本プロトコールでは、マウス心臓の摘出とカニュレーションの手順、およびランゲンドルフ後向き灌流システムの準備と構成について説明します。この実験装置は、心房および心室の自然な動態を維持しながら、その機械的反応を評価するために設計された高解像度光学システムと組み合わされています。
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方法論記事
* These authors contributed equally
本プロトコールでは、マウス心臓の摘出とカニュレーションの手順、およびランゲンドルフ後向き灌流システムの準備と構成について説明します。この実験装置は、心房および心室の自然な動態を維持しながら、その機械的反応を評価するために設計された高解像度光学システムと組み合わされています。
マウス心臓は、工学技術の進歩により、心血管研究において広く利用されているモデルです。しかし、マウス心臓はサイズが小さいため、心房および心室の収縮能の評価は依然として困難です。本研究では、摘出した無処置の心臓において、収縮能と心拍数を評価するための新しい手法を導入します。Langendorff灌流マウス心臓と高解像度光学システムを組み合わせることで、心房および心室の収縮能の評価が可能となります。この実験系は、高解像度信号を取得しつつ、心臓のサイズの小ささと収縮速度の速さに関連する課題を解決しています。420から660 beats per minute (bpm)の範囲における刺激周波数と心収縮周波数の同期は、auxotonic法による結果と一致していました。さらに、心室短縮および心房動態信号の測定により、心房心室収縮の判定が可能になります。本手法は、薬理学的または全身的な影響を受けずに、摘出した無処置の心臓における収縮能と心拍数を評価するのに適しています。これらの結果は、本光学システムが心室および心房の短縮反応の測定を可能にすることを実証しています。
心臓生理学にはまだ多くの解明すべき点があります。心臓のペースメーカー機能や興奮収縮連関などの主要なプロセスは、絶えず研究されている中心的な教義です1。生物学的ノイズが心筋収縮能2やペースメーカー活動に及ぼす影響はまだ十分に理解されていませんが1、新しい光学イメージング手法によって、新たなパラダイムが提示されています3,4。
Langendorff系を用いた2つの実験手法が、心機能の測定に極めて重要な貢献をしてきました。1つ目は、左心室に挿入した小型バルーンから信号を得る等容性収縮法であり5,6,7、2つ目は、糸の一端を心尖部に、もう一端を機械的記録装置に縫い付け、心軸方向のオーキストニック収縮を測定して信号を得るオーキストニック記録法です2,8。しかしながら、マウスの心臓は極めて小さいため、心房および心室の収縮能を評価することは困難です。さらに、心臓は損傷を受けやすいため、処置には一定の慎重さが求められます9,10,11,12,13。
マウス心臓の機械的ダイナミクスを評価するためのこの光学システムには、いくつかの斬新な特徴と利点があります。第一に、本手法は薬理学的または全身的な影響がない状態で、摘出したままの完全な心臓における収縮能および心拍数を評価するのに適しています。また、本プロトコルは、薬理学的治療、細胞再生治療、または酸素療法に基づいた治療法を検討する際の虚血再灌流傷害の評価実験においても効果的に活用できます。
本論文では、高解像度光学システムを用いてマウス心臓の収縮機能の生物物理学的パラメータを記録するためのプロトコルを提示します。この手法は、単離した無傷の心臓における収縮能および心拍数の評価に有用です。さらに、心房および心室の収縮能の評価も可能です。本研究のランゲンドルフ法によるマウス心臓標本では、筋肉の収縮を阻害することなく、灌流液の温度低下とモーションアーチファクトを最小限に抑えるためのわずかな修正を加えた改良を導入しています。
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すべての動物実験は、動物実験およびケアに関する連邦規制に従って実施され、CINVESTAVの動物ケア委員会の承認を得ました(CINVESTAV Zacatenco, D.F., Mexico)。本研究では、体重 28–34 g、週齢 8–14 週のC57BL/6J雄マウスを使用します。プロトコルで使用したすべての材料および器具は、材料表に記載されています。補足ファイル 1–11には、本プロトコルの補足図、ソフトウェアガイド、解析プログラム、ペーシングデータ、およびアプリケーションファイルが提供されています。
1. ストック溶液の調製
2. ランゲンドルフ装置の接続と洗浄
3. 実験中のタイロード溶液の調製
4. ランゲンドルフ系の準備
注:実験当日にランゲンドルフ装置がエタノールで満たされていない場合は、手順を進めることは推奨されません。代わりに セクション2を繰り返してください。
5. 光学系14
6. 外科的手順およびカニュレーション手順
7. ペーシングプロトコルおよびビデオ録画
8. ラングンドルフ灌流システムの実験後クリーンアップ
9. ビデオ処理

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心機能測定実験は、図に示すLangendorff装置を用いて行います。 図1A (上)モニタリングシステムおよび光学系により、照明制御がトリガーされた際にビデオ録画が可能となります。これは、以下の図に示されています。 図1A (下). 図1C 周囲の温度変動や光から心臓を隔離して維持するように設計された、恒温制御キャビネットの外観を示しています。図に示されているように 図1B単離心は、ランゲンドルフ装置、光学系、および刺激系で構成される実験セットアップにおいて、参照物体として配置されます。
〜に示されているように 図2A、摘出した心臓を、逆行性灌流下で心房および心室の正面像を明確に得られ...
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マウスの心臓は温度変化に対して非常に敏感です2,9,10,11,22。本実験では、灌流心臓を垂直に配置しました。また、Langendorff灌流法において灌流液の温度低下とモーションアーティファクトを最小限に抑えるため、わずかな修正を加えました。灌流液の温度を37 ± 0.5 °Cに維持し、温度低下を最小限にするためにサーペンチンに再循環ポンプを追加し、モーションアーティファクトを最小限にするためにドレナージベースを追加しました。さらに、Figure 1に示すように、光学系と、心臓組織を均一に照射するために両側に配置された2つの強度調整可能なLED光源を備えた断熱キャビネットを使用しました。
実験的な...
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著者に申告すべき利益相反はありません。
本研究は、科学・人文・技術・イノベーション事務局(SECIHTI)の助成金(助成番号:LN-2025-C-23)による支援を受けて行われました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1 mL シリンジ | BD Plastipak | 302485 | 外科的手順 |
| 20 G 針 | NIPRO | AH-2032 | 大動脈カニューレ |
| 25 mm 調節可能レンズ(倍率 8x-100x) | Generic | N/A | 光学システムカメラレンズ(調節可能カメラレンズとして言及) |
| 27 G 針 | BD PrecisionGlide | 302358 | 外科的手順 |
| 3D設計サポートパーツ | CINVESTAV | N/A | カスタム3D設計サポートパーツ |
| 4-0 シルク縫合糸 | AMERICAN SUTURE | TGSN0901 | 大動脈カニューレ |
| 40-A 電源 | STEREN | PRL-25 | LED電源 |
| エアストーン | N/A | N/A | タイロード液の酸素供給 |
| CaCl2 (2H2O) | Sigma-Aldrich | C3306 | タイロード液 |
| D-グルコース | J.T. Baker | 1916-01 | タイロード液 |
| ドレナージポンプ | CINVESTAV | N/A | カスタムドレナージポンプ(ドレナージポンプとして言及) |
| F = 25.4 mm 平凸レンズ | THORLABS | LA1951-A | 光学システム照明レンズ(平凸照明レンズとして言及) |
| 氷酢酸 | Sigma-Aldrich | 695092 | ランゲンドルフシステムの洗浄 |
| ヘパリン | PiSA | 060M91 | 抗凝固剤 |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | タイロード液 |
| 高出力LED | Luminius | CBT-90-G-L11-C12 | LED光源 |
| 照明システム | CINVESTAV | N/A | カスタム照明システム(照明システムとして言及) |
| KCl | CTR SCIENTIFIC | CTR02196 | タイロード液 |
| LabVIEW ソフトウェア version 2018 | NATIONAL INSTRUMENTS | N/A | モニタリングおよびペーシングアプリケーションの実行に使用するソフトウェア(モニタリングおよびペーシングアプリケーションとして言及) |
| MATLAB ソフトウェア | The MathWorks | N/A | ビデオの正規化、セグメンテーション、および解析プログラム用の計算ソフトウェア(計算ソフトウェアとして言及) |
| 医療用酸素 | GRUPO INFRA | N/A | タイロード液の酸素供給 |
| MgCl2 (6H2O) | CTR SCIENTIFIC | CTR02104 | タイロード液 |
| 可変流量ミニポンプ | CONTROL COMPANY | 3385 | 灌流ポンプ |
| マウス外科手術キット | Kent Scientific | INSMOUSEKIT | 外科的手順 |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S5886 | タイロード液 |
| NaH2PO4 | DEQ | DEQF290400250 | タイロード液 |
| NaOH | CTR SCIENTIFIC | CTR03108 | pH調整 |
| NI USB-6009 | NATIONAL INSTRUMENTS | 779026-01 | データ収集カード |
| 白金電極、径 0.25 mm | Sigma-Aldrich | 349402 | 電気刺激電極 |
| 電源 (12 V, 30 A) | Karnick | PTA-12V30A | リサーキュレーター用電源 |
| 圧力モニター | CINVESTAV | N/A | カスタム圧力モニター(圧力モニターとして言及) |
| 圧力トランスデューサ | LA BOUVET | B17295 | ランゲンドルフシステム圧力モニター |
| 純エタノール | Sigma-Aldrich | 493511 | システム洗浄用エタノール |
| 循環式恒温槽 (LXC) | PolyScience | L113A0412 | リザーバーリサーキュレーター |
| 生理食塩水 | PiSA | 111848 | 0.9% 塩化ナトリウム (NaCl) 液 |
| 蛇行管式恒温槽 | CINVESTAV | N/A | カスタム蛇行管リサーキュレーター/恒温槽 |
| 実体顕微鏡 | N/A | N/A | 外科的手順 |
| 実体顕微鏡照明 | N/A | N/A | 外科的手順 |
| uEye Cockpit ソフトウェア | IDS Imaging Development System GmBH | N/A | カメラ画像収集ソフトウェア(カメラ画像収集ソフトウェアとして言及) |
| UI-3360CP-NIR-GL Rev.2 | IDS | AB00624 | 高速CMOSカメラ(CMOSカメラとして言及) |
| キシラジン | PiSA | 4001211 | 麻酔剤 |
| ゾレチル 100 | Virbac | 83048907 | チレタミン-ゾレパゼム麻酔剤(麻酔剤混合液として言及) |
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