Articolo metodologico

Automated Analysis Contrazione di ingegneria dei tessuti umani Cuore per lo screening cardiaco Drug Safety

DOI:

10.3791/55461

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15 aprile 2017

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1Department of Experimental Pharmacology and Toxicology, Cardiovascular Research Center, University Medical Center Hamburg-Eppendorf and DZHK (German Center for Cardiovascular Research)

In questo articolo

Sommario

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Qui mostriamo la generazione di tessuto cardiaco ingegnerizzato umano da cellule staminali pluripotenti indotte (hiPSC) -derived cardiomiociti. Presentiamo un metodo per analizzare forza di contrazione e l'alterazione esemplare del modello di contrazione dal hERG inibitore canale E-4031. Questo metodo mostra elevato livello di resistenza e affidabilità screening di farmaci cardiaco.

Abstract

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ingegneria tessuto cardiaco descrive tecniche per costituire tre tessuti ingegnerizzati genera forza dimensionali. Per l'attuazione di queste procedure in ricerca di base e lo sviluppo di farmaci preclinico, è importante sviluppare protocolli per la generazione e l'analisi automatizzata in condizioni standardizzate. Qui, presentiamo una tecnica per generare tessuto cardiaco Engineered (EHT) da cardiomiociti di specie differenti (ratto, topo, umane). La tecnica si basa sul complesso di fibrina gel contenente cardiomiociti dissociate tra polidimetilsilossano elastico (PDMS) posti in un formato a 24 pozzetti. Tridimensionali, EHTs forza generatrice costituiscono entro due settimane dopo la fusione. Questo procedimento consente la generazione di diverse centinaia EHTs settimana ed è tecnicamente limitato solo dalla disponibilità di cardiomiociti (0,4-1,0 x 10 6 / EHT). Valutazione delle contrazioni muscolari auxotonic viene eseguita in una camera di incubazione modificato con un meccaninterblocco ical per piastre da 24 pozzetti ed una telecamera posta sulla parte superiore di questa camera. Un software controlla una videocamera spostata su un sistema di assi XYZ a ciascun EHT. contrazioni EHT vengono rilevati da un algoritmo automatizzato figura riconoscimento, e la forza è calcolata sulla base accorciamento del EHT e la propensione elastica e geometria dei posti PDMS. Questa procedura permette di analisi automatica di un numero elevato di EHT in condizioni standardizzate e sterili. La rilevazione affidabile degli effetti della droga su cardiomiociti contrazione è cruciale per lo sviluppo di farmaci cardiaco e sicurezza farmacologica. Noi dimostriamo, con l'esempio della hERG inibitore canale E-4031, che il sistema EHT umano replica risposte farmacologiche sulla cinetica di contrazione del cuore umano, indicando che sia uno strumento promettente per lo screening sicurezza dei farmaci cardiaca.

Introduzione

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effetti collaterali cardiaci, come la sindrome del QT lungo indotta da farmaci hanno portato a ritiri dal mercato negli ultimi anni. Le statistiche indicano che circa il 45% di tutti i prelievi sono causa di effetti indesiderati sul sistema cardiovascolare 1. Questo fallimento della droga dopo il costoso processo di sviluppo e approvazione è lo scenario peggiore per le aziende farmaceutiche. reparti di ricerca e sviluppo, pertanto si concentrano sul rilevamento di tali effetti cardiovascolari indesiderati nella fase iniziale. Per preoccupazioni economiche ed etiche, gli sforzi per ridurre gli esperimenti sugli animali e sostituirli con nuovi test screening in vitro sono in corso.

Una serie di test stabiliti sono inclusi negli Stati Uniti Food and Drug Administration (FDA) e l'Agenzia europea per i medicinali (EMA) linee guida per la valutazione preclinica di effetti della droga proaritmici 2. La tecnologia di riprogrammazione delle cellule somatiche seguita dalla differenziazione delleindotte cellule staminali pluripotenti umane (hiPSC) potenziato questo campo di ricerca 3. Esso offre ora la possibilità per lo screening di nuovi farmaci candidati su cardiomiociti umani in vitro ed evita problemi con differenze tra le specie. Protocolli di differenziamento cardiaco Recenti 4, 5 forniscono fornitura illimitata di cardiomiociti senza preoccupazione etica. Tuttavia, la misurazione della forza contrattile, il più importante e caratterizzato dal parametro vivo dei cardiomiociti, non è ben stabilita. Questo è legato alla relativa immaturità 6 dei cardiomiociti indotte umane staminali pluripotenti derivate da cellule (hiPSC-CM) rispetto al cardiomiociti adulti. Una possibile l'avanzamento è di ingegnere tessuto cardiaco 3-dimensionale da singole cellule 7 (tessuto cardiaco ingegnerizzato, EHT). Il protocollo si basa su EHT incorporare singolo murino o cardiomiociti umani 8 sup>, 9, 10 in fibrina idrogel tra due polidimetilsilossano flessibile (PDMS) posti 11 in formato a 24 pozzetti. Nel giro di pochi giorni i cardiomiociti iniziano a contrarsi spontaneamente come singole cellule e cominciano a formarsi le reti cellulari. Dopo 7-10 giorni, contrazioni macroscopiche di tutto il tessuto sono visibili. Durante questo processo la matrice extracellulare è rimodellato, che porta ad una diminuzione di diametro e lunghezza. L'accorciamento dei risultati EHT in flessione della PDMS caricare anche durante il riposo, sottoponendo cardiomiociti nel EHT sviluppo a carico continuo. EHTs continuano a svolgere le contrazioni muscolari auxotonic per diverse settimane. EHTs nell'uomo hanno dimostrato risposte a stimoli fisiologici e farmacologici che indicano la loro idoneità per lo screening di droga e la malattia di modellazione 7.

In questo manoscritto vi presentiamo un protocollo robusto e facile per i Generatisu EHT umana, e l'analisi automatizzata di contrattilità concentrazione cambiamenti a carico del pattern contrazione in presenza di inibitori del canale hERG.

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Protocollo

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NOTA: I seguenti passaggi descrivono un protocollo di coltura cellulare. Si prega di eseguire in condizioni sterili e utilizzare i media pre-riscaldato.

1. cardiaco Differenziazione dei hiPSC

  1. Coltivare la hiPSC
    1. Piastre cappotto 6 pozzetti (1 ml / pozzetto) o fiasche T75 (7 mL / fiasco) a matrice della membrana basale ridotto fattore di crescita (es geltrex, 1: 200; vedi tabella dei materiali) diluito in terreno Eagle modificato da Dulbecco (DMEM) per 30 min a 37 ° C. Preparare FTDA mezzo 12 mescolando DMEM base / F-12 di media con 2 mM L-glutammina, 0,5% di penicillina / streptomicina, 5 mg / L transferrina, 5 ug / L di selenio, 0,1% di siero albumina umana, 1x lipide-mix, 5 mg / L di insulina, 50 nM dorsomorphin, 2,5 ng / mL activina A, 0,5 ng / mL umana TGFß1 e 30 ng / mL FGF2.
    2. HiPSC seme (~ 3 x 10 del 5/10 cm²) in terreno di coltura e FTDA a 37 ° C, 5% di CO 2, 21% O 2 con cambio medio giornaliero (Figura 1A). A 80% di confluenza, passaggio (1: 2-1: 6) con etilene diammina tetraacetico (EDTA; 0,5 mM; incubazione volta ~ 4 min).
  2. La formazione di corpi embrionali (EB)
    1. Coltivare hiPSC in fiasche T75 ad alta densità.
      1. Lavare palloni con cellule confluenti due volte con tampone fosfato senza calcio e magnesio (PBS) e incubare in 0,5 mM EDTA per ~ 10 min. Assicurarsi che le cellule non si staccano dal fondo del pallone.
      2. Rimuovere EDTA con pipetta di vetro, lavare le cellule con 10 ml di PBS, toccare flaconi al banco per staccare le cellule.
        NOTA: Utilizzare raschietto cella se necessario.
      3. Raccogliere le cellule in tubo da 50 ml, aggiungere ¼ di volume (per esempio 10 mL RMPI a 40 mL sospensione cellulare) RPMI 1640 (o qualsiasi altro mezzo standard contenente 1,8 mM di calcio) e centrifugare a 250 xg per 5 min.
    2. Risospendere il pellet cellulare in terreno FTDA integrato con 4 mg / ml di alcool polivinilico (PVA) e10 pM Y27632 e contare le cellule in una camera di Neubauer.
    3. Riempire il matraccio filatore con la sospensione cellulare (30 x 10 6 cellule / 100 ml di mezzo supplementato con FTDA PVA e Y-27632; vedere il punto 1.2.2) e avviare EB formazione in fiasche filatore (regolare la velocità del rotore di agitatore magnetico a 40 rpm ) nell'incubatrice coltura cellulare (37 ° C, 5% di CO 2, 5% O 2) per tutta la notte.
  3. differenziazione mesodermal
    1. Durante la formazione EB, coltura cellulare cappotto beute adatto per coltura in sospensione con tensioattivo non ionico (14 mL / T175) per una notte a 37 ° C.
    2. La mattina successiva, lavare fiaschi tensioattivi rivestite due volte con PBS (30 mL / T175). Aggiungere nuovo PBS e mantenere in incubatrice fino a quando necessario.
    3. Rimuovere la beuta filatore dall'incubatore.
      NOTA: sospensione cellulare dovrebbe essere chiaro con piccole EBs macroscopicamente visibili (Figura 1B).
    4. Trasferire 50 ml di sospensione di una vasca conica 50 mLE e lasciare EBs accontentarsi di 5-20 min.
    5. Rimuovere il surnatante e lavare il pellet con 7 ml di RPMI 1640 integrato con il 2% di PVA e 10 pM Y-27632. sospensione trasferimento ad un graduato 15 ml tubo conico e stima EB disponibilità (~ 50-100 microlitri).
    6. Trasferire il contenuto delle beute filatore per palloni T175 trattati e lasciarlo su cremagliera a V per sedimentazione fino a 20 min. Rimuovere il surnatante e lavare corpi embrionali come sopra indicato. Non riempire il pallone T175 con più di 200 ml di sedimentazione sarebbe troppo lungo. Se il volume iniziale pallone filatore superiore a 200 mL, raggruppati sospensione EB a diverse fiasche T175 e unire nuovamente EBs dopo il lavaggio.
    7. Rimuovere mezzo di lavaggio e risospendere in terreno per la differenziazione del mesoderma, cioè RPMI integrato con 4 mg / mL PVA, 0,5% di penicillina / streptomicina, 10 mM 4- (2-idrossietil) -1-piperazineethanesulfonic (HEPES), 0,05% di siero umano albumina, 5 ug / ml di transferrina, 5 ng / mL selenito di sodio, 0,1% della miscela lipidica, 250 uM fosfo-ascorbato, 10 uM Y-27632, 10 ng / mL morphogenic proteina ossea-4 (BMP-4), e 3 ng / mL activina A, 5 ng / mL FGF2 stabile.
    8. Rimuovere PBS da fiasche T175 tensioattivi rivestite e riempire con sospensione cellulare (200 microlitri EBS in 40 mL). Utilizzare palloni più piccoli per il volume più piccolo EB.
    9. Coltivare EBS in sospensione per tre giorni (37 ° C, 5% di CO 2, 5% O 2). Scambio 50% del mezzo (stessa composizione nella fase 1.3.7) ogni giorno (cremagliera sedimentazione a V utilizzo). Preparare mezzo fresco ogni giorno prima dell'alimentazione.
  4. differenziazione cardiaca
    1. Preparare nuovi vasi tensioattivi rivestite il giorno prima e gestire come sopra (1.3.2).
    2. Dopo tre giorni di induzione di mesoderma, lasciate EBs accontentarsi di un massimo di 5 min a cremagliera sedimentazione. Rimuovere la maggior parte del mezzo e lavare con RPMI 1640 integrato con 0,5% di penicillina / streptomicina e 10 mM HEPES.
    3. Trasferimento 10 ml di sospensione EB al laureato15 ml tubo e stima del volume EB dopo la sedimentazione.
    4. Risospendere EBs attentamente in terreno di differenziamento cardiaco costituito da RPMI 1640 integrato con 0,5% di penicillina / streptomicina, 10 mM HEPES, 0,05% albumina di siero umano, 5 ug / ml di transferrina, 5 ng / mL di sodio selenito, 0,1% della miscela lipidica, 250 uM fosfo -ascorbate, 1 pM Y-27632, 100 nM Wnt-inibitore DS-I-7 13.
    5. Trasferimento EBS alle nuove fiasche di coltura cellulare tensioattivi rivestite (~ 200 microlitri EBS in 46 mL / T175).
    6. Incubare per tre giorni (37 ° C, 5% di CO 2, O 2 21%) con il 50% variazione media (tessitura media vedere fase 1.4.4) del secondo e terzo giorno. Non modificare il medium entro le prime 48 ore.
    7. Incubare in mezzo costituito da RPMI 1640 supplementato con 500 mM 1-tioglicerolo, 10 mM HEPES, 0,5% di penicillina / streptomicina, 1 pM Y-27632, 2% supplemento coltura delle cellule neurali senza siero (es B27) con insulina, 100 nM Wnt , inibitore DS-I-7 con cambio giornaliero del 50% medio per i prossimi quattro giorni. EBs dovrebbero iniziare battere entro questo periodo.
    8. Dopo una settimana di differenziazione cardiaca, passare al medesimo mezzo senza inibizione Wnt e con supplemento coltura delle cellule neurali senza siero. Cambiare il 50% della media tutti i giorni, tranne che per il primo giorno.
  5. La dissociazione dei cardiomiociti umani
    NOTA: Dopo due settimane di protocollo di differenziazione, EBS dovrebbe mostrare contrazioni spontanee (Figura 1C). In tal caso, avviare la dissociazione e preparare la soluzione collagenasi.
    1. Preparare una soluzione di collagenasi pesata e risolvendo 200 U / ml in soluzione salina bilanciata priva di calcio Hanks' senza calcio / magnesio (HBSS) e aggiungere 1 mM HEPES, 10 uM Y-27632, 30 uM sulfonamide N-benzil-p-toluene ( BTS). Sterilizzare mediante filtrazione (filtro da 0,2 micron) e aliquote conservare a -20 ° C. Scongelare aliquote a 4 ° C durante la notte.
    2. Settle EBS su rack di sedimentazione,medio aspirare e sostituirlo con 20-25 ml preriscaldata HBSS. Ripetere questa fase di lavaggio una volta di più.
    3. Aspirare HBSS e sostituirlo con soluzione di collagenasi pre-riscaldato (15 mL / T175). Incubare per 4 ore in incubatore di coltura cellulare (37 ° C, 5% di CO 2, 21% O 2).
    4. Preparare tampone bloccante con DMEM integrato con 1% di penicillina / streptomicina e DNasi (12 ug / ml).
    5. Toccare le fiasche di coltura cellulare in panchina, dissociato EBs dovrebbe disintegrarsi e cadere a pezzi (in caso contrario, aumentare il tempo di incubazione). sospensione cellulare delicatamente triturate e trasferire in una provetta conica da 50 ml. Lavare palloni con tampone di bloccaggio (15 mL / T175) e trasferimento a tubo.
    6. Centrifugare per 10 min a 100 x g. Risospendere le cellule in DMEM caldo, triturate e contare le cellule.

2. Generazione di ingegneria tessutale Cuore (EHT)

  1. Autoclave disponibili in commercio cremagliere PDMS e Polytetrafluorethylene distanziatori (PTFE) (vedi Materiali eAttrezzature foglio di calcolo; Figura 2) e preparare le seguenti soluzioni in condizioni sterili, un giorno prima generazione EHT.
    1. Preparare 2% agarosio mediante pesatura e dissoluzione in volume appropriato di PBS, autoclave, immediatamente conservare a 60 ° C.
    2. Preparare aprotinina (33 mg / mL) di pesatura e dissoluzione in volume appropriato di aqua iniectabilia pubblicitarie, filtro sterile (filtro da 0,22 micron), aliquota e conservare a -20 ° C.
    3. Preparare fibrinogeno (200 mg / ml) sciogliendo fibrinogeno sterile in volume appropriato di sterile 0,9% NaCl (tiepida), aliquota e conservare a -20 ° C.
    4. Preparare trombina (100 U / ml) sciogliendo trombina sterile in tre parti PBS sterile e 2 parti iniectabilia ad aqua, aliquote di 3 ml di tubetti e conservare a -20 ° C.
    5. Preparare 10x DMEM sciogliendo 670 mg 10x DMEM polvere in 5 mL iniectabilia aqua pubblicitarie, filtrata sterile e conservare a 4 ° C.
    6. Preparare 2x DMEMmiscelando 2 mL 10x DMEM con 2 mL di siero di cavallo inattivato al calore, 0,2 mL di penicillina / streptomicina e 5,8 mL iniectabilia aqua pubblicitarie, filtrata sterile e conservare a 4 ° C.
    7. Preparare EHT-colata medio (ECM) miscelando DMEM con 10% di siero fetale inattivato al calore vitello, 1% di penicillina / streptomicina e 1% di L-glutammina (200 mM), conservare a 4 ° C.
  2. Preparare stampi da fonderia in piastre da 24 pozzetti pipettando 1,6 mL agarosio caldo (2%, PBS) e ponendo il distanziatore PTFE (Figura 2A) nei pozzetti.
    NOTA: Posizionare spacer subito dopo pipettando in un massimo di 8 pozzetti - agarosio solidifica molto veloce. Non lasciare l'agarosio a temperatura ambiente per più di 5 minuti.
  3. Dopo la solidificazione agarosio (~ 10 min, agarosio girerà opaco), rimuovere i distanziali PTFE (Figura 2C) e posizionare i PDMS cremagliere (Figura 2B) negli stampi di colata in modo tale che coppie di perni di PDMS raggiungono in ciascuno stampo (Figura 2D).
  4. Risospendere le cardiomiociti in ECM con una concentrazione minima di 15 x 10 6 cellule / ml.
  5. Preparare 110% del volume stimato di mix ricostituzione in un fondo rotondo tubo da 15 ml a 24 ice.For EHTs, Pipetta mix ricostituzione elencate nella Tabella 1 per cardiomiociti umani, ratto o il topo, rispettivamente (10% in più è incluso).
    NOTA: concentrazione cellulare del mix ricostituzione è diverso per umana (10 x 10 6 cellule / ml), ratto (4.1 x 10 6 cellule / ml) e mouse (6.8 x 10 6 cellule / ml) EHTs. A seconda della concentrazione della sospensione cellulare, aggiungere ulteriori ECM ad un volume finale di 2.640 ml. Il fibrinogeno deve essere tiepida per il pipettaggio. Lentamente riempire la punta della pipetta e non toccare la superficie del mix ricostituzione freddo con la pipetta fibrinogeno contenenti quando si aggiunge al mix fibrinogeno ricostituzione - la viscosità del fibrinogeno nel puntale aumenterebbe immediatamente.
  6. Triturare il mix ricostituzione 10 - 15 volte con una pipetta sierologica fino a quando il coagulo di fibrinogeno si scioglie. Controllare il mix ricostituzione nella pipetta per l'omogeneità.
  7. Per ogni EHT, pipetta 100 microlitri della miscela ricostituzione in un'aliquota trombina (3 ml in tubo da 200 ml), miscelare e pipettare il composto nella agarosio-slots più rapidamente possibile (figura 2E). Utilizzare una nuova punta filtro per ogni EHT. Risospendere il mix ricostituzione (triturazione con sierologica pipetta 5-10 volte) dopo ogni 8 EHTs.
  8. Una volta che tutti gli slot sono riempiti con miscela ricostituzione, chiudere il coperchio del piatto di coltura cellulare e incubare a 37 ° C, 7% di CO 2 per 2 h.
  9. Rimuovere la piastra dall'incubatore e posto sotto cappa sterile. Coprire ogni pozzetto con una piccola quantità di mezzo (es DMEM, circa 200 - 500 microlitri), agitare delicatamente la piastra e incubare nuovamente a 37 ° C per almeno 10 min. L'aggiunta di DMEM faciliterà la cancellazione dal gel di fibrina da stampi di fusione agarosio.
  10. Preparare una nuova piastra a 24 pozzetti con 1,5 mL EHT-mezzo per pozzetto costituito da DMEM supplementato con siero 10% inattivato al calore cavallo, 1% di penicillina / streptomicina, 10 ug / ml di insulina, 33 ug / ml di aprotinina.
  11. Rimuovere accuratamente i rack PDMS dagli stampi di colata agarosio e trasferirli alla piastra 24 pozzetti medio-riempita (Figura 2F). Porre la capsula posteriore nell'incubatrice (37 ° C, 7% di CO 2, il 40% O 2 per EHTs umano e di ratto, 21% O 2 per EHTs topo) e mangimi lunedì, mercoledì e venerdì con appena preparato EHT-medie. EHTs dovrebbero mostrare contrazioni spontanee deviatori montanti delle scaffalature PDMS 7-10 giorni dopo il getto (Figura 1D, 2G).
    1. Per topo EHTs aggiungono 25 ug / mL di βDarabinofuranoside 5-citosina di terreno di coltura per 48 h per limitare la proliferazione dei fibroblasti.

Analisi 3. Contrazione

NOTA: L'analisi contrazione si basa suVideo-ottico di registrazione in uno strumento di analisi EHT disponibile in commercio (vedi Tabella materiali). L'unità centrale di tale strumento è una camera di incubazione (Figura 3A). Il software fornito con lo strumento calcola forza di contrazione in base flessione delle PDMS post con noti modulo elastico e geometria 11 (figura complementare 1).

  1. Accendere il dispositivo di riscaldamento della macchina 2 h prima della misurazione. Attivare fornitura gas ed elettronica del sistema di assi immediatamente prima dell'analisi contrazione.
  2. Per registrazione di base (punto di riferimento per l'analisi), collocare il 24-a micropiastre con le EHTs in EHT-medio nello strumento di analisi EHT e avviare il software di analisi contrazione secondo il manuale fornitore.
    1. Fare clic sulla scheda "Protocol" sul pannello di destra e inserire le informazioni utili per quanto riguarda il nome dello studio, utente, specie, cetipo II, l'età, la lunghezza della registrazione e osservazioni aggiuntive.
    2. Fare clic sulla scheda "Vista Camera" sul pannello di sinistra e avviare la modalità Live telecamera con modalità di rilevamento figura automatica. Scegliere la scheda "Configurazione" sul pannello di destra andadjust la posizione della fotocamera con il xyz coordinate per ciascun pozzetto in 24-ben piatto. Assicurarsi che l'EHT si trova al centro della finestra e nella messa a fuoco della fotocamera.
      1. Assicurarsi che il coperchio del piatto coltura cellulare non è nebbia per non comprometterne il riconoscimento figura e l'analisi contrazione.
        NOTA: L'algoritmo figura riconoscimento si basa sulla rilevazione aree ad alto contrasto e il controllo della loro cambiamento di posizione. Nel software queste aree di riconoscimento figura saranno contrassegnati con una traversa blu che si muove con le contrazioni del EHT.
      2. Assicurarsi che le posizioni delle croci blu sono ad entrambe le estremità superiore e inferiore dei EHTs e muovendo solo verticalmente corrispondere le contrazioni dei EHTs (Figura 3B). Sposizioni di impostazione ave di ogni pozzetto premendo il tasto "posizione ok".
    3. Avanti, fare clic sulla scheda "Parametri" sul pannello di sinistra. I parametri visualizzati qui definiscono i criteri con cui il software identifica una contrazione di picco e segna con un quadrato verde. Questi valori sono molto importanti per la corretta identificazione dei picchi di contrazione (Figura 3C) e senza punti di dati falsi (Figura 3E-F).
      NOTA: un elenco di specie parametri dipendenti ed esempi è illustrato in Figura 3H. Per ulteriori informazioni, si prega di consultare il manuale del software.
    4. Fare clic sulla scheda "Automatico" sul pannello di destra e di avviare l'analisi attivando il pulsante "Start". Il software si sposterà in sequenza da un bene per i prossimi, registrare EHT contrazioni e calcolare la forza durante la registrazione (visualizzato nella scheda "in tempo reale" sul pannello di sinistra). Al termine dell'analisi, un resoconto PDF summarizing i risultati verrà generato automaticamente.
  3. Salvare e analizzare il pdf segnalare il sistema generato per riassumere i risultati.
  4. Monitorare i parametri contrattili di misurazione ripetuta per diversi giorni. L'EHT aumenterà in forza di contrazione fino a quando non ha raggiunto un plateau (solitamente intorno al giorno 15 della cultura).
  5. lo screening di stupefacenti
    1. Preparare proteina soluzione di Tyrode libero un giorno prima misurazione ed equilibrare in piastre da 24 pozzetti (2 mL / pozzetto) in incubatrice coltura cellulare (37 ° C, 7% di CO 2, il 40% O 2) durante la notte: 120 mM NaCl, 5.4 mM KCl, 1 mM MgCl 2, 0,1-5 mM CaCl 2, 0.4 mM NaH 2 PO 4, 22,6 mM NaHCO 3, 5 mM di glucosio, 0,05 mM Na 2 EDTA, 25 mM HEPES. Aggiungere il calcio fino a 1,8 mm o precedentemente determinato [CE 50] per indagare gli effetti inotropi positivi.
    2. Pesare e sciogliere il farmaco in DMSO e filtrata sterile, se necessario.Preparare 6 diverse soluzioni 1000x-sub-archivi (in DMSO) della concentrazione di lavoro (ad esempio, 0,3, 1, 3, 10, 30, 100 pM per il rispettivo nanomolare).
    3. Diluire il rispettivo magazzino nelle piastre Tyrode (2 ml ciascuna 2 mL pozzetto) e miscelare accuratamente. Posizionare le piastre di nuovo in incubatrice fino a quando necessario.
    4. Avviare la misurazione basale prendendo la prima 24 a micropiastre Tyrode-riempite sotto il cofano e la posizione carbonio sterili elettrodi nei pozzetti. Trasferire le cremagliere PDMS con EHTs posti sopra elettrodi di carbonio, chiudere il coperchio, mettere la piastra posteriore nell'incubatrice e attendere per un periodo di equilibrazione di circa 30 min.
    5. Trasferire i EHTs dal termostato al blocco nello strumento di analisi EHT. Chiudere lo strumento e registrare contrattilità basale spontanea (20 s / EHT).
    6. Collegare gli elettrodi di carbonio per il cavo di stimolazione e inizia la stimolazione elettrica delle EHTs (2,5 V, 4 ms durata dell'impulso, umano: ~ 1 Hz, ratto: ~ 2Hz, mouse: ~ 4 Hz). Registrare la linea di base "ritmo" (10 s / EHT). Assicurarsi che tutte le EHTs siano adeguatamente stimolati. frequenza di stimolazione e la tensione può variare da linea cellulare alla linea cellulare.
    7. Dopo registrazione di base, rimuovere i EHTs dallo strumento e trasferire gli elettrodi con le cremagliere PDMS in alto, al 24 pozzetti piastra con la prima concentrazione di farmaco. Trasferire l'EHTs nuovo sul blocco dello strumento di analisi EHT immediatamente e incubare lì (incubazione farmaco standard di tempo ad esempio 20 min).
    8. Ricollegare i cavi di stimolazione, regolare riconoscimento figura e registrare contrazioni EHT rispondono alla prima concentrazione di farmaco.
    9. Per le seguenti concentrazioni di farmaco, ripetere passaggio 3.5.7 e 3.5.8 con le piastre da 24 pozzetti contenenti concentrazioni di farmaco più elevate.
    10. Salvare tutte le registrazioni in formato pdf. Controllare ogni registrazione di riconoscimento figura, il corretto posizionamento di quadrati verdi identificare picchi di contrazione e artefatti (vedi 3.2.1 e la Figura 3 ).
    11. Eseguire l'analisi offline supplementare se necessario.
      1. Scegli la rispettiva corsa dalla banca dati "corre" sul pannello di sinistra cliccando su "selezionare Esegui". Nella scheda "Parametri" sulla sinistra, cambiare il parametro per l'analisi contrazione. Ora scegliere "l'analisi non in linea" nella scheda "Offline" sul pannello di destra per rianalizzare i video.
      2. Per regolare il riconoscimento figura e quindi registrare un nuovo file video, scegliere "recensione campione" dopo aver regolato il riconoscimento figura nella scheda "in tempo reale". NOTA: recensione del campione può rianalizzare un solo bene alla volta, mentre l'analisi offline può applicare nuovo parametro per tutti i pozzetti facendo clic sul pulsante "Utilizzare il parametro su tutti i pozzetti" nel pannello "Parametri" sulla sinistra. Entrambi i tipi di analisi non in linea creeranno automaticamente nuovi file di dati e pdf visualizzazione dei risultati.
    12. Analizzare l'esperimento combinando i risultati della Biological replica e sintetizzare i dati delle curve concentrazione-risposta per la frequenza, la forza di contrazione, tempo di contrazione e tempo di rilassamento (Figura 5D) e / o visualizzazione grafica di picchi contrazione media (Figura 5C).
      NOTA: deposito PDMS e PTFE distanziatore può essere usato ripetutamente (PDMS rack max 5 volte, e PTFE distanziale all'infinito.). Dopo l'uso, pulire manualmente con acqua, bollire due volte in acqua demineralizzata e autoclave. Essere consapevoli dei potenziali effetti di riporto, quando ri-utilizzando gli scaffali, come farmaci potrebbero essere assorbiti dai PDMS.

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Risultati

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Cardiaca Differenziazione e preparazione di EHT

HiPSC sono state estese su matrice membrana basale fattore di crescita ridotta, dissociata con EDTA e corpi embrionali (EBS) formate in fiasche filatore notte. Dopo l'induzione mesodermal per tre giorni, differenziazione cardiaca è stato avviato con l'inibitore Wnt. Dopo ~ 17 giorni di protocollo di differenziazione, EBS battendo state dissociate in singole cellule con collagenasi d...

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Discussione

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tessuto cardiaco ingegnerizzato offre una valida opzione per la cassetta degli attrezzi della ricerca cardiovascolare. EHTs nel formato a 24 pozzetti sono dimostrati utili per malattia modellazione 8, 14, della sicurezza del farmaco 7, 8, 10, 11, 15, o ricerca cardiovascolare di base

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Dichiarazioni

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IM, TE e AH sono co-fondatori di EHT Technologies GmbH, Germania.

Ringraziamenti

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Gli autori sono grati ad Alessandra Moretti e Dennis Schade per la gentile apporto di materiale. Riconosciamo il grande supporto del gruppo di lavoro IPS e EHT presso il Dipartimento di Farmacologia Sperimentale e Tossicologia della UKE. Il lavoro degli autori è sostenuto da sovvenzioni dal DZHK (Centro tedesco per la ricerca cardiovascolare) ed il Ministero dell'Istruzione tedesco e della ricerca (BMBF), la Fondazione tedesca per la ricerca (DFG Es 88 / 12-1, HA 3423 / 5-1 ), Centro nazionale britannico per la sostituzione Affinamento & Riduzione degli animali nella ricerca (NC3Rs CRACK-IT concedere 35.911-259.146), la British Heart Foundation RM / 13/30157, il Consiglio europeo della ricerca (Advanced Grant IndivuHeart), la Fondazione tedesca Cuore e la Freie und Hansestadt Hamburg.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Strumento di analisi EHT EHTTechnologies GmbHA0001Il software è incluso
EHT PDMS rackEHT Technologies GmbHC0001
EHT PTFE spacerEHT Technologies GmbHC0002
Elettrodo EHTTechnologies GmbHP0001
EHT stimolatore adattatore/cavo EHTTechnologies GmbHP0002
piastra a 24 pozzettiNunc144530
piastra per coltura cellulare a 6 pozzettiNunc140675
provetta falcon da 15 mL, graduata Sarstedt62.554.502
Raschietto cellulareSarstedt831.830
Pallone rotanteIntegra182 101
Agitatore Variomag/ Cimarec Biosystem Direct Thermo scientific70101Regola la velocità del rotore a 40 giri/min
Pallone per colture cellulari T175Sarstedt 831.812.002
Scaffalatura per sedimentazione a VRealizzato su misura presso UKE Hamburgna
10× DMEMGibco52100
1-TioglicerinaSigma AldrichM6145
2-Fosfo-L-ascorbico acido trisodico saleSigma Aldrich49752
Activin-A R& Sistemi D338-AC
AgarosioInvitrogen15510-019
AprotininSigma AldrichA1153
Aqua ad injectabiliaBaxter GmbH1428
B27 PLUS insulina Gibco17504-044
BMP-4R& Sistemi D314-BP
Collagenasi IIWorthingtonLS004176
DMEMBiochromF0415
DMSO Sigma AldrichD4540
DNasi II, tipo V (da milza bovina)Sigma D8764
Dorsomorfina abcamab120843
EDTA Roth8043.2
Siero fetale di vitelloGibco10437028
FGF2Miltenyi Biotec130-104-921
Fibrinogeno (bovino)Sigma AldrichF8630
Geltrex GibcoA1413302Per rivestimento: diluizione 1:200
HBSS senza Ca2+/Mg2+ Gibco14175-053
HEPES Roth9105.4
Siero di cavalloTecnologie di vita26050088
Albumina sierica umana Biological Industries05-720-1B
Insulina, umanaSigma AldrichI9278
L-glutamminaGibco25030-024
Lipidmix Sigma AldrichL5146
MatrigelBD Biosciences354234Per la ricostituzione EHT.
N-Benzil-p-ToluenesulfonamideTCIB3082-25G
PBS senza MgCl2/CaCl2Biochrom14190
Penicillina/StreptomicinaGibco15140
Pluronic F-127 Sigma AldrichP2443
Alcool polivinilico Sigma AldrichP8136
RPMI 1640 Gibco21875
Selenito di sodioSigma AldrichS5261
TGFß 1Peprotech100-21
TrombinaSigma AldrichT7513
Transferrin Sigma AldrichT8158
Y-27632Biorbytorb6014
hiPSCCustom made at UKE hamburgna
iCell cardiomyocytes kitCellular Dynamics InternationalCMC-100-010-001
Pluricyte cardiomyocyte kitPluriomicsPCK-1.5
Cor.4U - HiPSC cardiomyocytes kitAxiogenesis AGAx-C-HC02-FR3
Cellartis cardiomiocitiTakara Bio USA, Inc.Y10075

Riferimenti

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  27. EHT Technologies GmbH. , Available from: http://www.eht-technologies.com Forthcoming.

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