2017년 4월 15일
유도 만능 줄기 세포 (hiPSC)이 심근를 - 유래에서 여기, 우리는 인간의 조작 된 심장 조직의 생성을 보여줍니다. 우리는 HERG 채널 저해제 인 E-4031에 의해 수축력과 수축 패턴의 예시적인 변화를 분석하는 방법을 제시한다. 이 방법은 심장 약물 스크리닝 견고성과 높은 수준의 적합성을 나타낸다.
이 기술의 전반적인 목표는 약물 스크리닝 및 질병 모델링을 위한 체외 수축 분석 플랫폼으로 사용할 수 있는 3차원 엔지니어링 심장 조직을 생성하는 것입니다. 이 방법은 질병 모델링, 안전성, 약리학 및 유전자 변이 또는 약물이 수축력에 미치는 영향에 대한 심장 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 수축력을 멸균 상태에서 장기간 동안 다른 종의 공학적 심장 조직에서 측정할 수 있다는 것입니다.
이 방법을 처음 접하는 과학자들은 세포의 질이 떨어지는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 또는 매체에 a가 부족합니다. 자기 준비를 최적화하고 이 절차를 시연하는 것은 Anika Benzin과 Umber Saleem이 될 것입니다.
절차를 시작하기 전에 1.6ml의 따뜻한 2% 아가로스를 24웰 플레이트의 응급 처치 웰에 추가합니다. 그리고 즉시 폴리테트라플루오로에틸렌을 스페이서에 넣어 아가로스에 넣습니다. 실온에서 약 10분 후에 아가로스가 불투명해져 응고를 나타냅니다.
스페이서를 제거하고 PDMS 랙을 주물에 배치하여 한 쌍의 랙 포스트가 각 아가로스 몰드에 닿도록 합니다. 모든 랙이 배치되면 심근세포를 최소 1.5배 10의 농도로 1밀리리터당 7개 세포에 현탁시키고 피브리노겐 혈전이 용해될 때까지 혈청학적 피펫으로 10-15회 피브리노겐과 새로 준비된 재구성 혼합물을 매달아 현탁시킵니다. 피펫의 재구성 혼합물이 균질성을 갖췄는지 확인합니다.
그런 다음 각 인공 심장 조직(EHT)에 대해 200마이크로리터 튜브에 100마이크로리터의 재구성 혼합물과 3마이크로리터의 트롬빈을 혼합합니다. 그리고 즉시 이 EHT 트롬빈 혼합물 100마이크로리터를 아가로스 슬롯에 분취합니다. 각 EHT에 대해 새 필터 팁을 사용합니다.
모든 슬롯이 재구성 혼합물로 채워지면 세포 배양 접시의 뚜껑을 닫고 섭씨 37도와 이산화탄소 7%에서 2시간 동안 준비물을 배양합니다. 배양이 끝나면 플레이트를 멸균 후드에 넣고 각 웰을 200-500 마이크로 리터의 배지로 덮습니다. 플레이트를 부드럽게 흔들고 EHT를 인큐베이터에 다시 넣습니다.
10분 후, 웰당 1.5ml의 EHT 배지가 들어 있는 새로운 24웰 플레이트로 랙을 조심스럽게 옮기고 적절한 배양 조건의 세포 배양 인큐베이터에 플레이트를 놓습니다. 매주 월요일, 수요일 및 금요일에 PDMS 랙을 새 배지가 있는 두 번째 플레이트로 옮겨 EHT에 공급합니다. 주조 후 7일에서 10일 후에 EHT는 PDMS 랙의 포스트를 편향시키는 자발적인 수축을 보여야 합니다.
EHT의 수축을 분석하려면 실험 당일에 측정 2시간 전에 EHT 분석 기기의 가열 장치를 켭니다. 해석 직전에 축 시스템의 가스 및 전자 공급 장치를 켭니다. 기준선 기록을 위해 EHT 플레이트를 EHT 분석 기기에 넣고 제조업체 지침에 따라 수축 분석 소프트웨어를 시작합니다.
소프트웨어 설명서 지침을 사용하여 새 실행을 시작하고 프로토콜 탭을 클릭하여 관련 연구 정보를 입력합니다. 설정 탭을 열고 분석할 웰을 선택합니다. 시간 제약으로 인해 이 비디오에서는 두 개의 EHT에 대해서만 시연됩니다.
그런 다음 카메라 보기 탭을 클릭하고 자동 그림 감지 모드로 카메라 라이브 모드를 시작합니다. 24웰 접시에서 선택한 각 웰에 대한 xyz 좌표로 카메라 위치를 조정하고 각 EHT가 창 중앙에 있고 초점이 맞도록 주의합니다. 파란색 십자가가 EHT의 상단과 하단 끝에 있고 EHT의 수축과 일치하도록 움직이는지 확인하십시오.
그리고 위치 확인 버튼을 눌러 각 웰의 설정 위치를 저장합니다. 이제 파라미터 탭을 클릭하여 소프트웨어가 수축 피크를 식별하는 기준을 정의하고 피크를 녹색 사각형으로 표시합니다. use parameters on all wells 버튼을 눌러 입력한 모든 설정을 저장합니다.
그런 다음 자동 탭과 시작 버튼을 클릭하여 기준선 EHT 수축을 기록하고 각 EHT에 대한 자발적인 기준선 수축성을 계산합니다. 실시간 수축 분석이 실시간 탭에 표시됩니다. 파란색 십자가가 EHT의 수축과 일치하도록 수직으로만 움직이는지 확인하십시오.
수축에 대한 특정 관심 약물의 효과를 분석하려면 먼저 무단백질 갑상선 용액으로 채워진 24웰 플레이트를 멸균 후드 아래로 옮기고 탄소 전극을 웰에 넣습니다. 전극 상단의 PDMS 랙에 EHT를 옮기고 EHT를 인큐베이터로 되돌립니다. 약 30분 후 EHT를 EHT 분석 장비의 인터록에 넣고 EHT당 20초 동안 자발적인 기준선 수축을 기록합니다.
다음으로, 탄소 전극을 페이싱 케이블에 연결하고 EHT를 전기적으로 자극하기 시작합니다. EHT당 10초 동안 페이스된 기준선을 기록하고 모든 EHT가 적절하게 페이스되도록 주의합니다. 페이싱 신호는 이제 파란색 수직선으로 표시되며, 이는 모든 피크 전에 수축 이식편에 포함됩니다.
베이스라인 기록 후 전극과 PDMS 랙을 첫 번째 약물 농도가 포함된 새로운 24웰 플레이트로 옮기고 즉시 EHT를 EHT 분석 기기의 인터록으로 되돌려 20분 배양합니다. 페이싱 케이블을 다시 연결하고, 형상 인식을 조정하고, 첫 번째 약물 농도에 대한 반응으로 EHT 수축을 기록합니다. 모든 약물 농도를 테스트한 후 결과 PDF 기록을 모두 저장하고 각 기록에서 형상 인식과 수축 피크 사각형 및 아티팩트의 올바른 위치를 확인합니다.
오프라인 분석의 경우 실행 데이터베이스에서 각 실행에 대한 실행을 선택하고 매개 변수 탭에서 수축 분석에 대한 매개 변수를 변경합니다. 그런 다음 오프라인 탭에서 오프라인 분석을 선택하여 비디오를 다시 분석합니다. 그림 인식을 조정하고 새 비디오 파일을 녹화합니다.
실시간 탭에서 도형 인식을 조정하고 샘플 검토를 선택합니다. EHT는 이제 새로운 위치에 따라 분석됩니다. 각 EHT의 분석은 조직의 상단과 하단 끝의 형상 인식을 기반으로 합니다.
그런 다음 필름된 EHT 수축은 EHT 분석 기기 소프트웨어 알고리즘에 의해 자동으로 분석되고 피크는 사전 정의된 관련 기준에 따라 결정됩니다. EHT 수축 분석의 장기 측정은 최대 20시간 동안 수축력, 박동 빈도, T1 수축 또는 T2 이완 시간에 명백한 시간 의존적 변화가 없음을 보여줍니다. 구성에 대한 높은 수준의 안정성을 나타냅니다.
실제로, 각 신호 EHT에 대한 결과는 낮은 변동성으로 재현할 수 있습니다. 그러나 hERG 채널 차단제에 노출되면 농도에서 시작하여 T2 이완 시간이 크게 연장됩니다. 그리고 더 높은 농도에서 불규칙한 박동 패턴.
일단 마스터하면 준비가 제대로 수행되면 30분 이내에 24개의 EHT를 생성할 수 있습니다. 개발 후 이 기술은 질병 모델링 분야의 연구자들이 유전자 변이의 영향을 시험관내에서 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 이 모델의 다양성으로 인해 인간 유도 줄기 세포 또는 게놈 편집 기술과 결합할 수 있습니다.
이 절차에 따라 조직학 또는 RNA 및 단백질 분석과 같은 추가 방법을 사용하여 유전자 전사 및 발현에 대한 추가 질문에 답할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 EHT를 캐스팅하고 분석하는 방법에 대한 좋은 아이디어를 얻었을 것입니다. 이 절차와 관련하여 궁금한 점이 있으시면 주저하지 마시고 직접 문의해 주십시오.
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이 연구는 체외 수축 분석을 위해 인간 유도 만능 줄기 세포(hiPSCs)로부터 3차원 인공 심장 조직을 생성하는 것을 보여줍니다. 이 방법을 통해 수축력과 hERG 채널 억제제 E-4031과 같은 약리학적 물질이 수축 패턴에 미치는 영향을 평가할 수 있습니다.
Automated contraction analysis of human engineered heart tissue provides a scalable, standardized platform for early cardiac drug safety screening, enabling quantitative assessment of contractile force and drug-induced arrhythmia risk. This approach supports mechanistic de-risking by replicating human cardiac responses to pharmacological agents like hERG inhibitors, improving target validation confidence. The method enhances predictive value in lead identification by bridging stem cell-derived models with functional readouts relevant to clinical safety outcomes.
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical safety assessment, providing functional validation of molecular targets in a human tissue context.