次のプロトコルは、分離された作業ラットの心臓におけるグルコースおよび脂肪酸の酸化速度を定量的に測定するための緩衝液の調製と利用を説明しています。また、サンプル分析とデータ解釈に使用される方法についても説明します。
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次のプロトコルは、分離された作業ラットの心臓におけるグルコースおよび脂肪酸の酸化速度を定量的に測定するための緩衝液の調製と利用を説明しています。また、サンプル分析とデータ解釈に使用される方法についても説明します。
哺乳類の心臓は、ATPの主要な消費者であり、収縮のためのエネルギー基質の一定の供給を必要とします。驚くことではないが、心筋の代謝の変化は、収縮機能障害および心不全の発症に関連しています。したがって、代謝と収縮の間のリンクを解明する疾患状態における心臓の適応や不適応を支配するメカニズムの一部に光を当てる必要があります。単離された作業ラット心臓調製物は、同時に、リアルタイム、心収縮機能および酸化的代謝経路に基質を提供し、エネルギーのフラックスで、追跡するために使用することができます。現在のプロトコルは、グルコースおよび脂肪酸、心臓の基板を提供する主要なエネルギーのための酸化の速度を定量的に測定するための緩衝剤の調製及び利用において使用される方法の詳細な説明を提供することを目的とします。サンプル分析およびデータ解釈のために使用される方法も議論されています。簡単に言えば、この技術は、ex vivoでの14 C-放射性標識グルコースおよび3 H-放射性標識長鎖脂肪酸の供給に基づいて正常体温晶質灌流を介して心臓の鼓動。14 CO 2及び3 H 2 Oの端副産物基板を提供するこれらのエネルギーの利用に関与する酵素反応は、その後、定量的冠動脈流出物から回収されます。使用される放射性標識基質の比活性の知識によれば、個々の酸化経路におけるグルコースおよび脂肪酸のフラックスを定量することが可能です。単離された心臓の収縮機能は、適切な記録装置と並行して決定され、直接代謝フラックス値に相関させることができます。技術は、前および負荷および虚血、薬物またはcircula後の変更などの様々なストレス条件に応答して、代謝/収縮の関係を研究するために極めて有用ですティン因子、または遺伝子産物の発現の変化を以下。
臨床的関連
哺乳類の心臓では、酸化的代謝経路、ATP生成と心仕事1を介して基板のフラックスとの間には強い正の相関があります。過去20年間、心臓の代謝と機能との間の複雑なリンクの調査は心臓代謝の変化は、収縮不全と心臓病2-4の異なるタイプの設定で可能性の病理学的構造の再構築のための原因であることを認識することがつながっています。したがって、ストレス、心臓の代謝リモデリングを支配するメカニズムの理解が心不全5-7の予防または治療のための治療標的の同定につながることが期待されます。 「心臓代謝の評価」に関する米国心臓協会(American Heart Association)からの科学的声明の最近の刊行物はトンのための科学界の関心の高まりを強調します研究8の彼のフィールド。心臓イメージングの技術進歩は今、心形態および機能の迅速かつ正確な評価を可能にしながら、しかし、心臓代謝のin vivoでの研究は限られており、負担のまま:核磁気共鳴(NMR)分光法およびポジトロン放出断層撮影(PET)イメージングはできますエクスビボこの日付.TO 9定常状態での心臓の高エネルギーリン酸代謝及びクレブス回路のアクティビティを追跡するために使用されるが、これらの技術は、高い運用コストによって、および酸化的代謝に様々な基板の寄与を決定することができないことに悩まされています心の準備作業は、酸化的代謝経路7,9に基板の唯一かつユニークな研究に利用可能な技術、同時にかつリアルタイムで、収縮機能とフラックスを表します。以下のプロトコールは、ラットを決定するために使用される試薬の調製および使用のガイドラインを提供することを目的と孤立した作業ラット心臓における基質利用のエス。
分離されたワーキングげっ歯類ハート装置
技術は、ほぼ半世紀の古いですが、孤立した作業ラットの心臓の準備は、心血管研究のための選択の方法のまま。ランゲンドルフ心臓標本と同様に、作業げっ歯類の心臓は神経ホルモン、他の器官、および他の循環要因の交絡影響から独立して心臓パラメータの広い範囲を測定するための比較的簡単で信頼性が高く、安価な方法を提供しています。しかし、ランゲンドルフ灌流心臓とは対照的に、作業の心臓は、近生理学的な心臓の仕事、in vivoの条件に関連するレベルへの酸化代謝フラックスを生成するための前提条件を実行し続けています。この左心房に接続されたカニューレを介して左心室(LV)に潅流緩衝液を提供することによって達成され、LVがいっぱいとの契約としてされ、バッファは、決定された後負荷静水圧に対する大動脈ラインを介して排出されます。もともとニーリーや同僚10によって記述灌流装置の設計は、その後Taegtmeyer、HEMSとクレブス11によって改善されたが、それ以来はほとんど変更されています。元の装置で説明したように、収縮機能は、心拍出量の決意、メスシリンダーよりも多くを使用していないと大動脈と冠状動脈の流れ10,11を測定するためのストップウォッチを介して評価することができます。いくつかのベンダーは現在、完全な作業げっ歯類心臓灌流システムを提供しています。これらの市販の装置はflowprobes、圧力変換器、圧力 - 容積カテーテルと心臓機能データの取得および分析のために必要なすべての機器を用いて取得することができます。ベンダーは、自社の機器を持つ新しいユーザーを理解するために大規模なドキュメントやトレーニングセッションを提供します。また、いくつかの総説論文の作業心臓instrumに詳細プロトコルentationおよびげっ歯類12-15で心機能を測定するためのカテーテルの使用に関する。この理由のため、我々は簡単に潅流装置と記録装置のセットアップを言及します。現在のプロトコルではなく、同時に2つの主要なエネルギーは、正常な心臓で基質を提供し、グルコースの速度と長鎖脂肪酸酸化を測定するために実施することができる方法の説明ですでに利用可能な情報を補完することを目指しています。私たちは、サンプルの回収および処理するための試薬および緩衝液の調製から、データ分析のために、心筋の酸化的代謝の評価のための放射性標識されたエネルギー基質の利用に関わるすべての手順ここで説明します。
法の原則
心筋細胞は、(脂肪酸(主に長鎖脂肪酸)および炭水化物の酸化的リン酸化からの収縮のためのエネルギーの大部分を生成glucoseおよび乳酸)。心は非常に限られた精力的な埋蔵量を有しており、循環から基板を提供するこれらのエネルギーの安定供給に依存しています。解糖経路を介したグルコースの異化は、その後、ミトコンドリア内膜のピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体によって脱炭酸さピルビン酸を生成します。アルブミンまたはリポタンパク質トリグリセリドの循環から抽出された長鎖脂肪酸は、第一の細胞質ゾル中のアシル-CoA分子に活性化し、続いてβ酸化経路を入力するカルニチンシャトルを介してミトコンドリアのマトリックスの内部に搬送されます。グルコースおよび脂肪酸の異化作用によって生成されるアセチル-CoA分子は、ミトコンドリア内膜を横切ってプロトン起動力を構築する電子伝達系によって使用される還元当量(NADH及びFADH 2)を生成するクレブス回路を燃料とATP合成酵素の活性を介してATPを生成します。水および二酸化炭素は、端副生成物でありますクレブス回路の内部で起こっている酵素反応。 14 C-及び3 H-放射性標識された基質の供給を単離し作業心臓に(例えば14 C放射標識グルコースおよび3 H放射性標識オレイン酸のような)その結果、14 CO 2及び3 H 2 Oの生成をもたらすであろうことができます定量的冠動脈流出物から回収されます。 14 CO 2の回収は、密封されたチャンバー内に単離された灌流心を保つことによって、それが心を出るときに、すぐに冠動脈流出物を回収することによって行われます。小さな陰イオン交換カラムは、冠状動脈流出物から3 H 2 Oを分離し、回収するために使用されます。処理されたサンプルからの放射活性を液体シンチレーションカウンターで測定し、そして使用される放射性標識基質の比活性の知識を持って、それを個別におけるグルコースおよび脂肪酸のフラックスを定量することが可能です酸化は16,17の経路。
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注:すべての動物の手順はヒューマンケアと動物の使用に関するNIH公衆衛生局・ポリシーに従って行われたとミシシッピ大学医療センターの施設内動物管理使用委員会によって承認されました。放射性同位元素の使用を含むすべての手順は、ミシシッピ大学医療センターの放射線安全事務所によって設定されたガイドラインに従って承認され、実施されました。
ストック緩衝溶液および試薬の調製
灌流バッファーの調製
灌流装置の調製
注:研究者は、このようなTaegtmeyer、HEMSとクレブス11、または商業的に利用可能なシステムの1によって説明したもののようにカスタムビルド灌流装置を使用するように選択することができます。潅流システムは、通常で構成されています以下の図1に記載の要素。チューブとガラス製品のほかに、記録装置の残りの部分は任意であり、その利用が求められている実験的な質問に対処するために、研究者のニーズに依存します。それにもかかわらず、我々は、バッファ入り中のO 2濃度を決定するために酸素微小電極の使用を推奨し、冠循環( 図1)を出ました。これは、心臓が酸素の適切な量が供給される研究者の制御を助ける、および酸素供給は実験間で変化しないこと。また、「動」の酸素差の決意は、心筋酸素消費量及び心臓効率16,18を計算するために使用することができます。
4.ラット心臓の単離とカニューレ挿入
心機能及びサンプル収集の5.測定
注:代謝フラックスの決意は冠血流(CF)の知識が必要になります。以下に説明するように、冠状動脈流量値とすることができますストップウォッチの簡単な使用で得られました。さらに、同様の方法で大動脈流の測定(AF)を適用することによって、心機能の一般的な尺度として心臓パワー(CP)を計算するために使用することができる心拍出量(CO = CF + AF)の決意を可能にします式CP = CO(/ S M 3)*後負荷(PA)。心臓機能の評価のために利用できる別の方法は、圧力変換器( 図3および4)のパルス圧力の実時間測定に依存しています。オプションが、左心室の収縮期および拡張期機能の決意を含む、心収縮機能および血行動態の最も正確で詳細な測定は、圧力 - 体積(PV)コンダクタンスカテーテルを使用して達成されます。本節では、単離された心臓のカテーテル法を説明します。統計ソフトウェアとPVカテーテルおよびデータ分析のキャリブレーションに関する追加情報は、することができます参考文献14,15で見つかりました。
注意:次の手順は、放射性物質の操作を伴います。適切なPPEを着用し、施設の放射線安全事務所によって設定された安全性と廃棄物処理条例に従ってください。
心筋グルコース酸化料金の6決意
注:この方法は、ハイアミンの水酸化物の捕獲溶液と冠状動脈流出液からの14 CO 2の定量的回収で構成されています。 H 14 CO3-として溶解14 CO 2は、過塩素酸によるバッファの酸性化後に回収されます。空気と試料との間のガスの受動拡散は、時間をかけて14 CO 2の損失につながるようにサンプルがすぐに回復した後に処理されるべきです。シンチレーションバイアルをしっかりと過塩素酸を添加した後、14 CO 2の損失を防ぐために、ゴムスリーブ栓で密封されるべきです。必要に応じて、パラフィルムは、ゴムスリーブストッパを固定するために使用することができバイアル( 図2)。
心筋オレイン酸酸化料金の7決意
注:この方法は、強力な陰イオン交換樹脂を用いて冠動脈流出物からの3 H 2 Oの定量的分離・回収に基づいています。 14 CO 2の回収とは異なり、サンプルの安定性の問題がないと冠動脈流出物は、アッセイを行う前に、氷上に保持または冷凍庫で保存することができます。
8.計算




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2つの代表的実験は、以下の図に記載されています。どちらの場合も、16週齢の雄性Sprague Dawley系ラットの心臓を単離し、前述のプロトコルに従って調製KH緩衝液を用いて作業モードで灌流。各実験では、心臓は心臓の作業に影響を与えるためにストレス条件に供しました。心臓の収縮機能は、大動脈ラインの圧力変換器の挿入を通って心臓パワーの決意により脈圧を連続的に記録することにより評価しました。基板を提供するエネルギーの利用の各応力状態の影響を同時にグルコースおよびオレイン酸酸化の速度を測定することによって決定しました。
最初の実験では、作業負荷の急激な増加は、40%後負荷を増加させることにより、近生理ワークロードで20分間の灌流後にシミュレートした(手動によって達成大動脈溢流室を上げる)および潅流緩衝液( 図3A)にエピネフリン(1モル/ L)を添加することによって。脈圧トレースのピーク収縮期血圧値との間の間隔を測定する...
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前のプロトコルが同時に分離された作業用ラット心臓におけるグルコース酸化および脂肪酸酸化を介して基板のフラックスを定量化する方法を詳しく説明します。測定値は、その後、ベースラインとストレス条件(ワークロードの変化、虚血再灌流、 等 ...)の下での基質代謝と心仕事との関係を決定するために記録された心臓機能パラメータに重ね合わせることができます。代謝/収縮の関係は、例えば、心不全および糖尿病のような既存の条件に影響されるかを評価することも可能です。また、遺伝的に改変されたげっ歯類の心臓は、心臓代謝と機能上の特定のタンパク質の影響を調べるために使用することができます。最後に、これらのパラメータの薬物および他の循環要因の影響を個別に試験することができます。解糖を介してグルコースのフラックスは常にグルコース酸化の速度と相関しないので、それはかもしれフォーマ単一の実験設定で両方の経路を介してグルコースフラックスの速度に従うことを的。
3 H 2 Oの放出が糖20のエノラーゼ段階の活性によって決定されるため、解...
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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
この作業は、国立衛生研究所の助成金R00 HL112952(R.H.へ)、R01 HL108618(J.P.G.へ)、P01 HL051971、およびP20 GM104357によって支援されました。内容は著者の責任であり、必ずしも国立衛生研究所の公式見解を表すものではありません。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 塩化ナトリウム(NaCl) | フィッシャーサイエンティフィック | BP358 | |
| カリウム(KCl) | フィッシャーサイエンティフィック | BP366 | |
| リン酸カリウム一塩基性(KH<サブ>2PO<サブ>4) | フィッシャーサイエンティフィック | P284 | |
| マグネシウム硫酸塩七水和物(MgSO<サブ>4* 7H<サブ>2O) | フィッシャーScientific | M63 | |
| 重炭酸ナトリウム (NaHCO3) | Fisher Scientific | S233 | |
| 塩化カルシウム (CaCl2) | Sigma-Aldrich | C5670 | |
| AG 1-X8 樹脂、塩化物形態、100 - 200 ドライメッシュサイズ、500 g | バイオ・ラッド | 1401441 | この商品は、水酸化物フォームを直接購入することで交換できます (下記参照参照)が、これはほぼ8倍以上の |
| AG 1-X8樹脂、水酸化物形態、100 - 200ドライメッシュサイズ、100グラム | のバイオラッド | 1432445 | を購入すると、塩化物形態から水酸化物形態への陰イオン交換樹脂の変換をバイパスすることができます(プロトコルのセクション1.2を参照) |
| ガラス微量分析真空フィルターホルダー | フィッシャーサイエンティフィ | 09-753-2 | |
| 酸化ナトリウム(NaOH) | フィッシャーサイエンティフィック | S318 | 。適切な取り扱いと保管については、製品のMSDSを参照してください。 |
| フリットシリンダー付きガス分散チューブ | フィッシャーサイエンティフィック | 11-138B | |
| プロブミン ウシ 血清アルブミン 脂肪酸フリー、粉末 | EMD ミリポア | 820027 | 冷たいエタノール分画などの他の精製プロセスでは、心臓に有毒な残留物が残る可能性があるため、木炭脱脂BSAの使用をお勧めします。 |
| オレイン酸ナトリウム | Sigma-Aldrich | O7501 | |
| オレイン酸、[9,10-3H(N)]- | PerkinElmer | NET289005MC | 放射性物質。注文と取り扱いについては、所属機関の放射線安全オフィスのガイドラインに従ってください。 |
| 透析膜チューブ、直径29 mm | フィッシャーサイエンティフィック | 08-667E | |
| D-(+)-グルコース | Sigma-Aldrich | G7021 | |
| グルコース、D-[14C(U)]- | PerkinElmer | NEC042B005MC | 放射性物質。注文と取り扱いについては、所属機関の放射線安全オフィスのガイドラインに従ってください。 |
| Humulin R U-100 | Eli Lilly and Company | NDC 0002-8215-01 (HI-210) | |
| Inactin Hydrate | Sigma-Aldrich | T133 | USDEA Schedule III |
| 3-0 Silk Black Braid | Roboz Surgical | SUT-15-3 | |
| 10x Hyamine Hydroxide | PerkinElmer | 6003005 | 毒性が高く、重度の火傷を引き起こします。適切な取り扱いと保管については、製品MSDSを参照してください |
| 20 mlガラスシンチレーションバイアル | フィッシャーサイエンティフィック | 03-341-25E | 14CO<サブ>2 |
| 20 mlのHDPEシンチレーションバイアルの | フィッシャーサイエンティフィック | 03-337-23B | /sup>H2O Redの定量的回収にはHDPEバイアルを使用してください |
| ラバースリーブストッパー | フィッシャーサイエンティフィック | 14-126DD | フィット 20 mL シンチレーションバイアル;再利用可能な |
| BDプレシジョングライドニードル 23G x 40 mm | BD | 305194 | CO2トラップのゴムスリーブストッパーから過塩素酸を注入するために使用します |
| 過塩素酸、60% | フィッシャーサイエンティフィック | A228 | 腐食性が高く、酸化剤として作用したり、爆発の危険を引き起こしたりする可能性があります。適切な取り扱いと保管については、製品MSDSを参照してください |
| Ultima Gold, Scintillation Cocktail | PerkinElmer | 6013327 | |
| Glass Wool | Fisher Scientific | AC38606 | |
| Decon Dri-Clean 洗剤 パウダー | Fisher Scientific | 04-355 | ガラス製品、プラスチック部品、チューブの洗浄用 |
| Alconox Tergazyme Enzyme-Active Powered Detergent | FisherScientific | 16-000-115 | 酸-BSA残留物で汚染された「手の届きにくい」表面(チューブ、ガラス器具)の洗浄用 |
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