Bij boezemziekten (bijv. boezemfibrilleren [AF]) is de intracellulaire Ca2+-signalering ingrijpend veranderd1. Hoewel veel van de onderliggende mechanismen van 'geremodelleerde' intracellulaire Ca2+-signalering in AF goed zijn gekarakteriseerd 2,3, is de rol die een veranderde intracellulaire natriumconcentratie ([Na+]i) kan spelen slecht begrepen. [Na+]i is een belangrijke regulator van intracellulair Ca2+. De studie van [Na+]i kan inzicht geven in de activatie van de sarcolemmale Na+/Ca2+ wisselaar (NCX), het gedrag van Na+ kanalen en Na+,K+-ATPase (NKA)4. We hebben eerder aangetoond dat hoge atriale activeringspercentages, zoals die optreden tijdens AF, leiden tot een significante vermindering van [Na+]i 1. Eerder werk heeft een toename van de NCX-stroomdichtheid (INCX) en eiwitexpressieniveaus in AF3 aangetoond. Er werd ook een toename gemeld van de late component van de spanningsafhankelijke Na+-stroom (INa, laat) in geïsoleerde atriale myocyten van patiënten met AF5. Er zijn dus aanwijzingen voor diepgaande veranderingen in de intracellulaire Na+-homeostase bij AF. Betrouwbare en reproduceerbare metingen van [Na+]i in geïsoleerde atriale myocyten zijn daarom nodig om ons begrip van AF-pathologie te vergroten. Hier laten we zien hoe reproduceerbaar hoogwaardige muizenatriale myocyten kunnen worden geïsoleerd die geschikt zijn voor metingen van [Na+]i. We hebben ons geoptimaliseerde atriale celisolatieprotocol gericht op myocyten van het atriale virus bij muizen, omdat transgene (TG) muismodellen van atriumfibrilleren een essentieel onderdeel zijn geworden van AF-onderzoek6. Deze muizen zijn vaak slechts in beperkte aantallen beschikbaar en de atria zijn vaak fibrotisch, wat leidt tot uitdagingen voor celisolatie.
Over het algemeen kan [Na+]i in levensvatbare cellen worden gemeten met fluorescerende indicatoren 7,8, of met verschillende soorten micro-elektroden9. Op micro-elektroden gebaseerde technieken vereisen penetratie van het sarcolemmale membraan. Deze techniek is daarom beperkt tot grotere cellen en is niet geschikt voor kleine en smalle atriale myocyten waarvan de celintegriteit gemakkelijk in het gedrang komt.
Natriumbindend benzofuraanisofelaat (SBFI) is een fluorescerende indicator, die een grote golflengteverschuiving ondergaat bij binding Na+ 7. SBFI wordt afwisselend geëxciteerd bij 340 nm en 380 nm en uitgezonden fluorescentie wordt verzameld na het passeren van een emissiefilter (510 nm). Verhoudingen van signalen op de twee excitatiegolflengten (F340/380) kunnen de lokale padlengte, kleurstofconcentratie en golflengte-onafhankelijke variaties in verlichtingsintensiteit en detectie-efficiëntie teniet doen. Wanneer in elke cel een in-situ kalibratie wordt uitgevoerd met behulp van oplossingen met een bekende natriumconcentratie ([Na+]), levert de F340/380-verhouding die tijdens het experiment wordt verkregen, nauwkeurige en gevoelige metingen van [Na+]i op. Zoals alle Na+ indicatoren vertoont SBFI ook enige affiniteit met K+. Met behulp van de hier getoonde kalibratiemethode kan de [Na+]i en intracellulaire kaliumconcentratie ([K+]i) tijdens het kalibratieproces betrouwbaar worden 'vastgeklemd', zodat [Na+]i betrouwbaar kan worden gekalibreerd, zelfs wanneer deze <10% van [K+]i 10 is.
We introduceren een nieuwe EMCCD-cameratechniek voor ratiometrische metingen van [Na+]i met behulp van SBFI. De EMCCD-camera maakt voor het eerst gelijktijdige [Na+]i-metingen (en kalibratie) in meerdere cellen mogelijk. Dit is vooral gunstig in een experimentele setting waar het aantal dieren beperkt is (bijv. transgene muismodellen). Doorgaans worden [Na+]i-metingen met SBFI uitgevoerd met behulp van een fotomultiplicatorbuis (PMT) om epifluorescentie 1,11 van de hele cel te verzamelen. Hoewel PMT's een zeer goede temporele resolutie van het fluorescentiesignaal bieden, is de ruimtelijke resolutie erg laag en zijn experimenten beperkt tot één cel tegelijk.
Ons nieuwe protocol maakt zeer reproduceerbare en gevoelige metingen van [Na+]i mogelijk. Het is geoptimaliseerd voor de gelijktijdige verwerving van veranderingen in [Na+]i in meerdere myocyten van het atriale atrium van muizen, maar is aanpasbaar aan vele andere celtypen.