マウスモデルは、不整脈形成の重要なメカニズムを研究することを可能にする。そのためには、パッチクランプ測定を行うために高品質の心筋細胞が必要です。ここでは、カルシウム一過性物質とL型カルシウム電流を同時に測定できる逆行性酵素ベースのランゲンドルフ灌流を介してマウス心房筋細胞と心室筋細胞を分離する方法について説明します。
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方法論記事
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マウスモデルは、不整脈形成の重要なメカニズムを研究することを可能にする。そのためには、パッチクランプ測定を行うために高品質の心筋細胞が必要です。ここでは、カルシウム一過性物質とL型カルシウム電流を同時に測定できる逆行性酵素ベースのランゲンドルフ灌流を介してマウス心房筋細胞と心室筋細胞を分離する方法について説明します。
マウスモデルは不整脈の研究において重要な役割を果たしており、イオンチャネル機能の変化やカルシウムの取り扱いなど、不整脈形成の重要なメカニズムを研究することができます。この目的のために、パッチクランプ測定を行ったり、カルシウム取り扱い異常を探ったりするために、高品質の心房または心室心筋細胞が必要です。しかしながら、現在の単離プロトコルによって得られた高品質の心筋細胞の限られた収量は、同じマウスで両方の測定を可能にすることができない。この記事では、逆行性酵素ベースのランゲンドルフ灌流を介して高品質のマウス心房および心室筋細胞を分離し、その後、1匹の動物からのカルシウム過渡現象とL型カルシウム電流を同時に測定する方法について説明します。マウスの心臓が得られ、大動脈を急速にカニューレに入れて血液を除去します。次に、心臓にカルシウムを含まない溶液(37°C)を灌流して、インターカレートされた椎間板のレベルで組織を解離させ、その後、カルシウムをほとんど含まない酵素溶液で細胞外マトリックスを破壊します(37°C)。消化された心臓はその後心房と心室に解剖されます。組織サンプルは細かく刻まれ、慎重に上下にピペッティングして溶解されます。酵素消化を停止し、細胞を生理学的カルシウム濃度まで段階的に再導入します。蛍光Ca2+指示薬をロードした後、単離された心筋細胞をカルシウム電流と過渡現象の同時測定用に調製します。さらに、分離の落とし穴が議論され、上記のように単離された心房および心室マウス筋細胞における同時カルシウム過渡測定を伴うパッチクランププロトコルおよびL型カルシウム電流の代表的な痕跡が提供されます。
心不整脈は一般的であり、世界中の何百万人もの人々に影響を与えるため、現在の主要な医療課題の1つです。不整脈は高い罹患率と死亡率1,2に関連しており、心臓突然死の大部分の根本的な原因を表しています3。最新の治療選択肢は患者の生存率を向上させましたが、根本的なメカニズムを標的とするのではなく、依然として主に対症療法です。したがって、これらの治療法の有効性は限られており、重篤な副作用を引き起こすことがよくあります4,5,6。現在の治療オプションを改善するには、根底にある病態生理学への洞察が必要であり、研究に適したモデルの必要性が生じます。小動物モデル、特にマウスモデルは、細胞の電気生理学、イオンチャネル機能、カルシウム処理に対する遺伝的影響など、不整脈形成の重要なメカニズムを研究できるため、不整脈研究において重要な役割を果たします7,8。
この目的のために、十分な量および生存率の単離された心房および心室心筋細胞が必要とされる。心房および心室筋細胞を得るための幅広い異なる単離アプローチが以前に説明されており9、10、11、12、13であり、一部のグループは、心房14または心室15のいずれかからのL型電流およびカルシウム電流誘発カルシウム過渡の同時測定からのデータを提示している。マウス心筋細胞。しかし、私たちの知る限り、1匹の動物からの心房および心室測定のデータはありません。研究者は、電気生理学からプロテオミクス、細胞収縮性やタンパク質相互作用などの機能研究、ミトコンドリア機能、遺伝学に至るまで、単離された心筋細胞を必要とする幅広いトピックに焦点を当てています。したがって、公開されているプロトコルの多くはパッチクランプ研究用に特別に開発されておらず、パッチクランプ研究には収量が制限され、細胞品質が不十分です。したがって、1匹の動物から単離された心房細胞と心室細胞のパッチクランプとカルシウム過渡の同時測定は、確立されたプロトコルでは実行できません。
パッチクランプ実験のためのマウス、特に心房筋細胞の単離は依然として困難です。本稿では、逆行性酵素ベースのランゲンドルフ灌流法により、高品質のマウス心房および心室筋細胞を単離するための簡単で迅速な方法を提供し、その後、1匹の動物からの正味の膜電流と電流誘発カルシウム過渡現象の両方を同時に測定することができます。この記事では、野生型マウスおよび遺伝子変異を有するマウスに由来する心房および心室筋細胞を単離するためのプロトコルについて詳述する。このプロトコルは、オスとメスのマウスに同様に使用できます。筋細胞単離、画像、および以下に説明する代表的な結果は、6(±1)ヶ月齢の野生型C57Bl/6マウスから得られた。それにもかかわらず、このプロトコルは、異なる遺伝子型を有する2〜24ヶ月の範囲の様々な年齢のマウスに首尾よく使用されている。 図1 は、分離セットアップと酵素灌流中のカニューレ心臓のクローズアップを示しています。
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すべての動物の手順は、ニーダーザクセン州動物審査委員会(LAVES、AZ-18 / 2900)によって承認され、動物福祉に関するすべての制度的、国内的、および国際的なガイドラインに従って実施されました。
1. 事前手配
2.臓器摘出
3.酵素消化
4.カルシウムの再導入
注:次の手順は、心房細胞と心室細胞の両方で同じであり(特に言及されていない限り)、室温で実行されます。
5.蛍光カルシウム指示薬Fluo-3 AMによる筋細胞の負荷
注意: 蛍光カルシウムインジケーターの光感度のため、次の手順は光から保護して実行する必要があります(たとえば、チューブをアルミホイルで覆うなど)。
6.前述のパッチクランプとエピ蛍光Ca2+過渡測定の同時測定16
注:パッチクランプ測定はこの記事のトピックではなく、関心のある読者は、この方法の詳細な説明を提供する主要な出版物を参照することができます17、18、19、20、21、22。それにもかかわらず、全体的な理解を深めるために、電流誘発カルシウム過渡現象とともにL型カルシウム電流を測定するためのプロトコルに関する要約が提供されています。

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単離収率は、カルシウム再導入後に10 μLの細胞懸濁液を顕微鏡スライド上にピペッティングすることによって決定されます。心房細胞単離の場合は100を超える生存可能な棒状の非収縮細胞/ 10 μL、心室細胞単離の場合は1,000を超える生存可能な棒状の非収縮細胞/ 10 μLが十分な収量と見なされ、一般的にこのプロトコルを使用して得られます。このプロトコルで得られた心房細胞は、心臓伝導系の細胞、特に洞結節、ならびに左右の心房および心房付属器からの異なる筋細胞を含む様々な異なる細胞型を示した。これらの領域は別々に解剖されないため、さまざまな細胞形態が得られます。すべての心房細胞は小さく、細胞容量は約35 pF〜100 pFの範囲であり、一部は他の細胞よりも糸状です。 図3 パネルAは、カルシウム感受性色素を負荷した心房作動心筋からの典型的な細胞を示し、このプロトコルで得られた測定の準備ができている。心室筋細胞はより棒状で大きく、細胞容量は100〜約400pFの範囲であり、 図3 のパネルBは、カルシウム感受性色素を負荷した作...
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この記事では、カルシウム一過性記録を同時に行うパッチクランプ研究のために、同じマウスから高品質の心房筋細胞と心室筋細胞を取得する簡単で機能的な方法を提供します。得られたデータの品質は、細胞単離の品質に大きく依存します。上述のように、マウス心筋細胞を単離する多くの方法が以前に記載されている9、10、11、12。単離された細胞は、パッチクランプ実験から収縮性研究、形態学的研究、プロテオミクス、ミトコンドリア機能研究など、さまざまな分析に使用されます。個々の目的ごとに、異なる方法で最適化された単離されたセルが必要です。このため、どのプロトコルも、1匹のマウスからの心房筋細胞と心室筋細胞のカルシウム取り扱い特性を同時に測定するパッチクランプ実験に適した高品質の分離につながりませんでした。これを変えるために、前述の多数のプロトコルの適応により、このプロトコルが開発されました。機械的に困難なステ...
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この研究は、ドイツ研究財団(DFG;血管医学の臨床医科学者プログラム(PRIME)、MA 2186 / 14-1からP.トムシッツおよびD.シュットラーへ。VO1568/3-1、IRTG1816、およびSFB1002プロジェクトA13からN.フォークト)、ドイツの卓越性戦略の下でのドイツ研究財団(EXC 2067/1-390729940からN.フォークト)、ドイツ心臓血管研究センター(DZHK; 81X2600255からS.クラウスおよびN.フォークト; 81Z0600206からS.ケーブ)、コロナ財団(S199/10079/2019からS.クラウス)、心血管疾患に関するERA-NET(ERA-CVD、01KL1910からS.クラウス)、 ハインリッヒ・アンド・ロッテ・ミュールフェンツル財団(S.クラウスへ)とエルゼ・クレーナー・フレゼニウス財団(EKFS 2016_A20 N.フォークトへ)。資金提供者は原稿の準備に何の役割も果たしていませんでした。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 2,3-ブタンジオン一基 | Sigma-Aldrich | 31550 | |
| 27G カニューレ | Servoprax | L10220 | |
| 4-アミノピリジン | Sigma-Aldrich | A78403 | |
| 無水 DMSO | Sigma-Aldrich | D12345 | |
| 大動脈カニューレ | Radnoti | 130163-20 | |
| BaCl2 | Sigma-Aldrich | 342920 | |
| 鈍い外科用鉗子 | Kent Scientific | INS650915-4 | |
| 牛の子牛血清 | Sigma-Aldrich | 12133C | |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | C5080 | |
| 循環温水浴 | Julabo | ME | |
| Collagenase Type II | Worthington | LS994177 | |
| ディスシジョンハサミ | ケントサイエンティフィック | INS600124 | |
| DL-アスパルタット K+-塩 | Sigma-Aldrich | A2025 | |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E4378 | |
| Fluo-3 | Invitrogen | F3715 | |
| Fluo-3 AM | Invitrogen | F1242 | |
| Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | |
| グアノシン 5′-三リン酸トリス塩 | Sigma-Aldrich | G9002 | |
| 加熱コイル | Radnoti | 158821 | |
| Heparin | Ratiopharm | 25.000 IE/5ml | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H9136 | |
| 誘導室 | CWE incorporated | 13-40020 | |
| イソフルラン | Cp-pharma | 1214 | |
| ジャケット付き心臓室 | Radnoti | 130160 | |
| KCl | メルク | 1049360250 | |
| KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P5655 | |
| MgCl x 6H2O | Sigma-Aldrich | M0250 | |
| MgSO4 x 7H<サブ>2O | シグマ・アルドリッチ | M9397 | |
| Na2ATP | Sigma-Aldrich | A2383 | |
| Na2HPO4 x 2H2O | Sigma-Aldrich | S5136 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S3014 | |
| NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S5761 | |
| ナイロンメッシュ (200 & micro;m) | VWR-ドイツ | 510-9527 | |
| パスツールピペット | Sigma Aldrich | Z331759 | |
| ペトリ皿 | サーモフィッシャー | 150318 | |
| プルロン酸 F-127 | Sigma-Aldrich | P2443 | |
| Probenecid | Sigma-Aldrich | P8761 | |
| ローラーポンプ | Ismatec | ISM597D | |
| surgical鉗子 | ケントサイエンティフィック | INS650908-4 | |
| 外科用ハサミ | ケントサイエンティ | ック INS700540 | |
| 縫合 シルク | ファインサイエンスツール | NC9416241 | |
| シリンジ | メルク | Z683531-100EA | |
| タウリン | シグマ-アルドリッチ | 86330 |
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