Name: 非遺伝的光刺激によるCa2+ 伝播を研究するための心臓微小生理学的システム (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-03-21T14:10:00.000+00:00
Duration: 8 min 29 s
Description: 学ぶ、材料ベースの光刺激法を用いた心臓微小生理学的モデルの構築手法。非遺伝的操作でCa²⁺伝播を可視化し、創薬スクリーニングや疾患モデリングに応用する非侵襲的技術を習得できます。

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<ol><li>Di Maria, F., Lodola, F., Zucchetti, E., Benfenati, F., Lanzani, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+evolution+of+artificial+light+actuators+in+living+systems%3A+from+planar+to+nanostructured+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">The evolution of artificial light actuators in living systems: from planar to nanostructured interfaces.</a> Chem Soc Rev. 47 (13), 4757-4780 (2018).</li>
<li>Manfredi, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+physics+of+plasma+membrane+photostimulation%5BTitle%5D)+AND+%22APL+Mater%22%5BJournal%5D)">The physics of plasma membrane photostimulation.</a> APL Mater. 9 (3), 030901(2021).</li>
<li>Bareket-Keren, L., Hanein, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+interfaces+for+light+directed+neuronal+stimulation%3A+advances+and+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Nanomed%22%5BJournal%5D)">Novel interfaces for light directed neuronal stimulation: advances and challenges.</a> Int J Nanomed. 9 Suppl 1 (Suppl 1), 65-83 (2014).</li>
<li>Ford, S. M., Watanabe, M., Jenkins, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+optical+pacing+with+infrared+light%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">A review of optical pacing with infrared light.</a> J. Neural Eng. 15 (1), 011001(2018).</li>
<li>Antognazza, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shedding+light+on+living+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Shedding light on living cells.</a> Adv Mater. 27 (46), 7662-7669 (2015).</li>
<li>Zhang, J., Wang, J., Tian, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Taking+orders+from+light%3A+progress+in+photochromic+bio-materials%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Horiz%22%5BJournal%5D)">Taking orders from light: progress in photochromic bio-materials.</a> Mater Horiz. 1 (2), 169-184 (2014).</li>
<li>Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Optogenetics.</a> Nat Methods. 8 (1), 26-29 (2011).</li>
<li>Ambrosi, C. M., Entcheva, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetics%27+promise%3A+pacing+and+cardioversion+by+light%5BTitle%5D)+AND+%22Future+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Optogenetics' promise: pacing and cardioversion by light.</a> Future Cardiol. 10 (1), 1-4 (2014).</li>
<li>Hopkins, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoactive+organic+substrates+for+cell+stimulation%3A+Progress+and+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater+Technol%22%5BJournal%5D)">Photoactive organic substrates for cell stimulation: Progress and perspectives.</a> Adv Mater Technol. 4 (5), 1800744(2019).</li>
<li>Vurro, V., Venturino, I., Lanzani, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+perspective+on+the+use+of+light+as+a+driving+element+for+bio-hybrid+actuation%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">A perspective on the use of light as a driving element for bio-hybrid actuation.</a> Appl Phys Lett. 120 (8), 080502(2022).</li>
<li>Bruno, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All-optical+and+label-free+stimulation+of+action+potentials+in+neurons+and+cardiomyocytes+by+plasmonic+porous+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Sci%22%5BJournal%5D)">All-optical and label-free stimulation of action potentials in neurons and cardiomyocytes by plasmonic porous metamaterials.</a> Adv Sci. 8 (21), 2100627(2021).</li>
<li>Ronchi, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nongenetic+optical+modulation+of+pluripotent+stem+cells+derived+cardiomyocytes+function+in+the+red+spectral+range%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Sci%22%5BJournal%5D)">Nongenetic optical modulation of pluripotent stem cells derived cardiomyocytes function in the red spectral range.</a> Adv Sci. 11 (3), 2304303(2023).</li>
<li>Li, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monolithic+silicon+for+high+spatiotemporal+translational+photostimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Monolithic silicon for high spatiotemporal translational photostimulation.</a> Nature. 626 (8001), 990-998 (2024).</li>
<li>Jiang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nongenetic+optical+neuromodulation+with+silicon-based+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Nongenetic optical neuromodulation with silicon-based materials.</a> Nat Protoc. 14 (5), 1339-1376 (2019).</li>
<li>Rotenberg, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Living+myofibroblast-silicon+composites+for+probing+electrical+coupling+in+cardiac+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Living myofibroblast-silicon composites for probing electrical coupling in cardiac systems.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 116 (45), 22531-22539 (2019).</li>
<li>DiFrancesco, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+firing+modulation+by+a+membrane-targeted+photoswitch%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Neuronal firing modulation by a membrane-targeted photoswitch.</a> Nat Nanotechnol. 15 (4), 296-306 (2020).</li>
<li>Paternò, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Membrane+environment+enables+ultrafast+isomerization+of+amphiphilic+azobenzene%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Sci%22%5BJournal%5D)">Membrane environment enables ultrafast isomerization of amphiphilic azobenzene.</a> Adv Sci. 7 (8), 1903241(2020).</li>
<li>Vurro, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+design+of+amphiphilic+plasma+membrane-targeted+azobenzenes+for+nongenetic+optical+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Mater%22%5BJournal%5D)">Molecular design of amphiphilic plasma membrane-targeted azobenzenes for nongenetic optical stimulation.</a> Front Mater. 7, 631567(2021).</li>
<li>Vurro, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+modulation+of+excitation-contraction+coupling+in+human-induced+pluripotent+stem+cell-derived+cardiomyocytes%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">Optical modulation of excitation-contraction coupling in human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes.</a> iScience. 26 (3), 106121(2023).</li>
<li>Vurro, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-triggered+cardiac+microphysiological+model%5BTitle%5D)+AND+%22APL+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Light-triggered cardiac microphysiological model.</a> APL Bioeng. 7 (2), 026108(2023).</li>
<li>Florindi, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+stretch-activated+channels+in+light-generated+action+potentials+mediated+by+an+intramembrane+molecular+photoswitch%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Transl.+Med%22%5BJournal%5D)">Role of stretch-activated channels in light-generated action potentials mediated by an intramembrane molecular photoswitch.</a> J. Transl. Med. 22 (1), 1068(2024).</li>
<li>McCain, M. L., Agarwal, A., Nesmith, H. W., Nesmith, A. P., Parker, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micromolded+gelatin+hydrogels+for+extended+culture+of+engineered+cardiac+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Micromolded gelatin hydrogels for extended culture of engineered cardiac tissues.</a> Biomaterials. 35 (21), 5462-5471 (2014).</li>
<li>Park, S. -J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Insights+into+the+pathogenesis+of+catecholaminergic+polymorphic+ventricular+tachycardia+from+engineered+human+heart+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Insights into the pathogenesis of catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia from engineered human heart tissue.</a> Circulation. 140 (5), 390-404 (2019).</li>
<li>Lee, K. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+autonomously+swimming+biohybrid+fish+designed+with+human+cardiac+biophysics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">An autonomously swimming biohybrid fish designed with human cardiac biophysics.</a> Science. 375 (6581), 639-647 (2022).</li>
<li>Lian, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directed+cardiomyocyte+differentiation+from+human+pluripotent+stem+cells+by+modulating+Wnt%2F%CE%B2-catenin+signaling+under+fully+defined+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Directed cardiomyocyte differentiation from human pluripotent stem cells by modulating Wnt/β-catenin signaling under fully defined conditions.</a> Nat Protoc. 8 (1), 162-175 (2013).</li>
<li>Prondzynski, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+and+reproducible+generation+of+human+iPSC-derived+cardiomyocytes+and+cardiac+organoids+in+stirred+suspension+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Efficient and reproducible generation of human iPSC-derived cardiomyocytes and cardiac organoids in stirred suspension systems.</a> Nat Commun. 15 (1), 5929(2024).</li>
<li>Pasqualini, F. S., Sheehy, S. P., Agarwal, A., Aratyn-Schaus, Y., Parker, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+phenotyping+of+stem+cell-derived+cardiomyocytes%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cell+Rep%22%5BJournal%5D)">Structural phenotyping of stem cell-derived cardiomyocytes.</a> Stem Cell Rep. 4 (3), 340-347 (2015).</li>
<li>Fonck, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+aging+on+elastin+functionality+in+human+cerebral+arteries%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Effect of aging on elastin functionality in human cerebral arteries.</a> Stroke. 40 (7), 2552-2556 (2009).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>alamarBlue 細胞生存率試薬</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>DAL1025</td><td>細胞生存率アッセイ</td></tr><tr><td>B-27 サプリメント、インスリンを差し引いた</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>A1895601</td><td>細胞培養用</td></tr><tr><td>ウシ血清アルブミン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A9056-50G</td><td>細胞染色用</td></tr><tr><td>BrainVision Analyzer ソフトウェア&nbsp;</td><td>Brain Products</td><td>https://www.brainproducts.com/downloads/analyzer/</td> <td>データのエクスポートと取り扱い</td></tr><tr><td>BTS</td><td>Sigma</td><td>203895-5MG</td><td></td></tr><tr><td>CHIR99021</td><td>Stem Cell Technologies</td><td>72054</td><td></td></tr><tr><td>クリアスクラッチおよびUV耐性アクリルシート、12インチ x 12インチ x 0.01インチ</td><td>McMaster Carr</td><td>4076N11</td><td>組織チップ製造</td></tr><tr><td>コラゲナーゼII型&nbsp;</td><td>ワージントン</td><td>CLS-2 / LS004176</td><td></td></tr><tr><td>DNase II</td><td>VWR</td><td>89346-540</td><td></td></tr><tr><td>エッセンシャル 8 ミディアム&nbsp;</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィ</td>ック <td>A1517001</td><td>細胞培養用</td></tr><tr><td>フィブロネクチン</td><td>VWR</td><td>47743-654</td><td></td></tr><tr><td>ブタ皮ゲル強度 175 タイプA</td><td>シグマ-アルドリッチ</td><td>G2625-100G</td><td>組織チップ製造</td></tr><tr><td>ゲルトレックス LDEVフリー、hESC認定、低成長因子 基底膜マトリックス</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>A1413302</td><td>コーティング</td></tr><tr><td>HBSS&nbsp;</td><td>サーモフィッシャー</td><td>14175-095</td><td></td></tr><tr><td>HEPES (1 m)</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>15630080</td><td></td></tr><tr><td>ヘキスト 33342&nbsp;</td><td>ライフテクノロジー</td><td>H1399</td><td>細胞染色用</td></tr><tr><td>インスリン溶液 ヒト</td><td>Sigma Aldrich</td><td>I9278-5ML</td><td></td></tr><tr><td>IWR-1-endo</td><td>幹細胞技術</td><td>72564</td><td></td></tr><tr><td>パラフォルマデヒド 16% 水溶液 (PFA)</td> <td>VWR</td><td>100503-917</td><td>細胞染色用</td></tr><tr><td>PBS、滅菌、500 mL</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>10010049</td><td>組織チップ製造</td></tr><tr><td>リン酸緩衝生理食塩水</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>10010049</td><td></td></tr><tr><td>プルロン酸F-127(DMSO中の20%溶液)</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>P3000MP</td><td>非イオン性界面活性剤</td></tr><tr><td>ROCK阻害剤 Y-27632</td><td>Stem Cell Technologies</td><td>72304</td><td></td></tr><tr><td>RPMI 1640 Medium, GlutaMAX Supplement</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>61870127</td><td>細胞培養用</td></tr><tr><td>RPMI 1640 ミディアム、フェノールレッドなし</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>11835030</td><td>オプティカルマッピング</td></tr><tr><td>Versene Solution</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>15040066</td><td>キレート剤</td></tr><tr><td>VWR 汎用ラボラトリー ラベリングテープ</td><td>VWR</td><td>89098-058</td><td>ティッシュチップ製造</td></tr><tr><td>X-Rhod-1 AM</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>X14210</td><td>オプティカルマッピング</td></tr></tbody></table>

非遺伝的光刺激によるca2+ 伝播を研究するための心臓微小生理学的システム

A Cardiac Microphysiological System for Studying Ca2+ Propagation via Non-genetic Optical Stimulation

レーザーパターニング、ゼラチン成形、および細胞播種技術の組み合わせを使用して、人工層状心臓組織を作製するための多段階プロセスが開発され、実装されました。もともとはMcCainら22 とLeeら24によって確立されたこの技術は、彼らのプロトコルに従って、人工的な層状微小組織を構築するために再実装されました。このプロセスでは、構造誘導のための精密なレーザーベースのパターニング、足場材料としてのゼラチン、生体模倣組織環境を作り出すための制御された細胞播種が統合されています。(図1)。
紙基板の成膜には、厚さ1mmのアクリル基板に白と青の2層のラボ用ラベリングテープを接着することで、後続のステップのための堅牢なベースを提供し、製造プロセス中の正確な視覚化と操作を可能にしました(図1A)。レーザーパターニングを採用して、基板上に目的のチップ形状を実現し、最適化されたパラメータによ...

非遺伝的光刺激によるCa2+ 伝播を研究するための心臓微小生理学的システム

In vitro cardiac microphysiological models are highly reliable for scientific research, drug development, and medical applications. Although widely ...

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Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

この記事では、電位差色素（ジ- 8 -...

ランゲンドルフ灌流ラット心臓の光学的マッピング

そのまま孤立ランゲンドルフ灌流マウス心臓における本論文では詳細解剖の手順を、楽器のセットアップ、および実験条件膜電位の光学マッピング（VM）の間と細胞内カルシウムトランジェント（CAT）。...

マウスの心臓の活動電位およびカルシウムトランジェントの光学的マッピング

マウス筋細胞の単離の方法論と、同時デジタル細胞幾何学的測定と蛍光光光測定を用いたサルコメア短縮トレースと同時に電圧またはカルシウムの痕跡を得る方法を提示する。...

単離マウス心室筋細胞の光学イメージング

ウサギ心筋細胞におけるGtACR1活性化の電気機械効果を評価するプロトコルを提示する。細胞分離、培養、アデノウイルス伝達、パッチクランプ、炭素繊維技術による機能実験に関する詳細な情報を提供します。...

光遺伝学的変調型心筋細胞活性の電気機械評価

本プロトコルは、前臨床薬物検査のためのヒト心臓スライスの切り離しおよび培養の手順を説明し、これらのスライスから膜貫通電圧および細胞内カルシウム信号を同時に記録するための光学マッピングの使用について詳述する。...

ヒトの神経ノチカルスライスの二重電圧およびカルシウム光学マッピングによる前臨床心臓電気生理学的評価

このプロトコルは、細胞内光学バイオ変調のためのシリコンナノワイヤの使用を、簡単かつ容易に行う方法で説明する。この技術は、多様な細胞タイプに適応性が高く、インビトロおよびインビボ用途にも使用できます。...

シリコンナノワイヤと細胞間電気結合の研究のための光刺激

ここでは、高速モジュラーフォトメトリーシステムを用いた誘導多能性幹細胞由来心筋細胞からの作用電位の光学的獲得および特性評価について述べている。...

ヒト人工多能性幹細胞由来心筋細胞における単細胞光学作用電位測定

本研究では、トランスジェニックチャネルロドプシン-2(ChR2)マウスの無傷マウス心臓の心調律を、マイクロLEDアレイによる局所光刺激と心外膜電位の同時光学マッピングを用いて制御する方法を報告する。...

マウス心臓における光遺伝学的マルチサイト光刺激の適用による高度な心調律管理

我々は、多くの カエノラブディティス・エレガンス...

複数の小生物からの自動マルチモーダル刺激と同時神経記録

このプロトコルは、光学的および電気的双方向バイオインターフェーシングのための高度な材料製造と ex vivo...

健康および虚血 性ex vivo ラット心臓における双方向電気および光電子界面

学ぶ、材料ベースの光刺激法を用いた心臓微小生理学的モデルの構築手法。非遺伝的操作でCa²⁺伝播を可視化し、創薬スクリーニングや疾患モデリングに応用する非侵襲的技術を習得できます。

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