August 31st, 2010
と一緒にランゲンドルフモード単離心臓の灌流、 31 P NMR分光法、一つの実験に生化学や生理学の分野を組み合わせたもの。同時に生理的な機能を監視しながら、プロトコルは、心臓の高エネルギーリン酸含有量と売上高の動的な測定が可能になります。正しく実行する場合、これは心臓のエネルギー論の評価に貴重な技術です。
次の実験の全体的な目標は、分離された灌流マウスの心臓の心機能とエネルギーを観察することです。これは、LORモードでマウスの心臓を灌流することによって達成されます。グルコースとピルビン酸を豊富に含むクレブスのハンドセレクトバッファーを第2ステップとして、水で満たされたバルーンを左心室またはLVに挿入し、実験中の心機能を常に監視することができます。
次に、TPのリン酸化クレアチンリン酸の共鳴を観察することにより心臓のエネルギーを評価するために、心臓を10ミリメートルNMRチューブに入れて磁石に挿入し、LV圧力波とP31、質量分析法に基づいて心機能とエネルギーを示す無機リン酸塩の結果が得られました。 私はワシントン大学の麻酔科のMIT幹部代謝センターのスティーブ・キッツです。今日は、31 PNMR分光法と組み合わせた孤立した心臓灌流の手順を紹介します。
私たちの研究室では、この手順を使用して、バイオエンジニアリングされたマウスモデルの心機能とエネルギーを評価しています。それでは始めましょう。このプロトコルを開始するには、1リットルのクレア、したがってライトまたはKHバッファーを準備します。
5%の二酸化炭素と95%の酸素の泡を混合物に10〜15分間導入します。次に、2ミリモルの塩化カルシウムを加え、続いて基質、10ミリモルグルコースと0.5ミリモルピルビン酸を加えます。これらの実験では、P 31 Spectra の取得ごとに 2 つの別々のシステムを同時に使用します。
BRUER 14 Tマグネットは、心機能の評価のためのトップスピンV 2.1ソフトウェアを搭載したアドバンスドスリーコンソールとコンピュータと接続されます。カスタムメイドの心臓灌流システムは、パワーラボと接続されています。4つの30データ要求。
データ分析用のラボチャートPRO sixソフトウェアを搭載。心臓灌流装置は、STHポンプコントローラによって制御されるミニパルス3蠕動ポンプを含み、NMR実験中にKHバッファを心臓温度調節に灌流するために使用されます。加熱されたサーキュレーターは、心臓が磁石の中にあり、実験期間中、光ファイバー温度プローブを使用して温度が監視されている間、摂氏37.0度から37.5度の温度を維持するために使用されます。
実験全体を通して、LV圧力と灌流圧力は、データ収集システムに取り付けられた圧力トランスデューサを介して監視され、付属のソフトウェアを使用して表示されます。生理学的トランスデューサーはLV圧力を監視するために使用され、使い捨て血圧トランスデューサーは灌流圧力を監視するために使用されます。最後に、臍帯を使用して、加熱された酸素化されたバッファーを心臓に供給します。
磁石の中に入ったら、実験の開始前に、標準のイチジクモーメントマノメーターで圧力トランスデューサを校正し、トランスデューサに圧力をかけずに、キャリブレーションをゼロにします。次に、このイチジクモード圧力計をより高い圧力に膨らませます。この値をコンピュータプログラムに入力します。
次に、このイチジクモーメントマノメーターを既知の圧力まで膨らませ、コンピューター画面で確認することにより、圧力トランスデューサが適切に校正されていることを確認します。圧力トランスデューサの校正が完了したら、150ミリモルリン酸ナトリウムの標準サンプルを含む10mmNMRチューブでNMRプローブを校正します。トップスピンソフトウェアプログラムを使用してキャリブレーションを実行します。
まず、サンプルを調整して、リン共鳴の周波数を設定します。次に、サンプルをシムして均質な磁場を作り出します。この初期キャリブレーションにより、信号が容易になり、取得期間の開始に必要な時間が短縮されます。
マウスの心臓抽出を開始するために心臓がプローブ内に配置されたら、マウスに200単位のヘパリン腹腔内注射して凝固を抑えます。5分後、1キログラムあたり175ミリグラムのナトリウムペンタバルビタール腹腔内投与します。.マウスに麻酔をかけたら、マウスを仰向けに置き、腕と脚をテープで固定して胸部を露出させます。
つま先をつまんで、マウスが完全に麻酔されていることを確認します。切る。腹腔と胸部をハサミで開き、鉗子を使って胸郭を剥がし、鉗子で胸腔を露出させます。肺組織をつかみ、湾曲したハサミで心臓をそっと持ち上げます。
心臓の後ろの大きな血管を切り取り、心臓が自由になるまでマウスの頭に向かってゆっくりと続けます。すぐに氷冷したKHバッファーで心臓を停止します。臓器を氷の上に保ち、すぐに肺を取り出します。
胸腺の葉を特定し、それらをそっと剥がして大動脈を露出させます。次に、胸腺を取り外します。最後に、周囲の組織を慎重に取り除いて大動脈を分離します。
マイクロ縫合鉗子を使用して、通常、大動脈の両壁を保持して内腔を露出させます。次に、大動脈をカニューレに慎重に配置します。外径0.965mmのポリエチレンチューブ製。
マイクロベッセルクランプで大動脈を所定の位置に保持し、大動脈の周りに縫合糸をすばやく結びます。縫合糸が結ばれたら、クランプを取り外します。鉗子を使用して、カニューレが大動脈基部より上にあることを注意深く確認します。
ハートを所定の位置に保持するために必要な追加のタイを追加します。鉗子とマイクロハサミを使用して余分な組織を取り除きます。次に、左のオラクルに小さな切開を入れます。
心臓を優しく保持し、外径0.61ミリメートルのポリエチレンチューブを左心房、左心室腔、および頂点から慎重に挿入します。余分なチューブをトリミングします。次に、収縮させた水で満たされたバルーンを心房から左心室に挿入します。
粘着テープを使用してバルーンを所定の位置に保持します。次に、蠕動ポンプ速度を徐々に上げて、心臓に十分な流れを提供します。心臓がNMRプローブに配置されるまで、毎分約2ミリリットルに相当する一定の流量を使用して、KHバッファーで心臓を灌流し続けます。
マイクロメータシリンジを使用してLVバルーンを少量で膨らませ、LV圧力トランスデューサがNMR分光法で機能していることを確認します。まず、10mmのNMRチューブに心臓を慎重に挿入します。幅広のイノシシスピナーがNMRチューブの周囲に配置され、チューブを適切な位置に誘導するのに役立ちます。
プローブ内で、装置全体を粘着テープで臍帯にしっかりと取り付けます。次に、心臓を含むNMRチューブが10mmNMRプローブのコイルの内側に来るまで、へその緒を磁石の上部穴にゆっくりと下げます。心臓がプローブ内の適切な位置にあると、寄生ポンプの流れを調整して、80ミリメートルの水銀柱の灌流圧力を達成します。
ポンプコントローラーのホールドメカニズムを有効にして、灌流圧力を維持します。心臓の15〜20分のe平衡化期間を許可します。平衡期間中、LVバルーンの体積を調整して、8〜10ミリメートルの水銀柱の拡張期末圧力を達成します。
次に、分光器のパラメータを最適化して、可能な限り最高のリン信号を取得します。NMR装置をチューニングするには、電波パルスをリン原子核が共鳴する周波数に設定します。次に、平衡化期間後に磁場を均一にするためにサンプルをシムします。
複数のP 31 NMRスペクトル取得を開始します。各スペクトルの取得期間は、磁石の磁場強度、サンプルのサイズ、および特定の実験に必要な信号対雑音比によって異なります。ここでは、14テスラ磁石を使用して、20マイクロ秒の256の無線周波数パルスから得られた信号を平均化することにより、60度のフリップ角度と2.0秒の遅延でスペクトルが得られます。
この実験には約 10 分かかります。心機能の典型的な尺度であるLV発達圧力は、収縮期血圧から拡張末期血圧またはEDPを差し引くことによって得られます。正常なC 57ブラックシックスマウスでは、心臓のLV発達圧力は、通常、水銀柱の8〜10ミリメートルの固定拡張期圧力で100〜110ミリメートルの水銀柱です。
代表的なスタイリング曲線は、対照マウスと大動脈縞模様のマウスから示されています。収縮期機能は、LVバルーンの体積によって決定される、増加するLV体積に対するLV発達圧力によって表されます。拡張期機能は、LVボリュームの増加に対するEDPで表されます。
単離された灌流マウス心臓のP 31 NMRスペクトルは、ホスホクレアチンまたはPCR、TPからの3つのリン酸塩、および無機リン酸塩またはπのシグナルを提供します。ここでは、PIピークは比較的小さいです。これは、ピルビン酸または脂肪酸が供給される好気性に富んだ心臓の典型です。
虚血期間中のグルコースに加えて、このピークは増加し、PCRピークは減少します。実験中に心機能とエネルギー学の両方を同時に測定できるように、マウスの心臓を灌流用に準備する方法を紹介しました。心臓が適切に灌流されていることを確認することが重要です。
そうしないと、NMRデータの信頼性が損なわれます。というわけで、これだけです。あなたの実験に感謝し、頑張ってください。
この記事では、Langendorffモードの分離心臓灌流と31P NMR分光法を組み合わせたプロトコルについて詳しく説明し、心臓のエネルギー動態の動的測定を可能にします。この方法により、分離されたマウスの心臓で高エネルギーリン酸含量と心臓機能を同時に監視することができます。
This protocol enables simultaneous assessment of cardiac function and energetics in isolated mouse hearts, providing a physiologically relevant system for evaluating molecular modifications in cardiovascular disease models. By integrating Langendorff perfusion with 31P NMR spectroscopy, researchers can obtain real-time, quantitative readouts of high-energy phosphate metabolites alongside hemodynamic parameters, supporting mechanistic de-risking in target validation and preclinical screening workflows. The approach enhances predictive confidence by linking molecular alterations to functional and metabolic phenotypes in a disease-relevant system.
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead optimization to preclinical assessment, offering a reusable platform for evaluating cardiac liability and target engagement in disease-relevant systems.