Évaluation de l’électrophysiologie cardiaque préclinique par la double tension et la cartographie optique du calcium des tranches cardiaques organotypic humaines

Sharon  A. George; Jaclyn  A. Brennan; Igor R. Efimov

doi:10.3791/60781

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Article de méthode

Évaluation de l’électrophysiologie cardiaque préclinique par la double tension et la cartographie optique du calcium des tranches cardiaques organotypic humaines

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DOI :

10.3791/60781

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16 juin 2020

Sharon A. George^*¹ , Jaclyn A. Brennan^*¹ , Igor R. Efimov¹

¹Department of Biomedical Engineering, The George Washington University

^* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

Ce protocole décrit la procédure de sectionnage et de culture de tranches cardiaques humaines pour les tests de médicaments précliniques et détaille l’utilisation de la cartographie optique pour l’enregistrement de la tension transmembrane et des signaux de calcium intracellulaire simultanément à partir de ces tranches.

Résumé

Des préparations de tranches cardiaques humaines ont récemment été développées comme plate-forme pour les études de physiologie humaine et les tests thérapeutiques afin de combler le fossé entre les essais animaux et cliniques. De nombreux modèles animaux et cellulaires ont été utilisés pour examiner les effets des médicaments, mais ces réponses diffèrent souvent chez l’homme. Les tranches cardiaques humaines offrent un avantage pour le dépistage des drogues en ce qu’elles sont directement dérivées de cœurs humains viables. En plus d’avoir conservé des structures multicellulaires, un couplage cellule-cellule, et des environnements de matrice extracellulaire, les tranches de tissu cardiaque humain peuvent être utilisées pour tester directement l’effet d’innombrables médicaments sur la physiologie cardiaque humaine adulte. Ce qui distingue ce modèle des autres préparations cardiaques, comme les cœurs entiers ou les coins, c’est que les tranches peuvent être soumises à une culture à plus long terme. En tant que tel, les tranches cardiaques permettent d’étudier les effets aigus ainsi que chroniques des médicaments. En outre, la capacité de recueillir plusieurs centaines à mille tranches d’un seul cœur en fait un modèle à haut débit pour tester plusieurs médicaments à des concentrations et des combinaisons variables avec d’autres médicaments en même temps. Des tranches peuvent être préparées à partir de n’importe quelle région du cœur. Dans ce protocole, nous décrivons la préparation des tranches ventriculaires gauches en isolant les cubes de tissu de la paroi libre ventriculaire gauche et en les sectionnant en tranches à l’aide d’un microtome vibrant de haute précision. Ces tranches peuvent alors être soumises à des expériences aiguës pour mesurer la fonction électrophysiologique cardiaque de base ou cultivées pour des études de médicaments chroniques. Ce protocole décrit également la double cartographie optique des tranches cardiaques pour des enregistrements simultanés des potentiels transmembranes et de la dynamique intracellulaire de calcium pour déterminer les effets des drogues étudiées.

Introduction

Les modèles animaux ont été un outil précieux utilisé pour comprendre les mécanismes sous-jacents de la physiologie humaine et de la pathophysiologie, ainsi qu’une plate-forme pour les tests préliminaires des thérapies pour traiter diverses maladies¹. De grands progrès ont été réalisés dans le domaine de la recherche biomédicale sur la base de ces études animales². Cependant, il existe d’importantes différences entre les espèces entre les physiologies humaines et animales, y compris les souris, les rats, les cochons d’Inde, les lapins, les moutons, les porcs et les chiens³^,