Una tecnica seminale che ha spianato la strada a importanti approfondimenti sulla fisiologia cardiomiocite è l'isolamento dei cardiomiociti ventricolari viventi dai cuori intatti1. I cardiomiociti isolati possono essere utilizzati per studiare la normale struttura cellulare e la funzione, o le conseguenze degli esperimenti in vivo; ad esempio, per valutare i cambiamenti nell'elettrofisiologia cellulare o nell'accoppiamento eccitazione-contrazione nei modelli animali di malattia cardiaca. Inoltre, cardiomiociti isolati possono essere utilizzati per la coltura cellulare, interventi farmacologici, trasferimento genico, ingegneria tissunte, e molte altre applicazioni. Pertanto, metodi efficienti per l'isolamento cardiomiocato sono di fondamentale importanza per la ricerca cardiaca di base e traslazionale.
I cardiomiociti di piccoli mammiferi, come i roditori, e da mammiferi più grandi, come maiali o cani, sono comunemente isolati dalla perfusione coronarica del cuore con soluzioni contenenti collagene grezze e/o proteasi. Questo è stato descritto come il metodo "gold standard" per l'isolamento cardiomiocato, con conseguente resa fino al 70% delle cellule vitali2. L'approccio è stato utilizzato anche con i cuori umani, con conseguente cardiomiocazione accettabile produce3,4,5. Tuttavia, poiché la perfusione coronarica è fattibile solo se il cuore intatto o un grande cuneo miocardiale contenente un ramo dell'arteria coronaria è disponibile, la maggior parte degli esemplari cardiaci umani non sono adatti a questo approccio a causa delle loro piccole dimensioni e della mancanza di una vascolatura appropriata. Pertanto, l'isolamento dei cardiomiociti umani è impegnativo.
I campioni miocardali umani sono per lo più costituiti da blocchi di tessuto di dimensioni variabili (circa 0,5 x 0,5 x 0,5 cm a 2 x 2 x 2 cm), ottenuti attraverso biopsie endomiocardali6, miectomie setttiva7, impianti VAD8, o da cuori espiantati9. Le procedure più comuni per l'isolamento cardiomiocato iniziano con l'amatare il tessuto utilizzando forbici o un bisturi. I contatti tra cellule vengono poi interrotti dall'immersione nei tamponi senza calcio o a basso contenuto di calcio. Questo è seguito da più passaggi di digestione con estratti di enzimi grezzi o enzimi purificati come proteasi (ad esempio, trypsina), collagenasi, ialuronidae, o elastase, con conseguente disintegrazione della matrice extracellulare e liberazione dei cardiomiociti. In una fase finale, critica, una concentrazione fisiologica di calcio deve essere accuratamente ripristinata, o il danno cellulare può verificarsi a causa del calcio-paradosso10,11,12. Questo approccio di isolamento è conveniente, ma in genere inefficiente. Per esempio, uno studio ha scoperto che quasi 1 g di tessuto miocardiale era necessario per ottenere un numero sufficiente di cardiomiociti adatti per esperimenti successivi13. Una possibile ragione per basse rese è il metodo relativamente duro di macinare il tessuto. Questo può danneggiare in particolare i cardiomiociti situati ai bordi del pezzo anche se questi miociti sono più probabilità di essere rilasciato dalla digestione ezimatica.
Un altro aspetto che può influenzare l'efficienza di isolamento e la qualità delle cellule ottenute da campioni umani è la durata dell'ischemia del tessuto. La maggior parte dei protocolli menzionano i tempi di trasporto brevi al laboratorio come prerequisito per buoni risultati. Questo limita lo studio dei cardiomiociti ventricolari umani ai laboratori con strutture di cardiochirurgia nelle vicinanze. Insieme, queste restrizioni ostacolano la verifica di importanti risultati da modelli animali nei cardiomiociti umani. Sono quindi auspicabili protocolli di isolamento migliorati che consentono rese elevate di cardiomiocazione da piccole quantità di tessuto, preferibilmente senza gravi danni dopo lunghi tempi di trasporto.
Descritto qui è un protocollo di isolamento basato sulla digestione ezimatica di sottili fette di tessuto miocardiale generate con un vibratome14,15. Dimostriamo che l'isolamento dalle fette di tessuto è molto più efficiente di quello dei pezzi di tessuto macinati con le forbici. Il metodo descritto non solo consente elevate rese di cardiomiociti umani vitali da piccole quantità di tessuto miocardico, ma è applicabile anche ai campioni immagazzinati o trasportati in soluzione cardioplegica fredda per un massimo di 36 h.