Artykuł metodologiczny

Izolacja ludzkich miocytów przedsionkowych do jednoczesnych pomiarów stanów nieustalonych Ca2+ i prądów błonowych

22.4K wyświetleń

DOI:

10.3791/50235

3 lipca 2013

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Opisujemy izolację ludzkich miocytów przedsionkowych, które mogą być używane do wewnątrzkomórkowych pomiarów Ca2+ w połączeniu z elektrofizjologicznymi badaniami patch-clamp.

Streszczenie

Badanie właściwości elektrofizjologicznych kanałów jonowych serca za pomocą techniki patch-clamp oraz badanie nieprawidłowości w radzeniu sobie z nieprawidłowościami w działaniu komórek sercowych Ca2+ wymaga izolowanych kardiomiocytów. Ponadto możliwość badania miocytów od pacjentów przy użyciu tych technik jest nieocenionym wymogiem dla wyjaśnienia molekularnych podstaw chorób serca, takich jak migotanie przedsionków (AF). 1 W tym miejscu opisano metodę izolacji ludzkich miocytów przedsionkowych, która nadaje się zarówno do badań typu patch-clamp, jak i jednoczesnych pomiarów wewnątrzkomórkowych stężeń Ca2+. Po pierwsze, przydatki prawego przedsionka uzyskane od pacjentów poddawanych operacji na otwartym sercu są cięte na małe kawałki tkanek ("metoda fragmentów") i myte w roztworze wolnym od Ca2+. Następnie fragmenty tkanek są trawione w roztworach zawierających kolagenazę i proteazę o zawartości 20 μM Ca2+. Następnie wyizolowane miocyty są zbierane przez filtrację i odwirowanie zawiesiny tkankowej. Na koniec stężenie Ca2+ w roztworze do przechowywania komórek dostosowuje się stopniowo do 0,2 mM. Pokrótce omawiamy znaczenie buforowania Ca2+ i Ca2+ podczas procesu izolacji, a także zapewniamy reprezentatywne zapisy potencjałów czynnościowych i prądów błonowych, zarówno wraz z jednoczesnymi pomiarami przejściowymiCa2+, wykonanymi w tych izolowanych miocytach.

Wprowadzenie

Badanie właściwości elektrofizjologicznych kanałów jonowych serca za pomocą techniki patch-clamp oraz badanie nieprawidłowości w obsłudze komórkowych Ca2+ wymaga izolowanych kardiomiocytów. Są one zwykle uzyskiwane po ekspozycji in vitro próbek tkanki serca na działanie enzymów trawiennych (kolagenazy, hialuronidazy, peptydazy itp.). Od czasu pierwszego doniesienia o izolacji żywotnych miocytów serca w 1955 r.opracowano dużą liczbę protokołów w celu pobrania pojedynczych kardiomiocytów przedsionkowych i komorowych od różnych gatunków, w tym myszy, szczura, królika, psa, świnki morskiej i człowieka. W niniejszym przeglądzie skupiono się na izolacji ludzkich miocytów przedsionkowych. Jeśli chodzi o procedury izolacji miocytów od innych gatunków, odsyłamy do "Przewodnika dysocjacji tkanek Worthington" dostarczonego przez Worthington Biochemical Corp., USA (www.tissuedissociation.com).

Protokoły izolacji ludzkich miocytów przedsionkowych są zazwyczaj oparte na metodzie opisanej przez Bustamante i wsp.3 W tym miejscu przedstawiamy krok po kroku opis techniki, która jest zaadaptowana z wcześniej opublikowanej metody, w celu uzyskania miocytów przedsionkowych odpowiednich nie tylko do eksperymentów typu patch-clamp, ale także do jednoczesnych wewnątrzkomórkowych pomiarów Ca2+. 4-11

Rozdział

Protokół

Protokoły eksperymentalne muszą zostać zatwierdzone przez lokalną komisję etyki, a wszyscy pacjenci muszą wyrazić pisemną świadomą zgodę. Nasze badania zostały zatwierdzone przez komisję etyki Wydziału Medycznego w Mannheimie Uniwersytetu w Heidelbergu (#2011-216N-MA) i przeprowadzono je zgodnie ze wszystkimi instytucjonalnymi, krajowymi i międzynarodowymi wytycznymi dotyczącymi dobrostanu ludzi. Wszyscy pacjenci wyrazili pisemną świadomą zgodę.

0. Pozyskiwanie tkanki przedsionkowej człowieka

Podczas rutynowych procedur kaniulacji u pacjentów poddawanych operacjom kardiochirurgicznym w celu wykonania pomostowania aortokoronarnego z wykorzystaniem krążenia pozaustrojowego, zazwyczaj usuwa się wierzchołek uszka prawego przedsionka, który może zostać wykorzystany do izolacji kardiomiocytów przedsionkowych. Po wycięciu próbkę tkanki przenosi się natychmiast do probówki Falcon o pojemności 50 ml z jałowym, wolnym od Ca2+ roztworem transportowym zawierającym monoksym 2,3-butanodionu (Tabela I; BDM, inhibitor skurczu, zapobiegający kurczeniu się miocytów). Przy czasie transportu wynoszącym od 30 do 45 min nie stwierdzono wyraźnej korzyści z chłodzenia lub napowietrzania w odniesieniu do liczby i jakości izolowanych kardiomiocytów przedsionkowych. Co do zasady transport do laboratorium powinien być jak najszybszy. Jeśli jednak nie można uniknąć dłuższego czasu transportu, korzystne może być przemieszczanie próbek w temperaturze 4 °C w roztworze napowietrzonym.

1. Przygotowania wstępne

  1. Włącz termocyklator, który kontroluje temperaturę zlewki z płaszczem grzewczym (Tabela II). Upewnij się, że temperatura wewnątrz zlewki wynosi 37 °C. Przykryj zlewkę szklaną pokrywką, aby utrzymać stałą temperaturę wewnątrz naczynia przez cały proces izolacji.
  2. Odważ kolagenazę I oraz proteazę XXIV do trzech szklanych zlewków i przechowuj je w temperaturze pokojowej. Enzymy zostaną rozcieńczone bezpośrednio przed użyciem.
  3. Przechowuj 20 ml roztworu wolnego od Ca2+ w szalce Petri w temperaturze 4 °C.
  4. Przechowuj 250 ml roztworu wolnego od Ca2+ w kąpieli wodnej w temperaturze 37 °C.

2. Oczyszczanie tkanki

  1. Przenieść próbkę tkanki wraz z roztworem transportowym do szalki Petriego (~10 cm średnicy) i usunąć nożyczkami zbędną tkankę tłuszczową.
  2. Zważyć próbkę tkanki. Do izolacji komórek wykorzystuje się od 200 do 600 mg. Pozostałą tkankę można zamrozić w ciekłym azocie do późniejszych analiz biochemicznych.
  3. Przenieść próbkę tkanki do szalki Petriego zawierającej 20 ml roztworu wolnego od Ca2+ w temperaturze 4 °C (patrz krok 1.3) i posiekać tkankę na małe kawałki o rozmiarze około 1 mm3.
  4. Kolejne kroki należy przeprowadzić w temperaturze 37 °C przy ciągłym napowietrzaniu 100% O2. Na rurkę z tlenem można nałożyć końcówkę pipety, aby uniknąć silnego bąbelkowania i zapewnić ciągły przepływ powietrza.
  5. Przenieść kawałki tkanki wraz z roztworem wolnym od Ca2+ do zlewki z płaszczem grzewczym i ostrożnie mieszać przez około 3 min za pomocą magnetycznego mieszadła.
  6. Zatrzymać mieszanie i odczekać kilka sekund, aż kawałki tkanki opadną na dno. Ostrożnie odfiltrować nadsącz przez nylonowe sito (200 μm, Tabela II). Za pomocą pęsety przenieść zatrzymane na sicie kawałki tkanki z powrotem do zlewki.
  7. Ponownie napełnić zlewkę roztworem wolnym od Ca2+ i powtórzyć etapy płukania 2.4 oraz 2.5 dwukrotnie.

3. Pierwsze trawienie enzymatyczne

  1. Ponownie zawiesić fragmenty tkanki w 20 ml roztworu enzymatycznego E1 (Tabela I) zawierającego kolagenazę i proteazę, a następnie ostrożnie mieszać przez 10 min.
  2. Dodać 40 μl 10 mM roztworu CaCl2, aby uzyskać stężenie końcowe 20 μM Ca2+.
  3. Po 35 min ostrożnie przefiltrować nadsącz przez nylonowe sito (200 μm, Tabela II) w taki sposób, aby większość fragmentów tkanki pozostała w zlewce. Zwrócić zatrzymane na sicie fragmenty tkanki do zlewki.

4. Druga digestia enzymatyczna

  1. Ponownie resuspender fragmenty tkanki w 20 ml roztworu enzymatycznego E2 zawierającego wyłącznie kolagenazę I (Tabela I). Natychmiast dodać 40 μl 10 mM roztworu CaCl2, aby uzyskać stężenie końcowe 20 μM Ca2+.
  2. Podczas drugiego trawienia sporadycznie rozdrabniać grudki tkanki za pomocą nożyczek.
  3. Po 5 min pobrać próbkę za pomocą pipety Pasteura, aby sprawdzić stopień dysocjacji komórek. Powtarzać tę czynność co 2-3 min, aż pojawią się prążkowane kardiomiocyty w kształcie pręta.
  4. Przerwać mieszanie i pozwolić fragmentom tkanki opaść na dno przez około 20-30 s.
  5. Ostrożnie przefiltrować nadsącz przez nylonowe sito (200 μm, Tabela II) do probówki Falcon 50 ml (Probówka A). Pozostałe na sicie fragmenty tkanki przenieść z powrotem do zlewki.
  6. Ponownie resuspender fragmenty tkanki w zlewce w 20 ml roztworu do przechowywania (Tabela I)10 i dalej dysocjować komórki poprzez delikatną tryturację mechaniczną przy użyciu pipety serologicznej 20 ml z dozownikiem. Należy starać się unikać powstawania pęcherzyków powietrza, ponieważ są one szkodliwe dla przeżywalności i jakości komórek.
  7. Ostrożnie przefiltrować nadsącz przez nylonowe sito (200 μm, Tabela II) do probówki Falcon 50 ml (Probówka B).

5. Końcowe przygotowanie i dostosowanie końcowego stężenia Ca2+

  1. Odwiruj obie probówki Falcon A i B (patrz kroki 4.5 i 4.7) przy 95 x g przez 10 min.
  2. Ostrożnie usuń nadsącz z obu probówek poprzez aspirację. Upewnij się, że osad nie został naruszony. Odrzuć nadsącz.
  3. Resuspenduj oba osady, dodając do każdej probówki 1,5 ml roztworu do przechowywania (Table I) (temperatura pokojowa).
  4. Do każdej probówki Falcon dodaj dwukrotnie 7,5 μl roztworu 10 mM CaCl2 i dokładnie wymieszaj. Po każdym kroku inkubuj przez 10 min.
  5. Dodaj 15 μl roztworu 10 mM CaCl2, aby uzyskać końcowe stężenie Ca2+ wynoszące 0,2 mM.

6. Obciążanie miocytów fluorescencyjnym wskaźnikiem Ca2+ Fluo-3 AM (Rysunek 1)

  1. Przenieś 1,5 ml zawiesiny komórkowej (probówka A i/lub probówka B) do probówki do mikrowirówki o pojemności 2 ml (probówka typu Eppendorf).
  2. Kolejne kroki należy wykonywać z uwzględnieniem światłoczułości fluorescencyjnego wskaźnika Ca2+ Fluo-3.
  3. Rozpuść 50 μg przepuszczalnej przez błony pochodnej estru acetoksymetylowego Fluo-3 (Fluo-3 AM, Tabela III) w 44 μl roztworu stokowego Pluronic F-127 (Tabela III) (20% w/v w bezwodnym DMSO), aby otrzymać 1 mM roztwór stokowy Fluo-3 AM, który można przechowywać w temperaturze -20 °C przez maksymalnie 1 tydzień.
  4. Dodaj 15 μl roztworu stokowego Fluo-3 AM do probówki do mikrowirówki zawierającej 1,5 ml zawiesiny komórkowej (patrz krok 6.1) i ostrożnie wymieszaj.
  5. Inkubuj zawiesinę komórkową przez 10 min w nieprzezroczystym pudełku.
  6. Krótko wiruj przy prędkości około 6 000 rpm.
  7. Odlaniu nadmiar nadsączu i zawiesić osad ponownie w 1,5 ml roztworu kąpielowego (Tabela IV).
  8. Pozostaw zawiesinę komórkową na około 30 min w celu deestryfikacji przed rozpoczęciem eksperymentów.

7. Jednoczesne pomiary techniką patch-clamp oraz epifluorescencyjne pomiary Ca2+

Ponieważ pomiary metodą patch-clamp nie są głównym tematem niniejszego przeglądu, odsyłamy zainteresowanego czytelnika do innych publikacji zawierających bardziej szczegółowy opis tej techniki.11-14 Dla zachowania kompletności przedstawiamy zwięzłe podsumowanie protokołu pomiaru potencjałów czynnościowych lub prądów Ca2+ typu L, w obu przypadkach wraz z jednoczesnym zapisem przejściowych zmian stężenia Ca2+.

Podczas eksperymentów miocyty są poddawane superfuzji w temperaturze 37 °C roztworem kąpieli (Tabela IV) przy użyciu systemu szybkiej perfuzji (Octaflow IITM, ALA Scientific Instruments, NY). W eksperymentach z zaciskiem napięciowym (voltage-clamp) prądy K+ są blokowane poprzez dodanie do roztworu kąpieli 4-aminopirydyny (5 mmol/L) oraz BaCl2 (0.1 mmol/L). Stosuje się borokrzemowe mikroelektrody szklane, których oporność końcówki po napełnieniu roztworem pipety (Tabela V) powinna wynosić 2-5 MΩ. Oprócz obciążania miocytów Fluo-3 AM (patrz krok 6), Fluo-3 jest również zawarty w roztworze pipety (Tabela V). Fluorescencję wzbudza się przy 488 nm, a emitowane światło (<520 nm) konwertuje się na [Ca2+]i przy założeniu

figure-protocol-1


gdzie kd=stała dysocjacji Fluo-3 (864 nM), F=fluorescencja Fluo-3; Fmax=fluorescencja przy nasyceniu Ca2+ uzyskana na koniec każdego eksperymentu.12 Sygnały elektryczne oraz sygnały Ca2+ w epifluorescencji są rejestrowane jednocześnie. Potencjały czynnościowe są stymulowane z częstotliwością 0,5 Hz w trybie clampingu prądowego (current-clamp) przy użyciu 1 ms impulsów prądowych o sile 1,2x progu pobudzenia. Prądy Ca2+ typu L są mierzone w trybie clampingu napięciowego (voltage-clamp) przy potencjale spoczynkowym -80 mV i 100 ms impulsie rampowym do -40 mV w celu inaktywacji szybkich prądów Na+, a następnie 100 ms impulsie testowym do +10 mV z częstotliwością 0,5 Hz.

Wyniki

Rycina 2A przedstawia trzy reprezentatywne przykłady wyizolowanych miocytów prawego przedsionka człowieka. Aby określić liczbę uzyskanych komórek, nanosimy pipetą 10 μl zawiesiny komórkowej (krok 5.5) na szkiełko do mikroskopu CellFinder (http://www.antenna.nl/microlab/index-uk.html). Średnie liczby uzyskanych komórek na Rycynie 2B wyraźnie wskazują na tendencję do niższej wydajności komórkowej w próbkach pobranych od pacjentów z przewlekłym migotaniem przedsionków (cAF) (probówka A: 16,5±3,1 komórek/10 μl (n=29) w SR vs. 5,1±2,3 komórek/10 μl (n=10) w cAF, p<0,05; probówka B: 17,9±3,9 komórek/10 μl (n=29) w SR vs. 5,9±2,0 komórek/10 μl (n=9) w cAF, p=0,107).

Reprezentatywne przykłady pomiarów potencjałów czynnościowych oraz jednoczesnych rejestracji przejściowych zmian stężenia Ca2+ w cytozolu przedstawiono na Rysunku 3. W około 90% badanych komórek uwolnienie Ca2+ wywołane potencjałem czynnościowym powoduje wyraźne i regularne skurcze komórek. Jak raportowano wcześniej, spoczynkowy potencjał błonowy, będący uznanym wskaźnikiem integralności komórek, wynosił średnio około -73,9±2,7 mV (n = 23/10 miocytów/pacjentów) w SR oraz -77,7±1,8 mV (n = 19/8 miocytów/pacjentów) w cAF (p>0,05).15 Rysunek 4 przedstawia reprezentatywne jednoczesne rejestracje napięciozależnych prądów Ca2+ typu L oraz przejściowych zmian stężenia Ca2+ w cytozolu. Zastosowanie nieselektywnego agonisty β-adrenoreceptorów, izoprenaliny (1 μM), zwiększa amplitudy zarówno ICa,L, jak i przejściowych zmian stężenia Ca2+ w cytozolu, co sugeruje nienaruszoną kaskadę transdukcji sygnałów β-adrenergicznych.

figure-results-1
Rycina 1. Schemat protokołu ładowania miocytów Fluo-3 AM (patrz kroki 6.1-6.5). m/v, masa/objętość.

figure-results-2
Rycina 2. A, Izolowane miocyty prawego przedsionka ludzkiego po jednej godzinie w roztworze do przechowywania. B, Średnia±SEM wydajności komórek policzonych w 10 μl komórek w roztworze do przechowywania (patrz krok 5.5). n oznacza liczbę preparatów w każdej grupie. *p<0.05.

figure-results-3
Rysunek 3. Reprezentatywne zapisy wywołanych potencjałem czynnościowym przejściowych wzrostów stężenia Ca2+ (CaT) w miocycie przedsionkowym pacjenta z rytmem zatokowym oraz pacjenta z przewlekłym migotaniem przedsionków. Góra: Wstrzyknięty prąd błonowy (IM) użyty do stymulacji (0.5 Hz). Dół: Jednoczesny zapis potencjału błonowego (VM) oraz wywołanego CaT (na dole). (Wykresy przerysowane za zgodą Voigt et al. 2012)15

figure-results-4
Rysunek 4. Reprezentatywne zapisy działania izoprenaliny (1 μM) wpływ na kanały wapniowe typu L2+ uwolnienie $\text{Ca}^{2+}$ indukowane prądem2+-przejściowe (CaT) w miocycie przedsionkowym pacjenta z rytmem zatokowym oraz pacjenta z przewlekłym migotaniem przedsionków. Góra: Protokół zaciskania napięcia (voltage-clamp) (0,5 Hz). Dół: Jednoczesny pomiar całkowitego wypadkowego prądu błonowego (IM), odzwierciedlające głównie prądy Ca2+ typu L2+ bieżący (środkowy) oraz wywołany CaT (dolny). (Przedrysowano za zgodą Voigta, i wsp. 2012)15

figure-results-5
Tabela I. Roztwory.

figure-results-6
Tabela II. Specjalistyczny sprzęt.

figure-results-7
Tabela III. Substancje do obciążania miocytów Fluo-3 AM.

figure-results-8
Tabela IV. Roztwór kąpielowy do techniki patch-clamp.

figure-results-9
Tabela V. Roztwór do pipety dla techniki patch-clamp*.

Dyskusja

W tym artykule opisano metodę izolacji ludzkich miocytów przedsionków z przydatków prawego przedsionka uzyskanych od pacjentów poddawanych operacji na otwartym sercu. Aby wykorzystać te miocyty do pomiarów cytozolowego Ca2+ , dostosowaliśmy wcześniej opisaną metodę4-11 , pomijając EGTA w roztworze magazynowym.

Już w 1970 roku zaobserwowano, że chociaż miocyty dysocjują w obecnościCa2+ podczas trawienia, wszystkie z nich były w przykurczu i nie były zdolne do życia. 16,17 Dlatego izolację komórek przeprowadza się w roztworze wolnym odCa2+. Jednak ponowne wprowadzenie fizjologicznych stężeńCa2+ spowodowało szybki napływCa2+ i śmierć komórek. Zostało to opisane jako zjawisko paradoksu Ca2+, które zostało pierwotnie zaobserwowane w perfuzjach serc przez Zimmermana i Hulsmana. 18 Sugeruje się modyfikacje pożywki izolacyjnej, w tym obniżenie pH do 7,0,19, dodanie tauryny20 lub niewielkich ilości Ca2+ (patrz kroki 3.2 i 4.1),21 a także przechowywanie wyizolowanych miocytów w EGTA zawierającym roztwór magazynowy22 w celu zapobieżenia paradoksowi Ca2 +. 17 Wiadomo jednak, że buforowanie Ca2+ przez EGTA zmniejsza amplitudę amplitudy przejściowychCa 2+ indukowanych prądem Ca 2+ typu L i powoduje dwufazowy rozpad stanów nieustalonychCa2+. 23 W związku z tym pominęliśmy EGTA w całym procesie izolacji, aby uzyskać stany nieustalone Ca2+ o typowych właściwościach i rozpadach jednofazowych. Aby chronić komórki przed paradoksem Ca2+, stopniowo zwiększaliśmy końcowe stężenie Ca2+ w roztworze magazynującym do 0,2 mM.

Wybór kolagenazy jest prawdopodobnie najważniejszym krokiem dla udanej izolacji miocytów. Konwencjonalne kolagenazy są surowymi preparatami otrzymywanymi z Clostridium histolyticum i zawierają kolagenazę wraz z wieloma innymi proteinazami, polisacharydazami i lipazami. Ze względu na ich ogólny skład kolagenazy dzielą się na różne typy. 24 Kolagenaza Worthington typu I i II jest z powodzeniem stosowana do izolacji ludzkich miocytów przedsionkowych. 4-10,15,25-30 W naszym obecnie opisanym protokole zalecamy stosowanie kolagenazy typu I, chociaż udało nam się również uzyskać akceptowalne ilości żywotnych komórek przy użyciu kolagenazy typu II. Jednak nawet w obrębie jednego rodzaju kolagenazy istnieje znaczna różnica między partiami pod względem aktywności enzymu. Różnice te wymagają starannego doboru partii i testowania różnych partii w celu optymalizacji procedury izolacji. Dostępne online narzędzie do wyboru partii firmy Worthington Biochemical Corp. (http://www.worthington-biochem.com/cls/match.php) może być wykorzystane do znalezienia dostępnych partii o składzie, który okazał się odpowiedni do izolacji ludzkich miocytów przedsionkowych. Obecnie używamy kolagenazy typu I o aktywności kolagenazy 250 U/mg, aktywności kazeinazy 345 U/mg, aktywności klostripainy 2,16 U/mg i aktywności tryptycznej 0,48 U/mg (partia # 49H11338).

Komórki uzyskane przy użyciu procedury opisanej w tym manuskrypcie mogą być wykorzystane w ciągu 8 godzin do badań typu patch-clamp, pomiarów przejściowych Ca2+ i kombinacji obu. 15 Ponadto komórki te umożliwiają pomiary skurczu komórek w odpowiedzi na stymulację polem elektrycznym lub stymulację elektryczną za pomocą pipety typu patch-clamp (obserwacje niepublikowane).

Oświadczenia

Firma Worthington Biochemical Corp. wsparła tę publikację, pokrywając koszty produkcji pliku wideo. Fundatorzy nie odgrywali żadnej roli w projektowaniu badania, gromadzeniu i analizie danych, podejmowaniu decyzji o publikacji lub przygotowaniu manuskryptu.

Podziękowania

Ponadto dziękujemy kardiochirurgom z Uniwersytetu w Heidelbergu za dostarczenie ludzkiej tkanki przedsionkowej oraz Claudii Liebetrau, Katrin Kupser i Ramonie Nagel za doskonałe wsparcie techniczne. Specjalne podziękowania należą się również Andy'emu W. Traffordowi za jego pomocne sugestie i rady podczas ustanawiania pomiarów stanów nieustalonych Ca2+. Autorzy pragną wyrazić najgłębszą wdzięczność pracownikom Katedry Farmakologii i Toksykologii (kierownik: Ursula Ravens) Uniwersytetu Technicznego w Dreźnie za możliwość poznania podstawowych technik i umiejętności w zakresie elektrofizjologii komórkowej i izolacji kardiomiocytów.

Badania autorów są wspierane przez Niemiecką Fundację Badawczą (Do769/1-1-3), Niemieckie Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań poprzez Sieć Kompetencyjną ds. Migotania Przedsionków (01Gi0204) oraz Niemieckie Centrum Badań Sercowo-Naczyniowych, Unię Europejską poprzez Europejską Sieć Badań Translacyjnych nad Migotaniem Przedsionków (EUTRAF, FP7-HEALTH-2010, duży projekt integracyjny, Propozycja nr 261057) oraz Europejsko-Północnoamerykański Przedsionek Grant Stowarzyszenia Badań nad Fibrylacją (ENAFRA) przyznany przez Fundację Leducq (07CVD03).

Schemat pokazany w pliku wideo został wykonany przy użyciu grafiki medycznej Servier.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Roztwór transportowy
AlbuminaSigma-AldrichA3059Roztwór do przechowywania: 1%
BDMSigma-Aldrich31550Roztwór transportowy: 30
Kwas DL-β-hydroksymaślanowySigma-AldrichH6501Roztwór do przechowywania: 10
GlukozaSigma-AldrichG8270Roztwór transportowy: 20
roztwór wolny od jonów Ca2+: 20
Roztwory enzymów E1 i E2: 20
Roztwór do przechowywania: 10
Kwas L-glutaminowySigma-AldrichG1251Roztwór do przechowywania: 70
KClMerck1049360250Roztwór transportowy: 10
roztwór wolny od jonów Ca2+: 10
Roztwory enzymów E1 i E2: 10
Roztwór do przechowywania: 20
KH2PO4Sigma-AldrichP5655Roztwór transportowy: 1.2
roztwór wolny od jonów Ca2+: 1.2
Roztwory enzymów E1 i E2: 1.2
Roztwór do przechowywania: 10
MgSO4Sigma-AldrichM9397Roztwór transportowy: 5
roztwór wolny od jonów Ca2+: 5
Roztwory enzymów E1 i E2: 5
MOPSSigma-AldrichM1254Roztwór transportowy: 5
roztwór wolny od jonów Ca2+: 5
Roztwór enzymu E1 i E2: 5
NaClSigma-AldrichS3014Roztwór transportowy: 100
roztwór wolny od jonów Ca2+: 100
Roztwory enzymów E1 i E2: 100
TaurynaSigma-Aldrich86330Roztwór transportowy: 50
roztwór wolny od jonów Ca2+: 50
Roztwory enzymów E1 i E2: 50
Roztwór do przechowywania: 10
Kolagenaza Ifigure-materials-1 Worthington4196Roztwory enzymów E1 i E2: 286 U/ml
Proteaza XXIVSigma-AldrichP8038Roztwory enzymów E1 i E25 U/ml*
pHRoztwór transportowy: 7.00
roztwór pozbawiony jonów Ca2+: 7.00
Roztwory enzymów E1 i E2: 7.00
Roztwór do przechowywania: 7.40
skorygowany za pomocąRoztwór transportowy1 M NaOH
roztwór wolny od jonów Ca2+1 M NaOH
Roztwory enzymów E1 i E21 M NaOH
Roztwór do przechowywania1 M KOH
Stężenia podano w mM, chyba że zaznaczono inaczej. BDM, 2,3-butanodionomonoksym. *Proteaza XXIV znajduje się wyłącznie w roztworze enzymu E1.
Tabela I. Roztwory.
Siatka nylonowa (200 μm)VWR-Germany510-9527
Zlewka reakcyjna z płaszczem grzewczymVWRKT317000-0050
Tabela II. Specjalistyczny sprzęt.
DimetylosulfoksydSigma-AldrichD2650
Fluo-3 AM (specjalne opakowanie)InvitrogenF-1242
Pluronic F-127InvitrogenP6867
Tabela III. Substancje do ładowania miocytów barwnikiem Fluo-3 AM.
4-aminopirydynaSigma-AldrichA78403Roztwór kąpieli: 5
BaCl2Sigma-Aldrich342920Roztwór kąpielowy: 0.1
CaCl2 × 2H2OSigma-AldrichC5080Roztwór do kąpieli: 2
GlukozaSigma-AldrichG8270Roztwór kąpieli: 10
HEPESSigma-AldrichH9136Roztwór kąpielowy: 10
KClMerck1049360250Roztwór do kąpieli: 4
MgCl2 × 6H2OSigma-AldrichM0250Roztwór kąpieli: 1
NaClSigma-AldrichS3014Roztwór kąpielowy: 140
ProbenecydSigma-AldrichP8761Roztwór kąpielowy: 2
pHRoztwór do kąpieli: 7.35
skorygowano za pomocąRoztwór kąpielowy1 M HCl
Tabela IV. Roztwór kąpielowy do metody patch-clamp. *4-aminopirydyna i BaCl zostały uwzględnione wyłącznie w eksperymentach z metodą clampy napięciowej.
sól potasowa kwasu DL-asparaginowegoSigma-AldrichA2025Odpipetuj roztwór: 92
EGTASigma-AldrichE4378Pipetuj roztwór: 0.02
GTP-TrisSigma-AldrichG9002Pipetuj roztwór: 0.1
HEPESSigma-AldrichH9136Odmierz roztwór pipetą: 10
KClMerck1049360250Pipetuj roztwór: 48
MgATPSigma-AldrichA9187Pipetuj roztwór: 1
Na2ATPSigma-AldrichA2383Pipetuj roztwór: 4
Fluo-3**InvitrogenF3715Pipetować roztwór: 0.1
pH7.20
skorygowano za pomocą1 M KOH
Tabela V. Roztwór do pipety dla techniki patch-clamp*. *W dniach przeprowadzania eksperymentów roztwór pipetujący przechowuje się w lodzie do momentu użycia. **W dniach przeprowadzania eksperymentów Fluo-3 dodaje się z roztworu stokowego o stężeniu 1 mM.

Bibliografia

  1. Wakili, R., Voigt, N., Kaab, S., Dobrev, D., Nattel, S. Recent advances in the molecular pathophysiology of atrial fibrillation. J. Clin. Invest. 121, 2955-2968 (2011).
  2. Margaret, W. C. Pulsation, migration and division in dissociated chick embryo heart cells in vitro. Journal of Experimental Zoology. 128, 573-589 (1955).
  3. Bustamante, J. O., Watanabe, T., Murphy, D. A., McDonald, T. F. Isolation of single atrial and ventricular cells from the human heart. Can. Med. Assoc. J. 126, 791-793 (1982).
  4. Dobrev, D., et al. G-Protein β3-subunit 825T allele is associated with enhanced human atrial inward rectifier potassium currents. Circulation. 102, 692-697 (2000).
  5. Voigt, N., et al. Differential phosphorylation-dependent regulation of constitutively active and muscarinic receptor-activated IK,ACh channels in patients with chronic atrial fibrillation. Cardiovasc. Res. 74, 426-437 (2007).
  6. Voigt, N., et al. Inhibition of IK,ACh current may contribute to clinical efficacy of class I and class III antiarrhythmic drugs in patients with atrial fibrillation. Naunyn. Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 381, 251-259 (2010).
  7. Dobrev, D., et al. The G protein-gated potassium current IK,ACh is constitutively active in patients with chronic atrial fibrillation. Circulation. 112, 3697-3706 (2005).
  8. Voigt, N., et al. Left-to-right atrial inward rectifier potassium current gradients in patients with paroxysmal versus chronic atrial fibrillation. Circ. Arrhythm. Electrophysiol. 3, 472-480 (2010).
  9. Amos, G. J., et al. Differences between outward currents of human atrial and subepicardial ventricular myocytes. J. Physiol. 491 (Pt. 1), 31-50 (1996).
  10. Feng, J., Xu, D., Wang, Z., Nattel, S. Ultrarapid delayed rectifier current inactivation in human atrial myocytes: properties and consequences. Am. J. Physiol. 275, H1717-H1725 (1998).
  11. Voigt, N., Makary, S., Nattel, S., Dobrev, D. Voltage-clamp-based methods for the detection of constitutively active acetylcholine-gated IK,ACh channels in the diseased heart. Methods Enzymol. 484, 653-675 (2010).
  12. Trafford, A. W., Diaz, M. E., Eisner, D. A. A novel, rapid and reversible method to measure Ca2+ buffering and time-course of total sarcoplasmic reticulum Ca2+ content in cardiac ventricular myocytes. Pflugers Arch. 437, 501-503 (1999).
  13. Voigt, N., Nattel, S., Dobrev, D. Proarrhythmic atrial calcium cycling in the diseased heart. Adv. Exp. Med. Biol. 740, 1175-1191 (2012).
  14. Hamill, O. P., Marty, A., Neher, E., Sakmann, B., Sigworth, F. J. Improved patch-clamp techniques for high-resolution current recording from cells and cell-free membrane patches. Pflugers Arch. 391, 85-100 (1981).
  15. Voigt, N., et al. Enhanced sarcoplasmic reticulum Ca2+ leak and increased Na+-Ca2+ exchanger function underlie delayed afterdepolarizations in patients with chronic atrial fibrillation. Circulation. 125, 2059-2070 (2012).
  16. Berry, M. N., Friend, D. S., Scheuer, J. Morphology and metabolism of intact muscle cells isolated from adult rat heart. Circ Res. 26, 679-687 (1970).
  17. Farmer, B. B., Mancina, M., Williams, E. S., Watanabe, A. M. Isolation of calcium tolerant myocytes from adult rat hearts: review of the literature and description of a method. Life Sci. 33, 1-18 (1983).
  18. Zimmerman, A. N., Hulsmann, W. C. Paradoxical influence of calcium ions on the permeability of the cell membranes of the isolated rat heart. Nature. 211, 646-647 (1966).
  19. Bielecki, K. The influence of changes in pH of the perfusion fluid on the occurrence of the calcium paradox in the isolated rat heart. Cardiovasc. Res. 3, 268-271 (1969).
  20. Kramer, J. H., Chovan, J. P., Schaffer, S. W. Effect of taurine on calcium paradox and ischemic heart failure. Am. J. Physiol. 240, H238-H246 (1981).
  21. Rich, T. L., Langer, G. A. Calcium depletion in rabbit myocardium. Calcium paradox protection by hypothermia and cation substitution. Circ. Res. 51, 131-141 (1982).
  22. Isenberg, G., Klockner, U. Calcium tolerant ventricular myocytes prepared by preincubation in a "KB medium". Pflugers Arch. 395, 6-18 (1982).
  23. Diaz, M. E., Trafford, A. W., Eisner, D. A. The effects of exogenous calcium buffers on the systolic calcium transient in rat ventricular myocytes. Biophys. J. 80 (01), 1915-1925 (2001).
  24. Worthington, K., Worthington, V. Worthington Enzyme Manual. , (1993).
  25. Christ, T., et al. Pathology-specific effects of the IKur/Ito/IK,ACh blocker AVE0118 on ion channels in human chronic atrial fibrillation. Br. J. Pharmacol. 154, 1619-1630 (2008).
  26. Dobrev, D., et al. Molecular basis of downregulation of G-protein-coupled inward rectifying K+ current IK,ACh in chronic human atrial fibrillation: decrease in GIRK4 mRNA correlates with reduced IK,ACh and muscarinic receptor-mediated shortening of action potentials. Circulation. 104, 2551-2557 (2001).
  27. Hatem, S. N., et al. Different compartments of sarcoplasmic reticulum participate in the excitation-contraction coupling process in human atrial myocytes. Circ. Res. 80, 345-353 (1997).
  28. Heidbuchel, H., Vereecke, J., Carmeliet, E. Three different potassium channels in human atrium. Contribution to the basal potassium conductance. Circ. Res. 66, 1277-1286 (1990).
  29. Hove-Madsen, L., et al. Atrial fibrillation is associated with increased spontaneous calcium release from the sarcoplasmic reticulum in human atrial myocytes. Circulation. 110, 1358-1363 (2004).
  30. Molina, C. E., et al. Cyclic adenosine monophosphate phosphodiesterase type 4 protects against atrial arrhythmias. J. Am. Coll. Cardiol. 59, 2182-2190 (2012).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Przej ciowe zmiany poziomu wapniatechnika patch clamptrawienie enzymatycznemetoda fragment w tkankiadowanie barwnika fluorescencyjnegomigotanie przedsionk wizolacja kom rek

Powiązane artykuły