frisch isolierter Endothelzellen.
3. Steuerung der Scherspannung zur MPP-Durchflusskammer für elektrophysiologische Aufnahmen von scheraktivierten mechanosensitiven Ionenkanälen
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In Abbildung 1sind mehrere Fotografien mit unterschiedlichen Ansichten der MPP-Flusskammer auf der Mikroskopbühne (oberes Panel) und einer schematischen Darstellung der MPP-Durchflusskammer (untere Wandgruppe) dargestellt. Der Schaltplan beschreibt die Abmessungen des gesamten Gerätes und der Durchflusskammer. Abbildung 2 zeigt ein Foto des Schwerkraftperfusionssystems zur MPP-Durchflusskammer in unserem Labor (Obere Platte). Gez...
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Das Gefäßsystem ist ständig aktiven hämodynamischen Kräften ausgesetzt, die mechanosensitive Ionenkanäle3,22 aktivieren, aber die physiologischen Rollen dieser Kanäle in der Scherstress-induzierten Mechanotransduktion sind nur 4,6,8. Die Mechanismen, die für die Mechanosensitivität von scherenspannungsaktivierten Kanälen verantwortlich sind, bleiben unbekannt. Das hier b...
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Die Autoren haben nichts zu verraten.
Diese Arbeit wurde vom National Heart, Lung, and Blood Institute (R01 HL073965, IL) und (T32 HL007829-24, ISF) finanziert. Die Autoren möchten auch den Scientific Machine Shop an der University of Illinois in Chicago für die Generierung unserer neuesten MPP-Flusskammern würdigen.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 0,2 &Mikro; m sterile Spritzenvorsatzfilter | VWR | 28145-501 | Wird zum Filtrieren von elektrophysiologischer Pipettenlösung |
| 5-Grad-Pinzetten verwendet | Feine wissenschaftliche Werkzeuge | 1252-30 | Wird zum Übertragen von verdauten Arterien in eine frische Lösung |
| verwendet 9" Pasteur Pipet | Fisher Scientifc | 13-678-20D | Wird zum mechanischen Aufbrechen verdauter Arterien und zum Übertragen frisch isolierter endohtelialer Zellen verwendet |
| Deckglaskreise mit einem Durchmesser von 12 mm | Fisher Scientifc | 12-545-80 | Zur Verwendung bei Studien mit kultivierten Zellen und mehreren Behandlungen. Die auf das Deckglas geklebten Zellen werden für Patch-Clamp-Analysen verwendet |
| 24 mm x 40 mm Rectangluar Deckglas | Sigma-Aldrich | CLS2975224 | Deckglas zum Hinzufügen zu MPP-Durchflusskammerstücken C (Abbildung 1) |
| 24 mm x 50 mm Rechteckiges Deckglas | Sigma-Aldrich | CLS2975245 | Deckglas zum Hinzufügen zum MPP-Durchflussraum E (Abbildung 1) |
| 20 G Spritzennadeln | Becton Dickinson und Co | 305175 | Zur Verwendung bei der mechanischen Disruption von verdauten Mesenterialarterien |
| 35 mm Petrischale | Genesee Scientific | 32-103 | Zur Verwendung bei der mechanischen Disruption von verdauten Mesenterialarterien |
| Amphotericin B solubilisiert | Sigma-Aldrich | A9528-50MG | Wird zur Erzeugung der perforierten Ganzzell-Patch-Konfiguration verwendet. |
| Kollagenase, Typ I | Worthington Biochemical | 100 mg - LS004194 | Enzym, das in unserem Labor als kurzer Aufschluss nach dem ersten Cocktail aus neutraler Protease und Elastase verwendet |
| wird Dimethylsulfoxid (DMSO) | Fisher Scientifc | 67-68-5 | Lösungsmittel für Amphotericin B, das in perforierten Ganzzell-Patch-Clamps verwendet |
| wird Elastase, lyophilisiert | Worthington Biochemical | 25 mg - LS002290 | Enzym, das in unserem Labor in einem Cocktail mit neutraler Protease/Dispase verwendet wird, um die Verdauung der Arterien für die Isolierung von Endothelzellen zu beginnen. |
| Falcon Gewebekulturplatte, 6-Well, flacher Boden mit Deckel mit geringer Verdunstung | Corning | 353046 | Zur Verwendung mit Studien mit kultivierten Zellen und mehreren Behandlungen |
| Neutrale Protease/Dispase | Worthington Biochemical | 10 mg- LS02100 50 mg - LS02104 | Enzym, das in unserem Labor in einem Cocktail mit Elastase verwendet wird, um die Verdauung von Arterien für die Isolierung von Endothelzellen zu beginnen |
| SylGard | World Precision Instruments | SYLG184 | Silikonelastomer zum Verkleben des rechteckigen Deckglases mit den MPP-Durchflusskammerstücken C und E (Abbildung 1) |
| Tygon ND 10-80 Schlauch | Microbore Schlauch | AAQ04133 | ID: 0,05 Zoll, Außendurchmesser: 0,09 Zoll, Einlassperfusionsschlauch zur Verwaltung des Durchflusses zur Kammer |
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