인간 조직형 심장 슬라이스의 이중 전압 및 칼슘 광학 매핑에 의한 전임상 심장 전극생리학 평가

Sharon  A. George; Jaclyn  A. Brennan; Igor R. Efimov

doi:10.3791/60781

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방법 논문

인간 조직형 심장 슬라이스의 이중 전압 및 칼슘 광학 매핑에 의한 전임상 심장 전극생리학 평가

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DOI:

10.3791/60781

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2020년 6월 16일

Sharon A. George^*¹ , Jaclyn A. Brennan^*¹ , Igor R. Efimov¹

¹Department of Biomedical Engineering, The George Washington University

^* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 전임상 약물 검사를 위해 인간의 심장 조각을 단면화 및 배양하는 절차를 설명하고 이러한 조각에서 동시에 세포간 전압 및 세포내 칼슘 신호를 기록하기 위한 광학 매핑의 사용을 자세히 설명합니다.

초록

인간 심장 슬라이스 제제는 최근 인간 생리학 연구 및 치료 테스트를 위한 플랫폼으로 개발되어 동물 실험과 임상 시험 사이의 격차를 해소하고 있습니다. 수많은 동물 및 세포 모델은 약물의 효과 검사 하는 데 사용 되었습니다., 하지만 이러한 응답은 종종 인간에서 다릅니다. 인간의 심장 조각은 실행 가능한 인간의 마음에서 직접 파생된다는 점에서 약물 검사에 대한 이점을 제공합니다. 다세포 구조, 세포 세포 커플링 및 세포 외 매트릭스 환경을 보존하는 것 외에도 인간 심장 조직 조각은 성인 인간 심장 생리학에 무수한 약물의 효과를 직접 테스트하는 데 사용할 수 있습니다. 이 모델을 전체 하트 나 웨지와 같은 다른 심장 준비와 구별하는 것은 슬라이스가 장기적인 문화를 받을 수 있다는 것입니다. 따라서 심장 조각은 급성뿐만 아니라 약물의 만성 효과를 연구 할 수 있습니다. 더욱이, 단일 심장에서 수백에서 천 조각을 수집하는 능력은 동시에 다른 약물과 다양한 농도와 조합에서 여러 약물을 테스트하는 높은 처리량 모델을 만든다. 슬라이스는 심장의 주어진 부위에서 제조 할 수 있습니다. 이 프로토콜에서는 왼쪽 심실 프리 월에서 조직 큐브를 분리하고 고정밀 진동 미세 토메를 사용하여 조각으로 분할하여 왼쪽 심실 슬라이스의 준비를 설명합니다. 이 조각은 그 때 기준선 심장 전기 생리학적 기능을 측정하기 위하여 심각한 실험을 복종하거나 만성 약 연구 결과를 위해 배양될 수 있습니다. 이 프로토콜은 또한 조사되는 약의 효력을 결정하기 위하여 세포내 전위 및 세포내 칼슘 역학의 동시 기록을 위한 심장 조각의 이중 광학 매핑을 기술합니다.

서론

동물 모델은 인간 생리학 및 병리학의 기본 메커니즘을 이해하는 데 사용되는 귀중한 도구뿐만 아니라 다양한 질병을 치료하는 치료의 예비 테스트를위한^{플랫폼이었습니다 1.} 이 동물 연구 2에 근거를 둔 생물 의학 연구의 분야에서 큰 보폭을 취했습니다^2. 그러나, 마우스, 쥐, 기니피그, 토끼, 양, 돼지 및 개^3,^,^4를포함하여 인간과 동물 생리학 사이에 중요한 종 간 차이가 존재한다. 그 결과, 동물 실험 단계에서 약속을 보였지만 임상 시험^5의결과에 부응하지 못하는 수많은 약물, 유전자 및 세포 치료법이 있었습니다. 이러한 격차를 해소하기 위해, 고립된 심장 심근세포와 인간 유도만능 줄기세포(iPSC)는 다양한 약물 및 질병에 대한 인간 생리학의 반응을 시험하는 모델로 개발되었다^6. 줄기 세포 유래 심근세포는^,심장^6,^7,⁷^8의대리로서 장기-온-칩 시스템에서 널....