Tutaj prezentujemy protokół modulacji wewnątrzsercowego autonomicznego układu nerwowego i oceny jego wpływu na podstawową elektrofizjologię, arytmogenezę i dynamikę cAMP przy użyciu układu Langendorffa ex vivo.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół modulacji wewnątrzsercowego autonomicznego układu nerwowego i oceny jego wpływu na podstawową elektrofizjologię, arytmogenezę i dynamikę cAMP przy użyciu układu Langendorffa ex vivo.
Od czasu swojego wynalezienia pod koniecXIX wieku, system perfuzji serca Langendorff ex vivo nadal jest odpowiednim narzędziem do badania szerokiego spektrum parametrów fizjologicznych, biochemicznych, morfologicznych i farmakologicznych w sercach z centralnie odnerwionymi mięśniami. W tym miejscu opisano konfigurację modulacji wewnątrzsercowego autonomicznego układu nerwowego i ocenę jej wpływu na podstawową elektrofizjologię, arytmogenezę i dynamikę cyklicznego monofosforanu adenozyny (cAMP). Wewnątrzsercowy autonomiczny układ nerwowy jest modulowany przez mechaniczne rozwarstwienie przedsionkowych poduszek tłuszczowych - w których znajdują się głównie mysie zwoje - lub przez zastosowanie globalnych i celowanych interwencji farmakologicznych. Do prawego przedsionka i prawej komory wprowadza się ośmiobiegunowy cewnik elektrofizjologiczny, a do określenia elektrofizjologii serca i arytmogenezy stosuje się matryce wieloelektrodowe umieszczone w nasierdziu (MEA) do mapowania w wysokiej rozdzielczości. Obrazowanie metodą rezonansu Förstera (FRET) jest wykonywane w celu monitorowania poziomów cAMP w czasie rzeczywistym w różnych regionach serca. W przeprowadzonych badaniach bada się neuromorfologię za pomocą barwienia całych serc na podstawie przeciwciał przy użyciu markerów neuronalnych w celu identyfikacji i modulacji określonych celów wewnątrzsercowego autonomicznego układu nerwowego. Układ Langendorffa ex vivo pozwala na przeprowadzenie dużej liczby powtarzalnych eksperymentów w krótkim czasie. Niemniej jednak częściowo otwarty charakter konfiguracji (np. podczas pomiarów MEA) utrudnia stałą kontrolę temperatury i powinna być ograniczona do minimum. Opisana metoda umożliwia analizę i modulację wewnątrzsercowego autonomicznego układu nerwowego w sercach zdecentralizowanych.
System perfuzji serca ex vivo Langendorffa nadal stanowi odpowiednie narzędzie do przeprowadzania szerokiego spektrum badań fizjologicznych, biochemicznych, morfologicznych i farmakologicznych w sercach centralnie odnerwionych1,2,3,4,5 od czasu jego wynalezienia pod koniecXIX wieku6. Do tej pory ten system jest nadal szeroko stosowany do różnych tematów (np. reperfuzja niedokrwienna) lub do badania efektów farmakologicznych serca7,8, i jest podstawowym narzędziem w badaniach sercowo-naczyniowych. Długowieczność tej metody wynika z kilku zalet (np. pomiary wykonuje się bez wpływu ośrodkowego układu nerwowego lub innych narządów, krążenia ogólnoustrojowego czy krążących hormonów). W razie potrzeby farmaceutyki mogą być dodawane w kontrolowany sposób do buforu perfuzyjnego lub bezpośrednio nakładane na określone struktury. Eksperymenty są powtarzalne, a stosunkowo duża liczba eksperymentów może być wykonana w krótkim czasie. (Częściowo) otwarty charakter konfiguracji może utrudniać regulację temperatury i należy to wziąć pod uwagę. Chociaż system Langendorffa jest również używany u większych gatunków9, mniejsze zwierzęta są używane przede wszystkim, ponieważ konfiguracja eksperymentalna jest mniej złożona i można zastosować większą zmienność biologiczną (np. transgeniczne modele myszy).
W eksperymentalnej konfiguracji tego protokołu, oceniany jest wpływ wewnątrzsercowego autonomicznego układu nerwowego na podstawowe parametry elektrofizjologiczne, arytmogenezę komorową, przewodnictwo nasierdziowe i dynamikę cyklicznego monofosforanu adenozyny (cAMP). Duża liczba zwojów wewnątrzsercowych, które znajdują się głównie w przedsionkowych poduszeczkach tłuszczowych i są obecnie dobrze znane z kontrolowania elektrofizjologii serca niezależnie od centralnej kontroli neuronalnej, pozostaje nienaruszona lub jest ręcznie usuwana z ostrożnym mechanicznym rozwarstwieniem. Farmakologiczną modulację autonomicznego układu nerwowego przeprowadza się albo globalnie przez dodanie farmaceutyków do buforu perfuzyjnego, albo miejscowo przez ukierunkowaną modulację zwojów przedsionkowych. Po eksperymentach serca dobrze nadają się do oceny immunohistologicznej, ponieważ wszystkie komórki krwi zostały usunięte z powodu ciągłej perfuzji, co może poprawić jakość barwienia.
Ogólnym celem opisanych technik jest zaoferowanie nowych perspektyw dla szczegółowych badań dotyczących wpływu autonomicznego układu nerwowego na elektrofizjologię serca i arytmogenezę w sercu myszy. Powodem, dla którego warto stosować tę technikę, jest to, że możliwe jest badanie i zmiana autonomicznego układu nerwowego bez wpływu ośrodkowego układu nerwowego. Główną zaletą jest łatwe przeprowadzanie eksperymentów farmakologicznych, w których można testować potencjalne właściwości pro- lub antyarytmiczne starych i nowych środków. Ponadto dostępne są transgeniczne i nokautujące modele myszy różnych chorób serca w celu zbadania mechanizmów leżących u podstaw arytmii, niewydolności serca lub chorób metabolicznych. Podejście to poszerzyło naszą wiedzę na temat tego, w jaki sposób autonomiczny układ nerwowy na poziomie przedsionkowym może wpływać na elektrofizjologię serca komorowego i indukcję arytmii.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury dotyczące zwierząt zostały zatwierdzone przez lokalne władze kraju związkowego Hamburg, Komitety ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania Uniwersytetu w Hamburgu.
1. Przygotowanie aparatu Langendorffa
UWAGA: Używany jest dostępny na rynku system perfuzyjny Langendorffa.
2. Przygotowanie sprzętu i oprogramowania
3. Przygotowanie serca
4. Parametry elektrofizjologiczne i arytmogeneza
5. Pomiary przewodnictwa nasierdziowego
UWAGA: Nagrywaj jednobiegunowe elektrogramy episierdziowe za pomocą 128-kanałowego, wspomaganego komputerowo systemu nagrywania z częstotliwością próbkowania 25 kHz dla mapowania w wysokiej rozdzielczości. Użyj 32 matryc wieloelektrodowych (MEA; odległość między elektrodami: 300 μm; 1,8 x 1,8 mm). Należy pamiętać, że dane zostały przefiltrowane pasmowo (50 Hz) i zdigitalizowane za pomocą 12 bitów i zakresu sygnału 20 mV.
6. Obrazowanie cyklicznego monofosforanu adenozyny (cAMP) opartego na rezonansie Förster Resonance Energy Transfer (FRET)
UWAGA: Dla pomiarów opartych na FRET, zbieraj serca od transgenicznych myszy CAG-Epac1-camps16.
7. Neuromorfologia
UWAGA: Analizuj wewnątrzsercowy autonomiczny układ nerwowy, używając całościowych barwień immunologicznych nienaruszonych mysich serc. Należy zauważyć, że większość zwojów wewnątrzsercowych jest zlokalizowana w tkance tłuszczowej nasierdzia w pobliżu żył płucnych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 1 przedstawia schemat układu Langendorffa, w tym dwie macierze wieloelektrodowe (MEA). Przed rozpoczęciem eksperymentu cewnik wewnątrzsercowy umieszcza się blisko kaniuli, aby ułatwić szybką i łatwą inserkcję do prawego przedsionka/prawej komory oraz zapewnić krótki czas oczekiwania do rozpoczęcia procesu równoważenia. Dolna część komory może zostać podniesiona (patrz strzałki w Rycina 1), tak aby komora była całkowicie z...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym manuskrypcie przedstawiono dobrze znany system perfuzji serca ex vivo Langendorffa jako narzędzie do badania wpływu neuronów wewnątrzsercowych na elektrofizjologię serca i arytmogenezę przy użyciu różnych technik mapowania i stymulacji, w tym dostępu wsierdziowego i nasierdziowego.
Kilka części protokołu ma kluczowe znaczenie dla konfiguracji. Po pierwsze, ważne jest, aby zastosować technikę przygotowania, w której przedsionkowe poduszeczki tłuszczowe pozostają nienaruszone lub ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy chcieliby podziękować Hartwigowi Wieboldtowi za doskonałą pomoc techniczną, a także Zakładowi Obrazowania Mikroskopowego UKE (Umif) Uniwersyteckiego Centrum Medycznego Hamburg-Eppendorf za dostarczenie mikroskopów i wsparcie. Badania te zostały sfinansowane przez Förderverein des Universitären Herzzentrums Hamburg e.V. oraz przez DZHK (Niemieckie Centrum Badań Sercowo-Naczyniowych) [FKZ 81Z4710141].
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Chlorek sodu | Sigma-Aldrich | S3014 | Modyfikowany roztwór Krebsa-Henleita |
| Wodorowęglan sodu | Sigma-Aldrich | 401676 | Zmodyfikowany roztwór Krebsa-Henleita |
| Chlorek potasu | Sigma-Aldrich | P5405 | Modyfikowany roztwór Krebsa-Henleita |
| Fosforan potasu jednozasadowy | Sigma-Aldrich | P5655 | Modyfikowany Krebs-Henleit roztwór |
| Siarczan magnezu siedmiowodny | Sigma-Aldrich | M1880 | Modyfikowany roztwór Krebsa-Henleita |
| Chlorek wapnia dwuwodny | Sigma-Aldrich | C7902 | Modyfikowany roztwór Krebsa-Henleita |
| Glukoza | Sigma-Aldrich | G5767 | Modyfikowany roztwór Krebsa-Henleita |
| Pirogronian sodu bioXtra | Sigma-Aldrich | P8574 | Modyfikowany Krebs-Henleit roztwór |
| Carbogen (95% O2 / 5% CO2) | SOL-Group, TMG Technische und Medizinische Gas GmbH, Krefeld, Gersthofen, Niemcy | Modyfikowany roztwór | |
| Sterylny filtr steritop-GP 0,22 | EMD Millipore | SCGPT05RE | Zmodyfikowany roztwór Krebsa-Henleita |
| Siarczan atropiny | Sigma-Aldrich | A0257 | Neuromodulacja |
| Chlorek heksametonium | Sigma-Aldrich | H2138 | Neuromodulacja |
| Zasada wolna od nikotyny 98-100% | Sigma-Aldrich | N3876 | Neuromodulacja |
| Roztwór formaliny neutralny buforowany 10% | Sigma-Aldrich | HT501128 | Barwienie całego mocowania |
| Tris(hydroksymetylo)aminometan | Sigma-Aldrich | 252859 | Barwienie całego mocowania |
| Metanol | Sigma-Aldrich | 34860 | Barwienie całego mocowania |
| Roztwór nadtlenku wodoru 30% (w/w) w H2O | Merck, KGA, Darmstadt, Niemcy | H1009 | Barwienie całego mocowania |
| Dimetylosulfotlenek Merck | , KGA, Darmstadt, Niemcy | D8418 | Barwienie całego mocowania |
| Tabletki soli fizjologicznej buforowane fosforanami | Gibco / Invitrogen | 18912-014 | Barwienie |
| całego mocowaniaTriton-x-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | Barwienie całego mocowania |
| Albumina frakcja bydlęca V | Biomol, Hamburg, Niemcy | 11924.03 | Barwienie całego mocowania |
| Kurczak anty neurofilament | EMD Millipore | AB5539 | Barwienie całego mocowania |
| Królik hydroksylaza anty tyrozynowa | EMD Millipore | AB152 | Barwienie całego mocowania Koza |
| anty cholina acetylotransferaza | EMD Millipore | AP144P | Barwienie całego wierzchowca |
| Osioł i alfa; królik IgG Alexa 488 | Thermo Fisher Scientific | A21206 | Barwienie całego mocowania |
| Osioł i alfa IgG Alexa 568 | Thermo Fisher Scientific | A11057 | Barwienie całego wierzchowca |
| Osioł i alfa; kurczak IgY Alexa 647 | Merck, KGA, Darmstadt, Niemcy | AP194SA6 | Całość mount barwienie |
| Osioł sprzężony z biotyną i alfa; królik igG | R& D Systems | AP182B | Barwienie całego mocowania |
| sprzężony z biotyną osioł i alfa; koza igG R | & D Systems | AP192P | Barwienie całego mocowania |
| koza sprzężona z biotyną i alfa; igY kurczaka R | & D Systems | BAD010 | Barwienie całego mocowania |
| Vectashield podłoże montażowe | Vector laboratories, Burlingame, CA, USA | H-1000 | Immunohistochemia |
| Zestaw ABC Vectastain | Laboratoria wektorowe, Burlingame, Kalifornia, USA | PK-4000 | Immunohistochemia |
| Steady DAB/Plus | Abcam plc, Cambridge, Wielka Brytania | ab103723 | Barwienie całego mocowania |
| HistoClear | DiaTec, Bamberg, Niemcy | HS2002 | Immunohistochemia |
| Trichlorowodorek bisBenzimidu H33342 (Hoechst) | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | B2261 | Immunohistochemia |
| Vectashield HardSet | podłoże montażowe Vector laboratories, Burlingame, CA, USA | VEC-H-1400 | Immunohistochemia |
| System perfuzyjny | HUGO SACHS ELEKTRONIK - HARVARD APPARATUS GmbH, March-Hugstetten, Niemcy | 73-4343 | Aparat Langendorffa |
| System akwizycji danych i odpowiednie oprogramowanie do cewnika i parametrów fizjologicznych | Powerlab 8/30 & Labchart, ADInstruments, Dunedin, Nowa Zelandia | PL3508 PowerLab 8/35 | Konfiguracja Langendorffa |
| Cewnik oktapolarny | CIB' Mysz ER Mouse, NuMed Inc., Hopkinton, NY, USA | niestandardowa | konfiguracja Langendorffa |
| Generator bodźców | STG4002, Multi Channel Systems, Reutlingen, Niemcy | STG4002-160µ Konfiguracja stymulacji | |
| Oprogramowanie do stymulacji | Multi Channel Systems, Reutlingen, Niemcy | MC_Stimulus II | Konfiguracja |
| stymulacji System gromadzenia danych i odpowiednie oprogramowanie do elektrogramów nasierdziowych | ME128-FAI-MPA-System, Multi Channel Systems, Reutlingen, Niemcy | USB-ME128-System | MEA konfiguracja |
| Matryca wieloelektrodowa | MEA, EcoFlexMEA36, Systemy wielokanałowe, Reutlingen, Niemcy | Konfiguracja EcoFlexMEA36 | MEA |
| Oprogramowanie do nagrywania matrycy wieloelektrodowej | Multi Channel Systems, Reutlingen, Niemcy | MC_Rack | konfiguracji MEA |
| Nożyczki sprężynowe | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Niemcy | 15003-08 | Przygotowanie serca |
| Nożyczki do zeza | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Niemcy | 14575-09 | Majonez do przygotowania serca |
| Nożyczki | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Niemcy | 14110-15 | Preparatyka serca |
| Dumont SS Kleszcze | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Niemcy | 11203-25 | Przygotowanie serca |
| Kleszcze londyńskie | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Niemcy | 11080-02 | Kleszcze do przygotowania serca |
| wąskim wzorze | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Niemcy | 11003-13 | Przygotowanie serca |
| Folia plastikowa | Parafilm M, Bemis NA, z siedzibą w Neenah, WI, Stany Zjednoczone | Materiały eksploatacyjne | |
| Stereomikroskop | Leica M165FC; Leica Microsystems GmbH, Wetzlar, Niemcy | FRET | |
| LED | CoolLED, Andover, Wielka Brytania | em>pE-100 | |
| FRET DualView | Photometrics, Tucson, AZ, USA | DV2-SYS | FRET |
| DualView zestaw filtrów | Fotometria, Tucson, AZ, USA | 05-EM | FRET |
| optiMOS naukowa kamera CMOS | Qimaging, Surrey, BC, Kanada | 01-OPTIMOS-R-M-16-C | FRET |
| Mikro-menedżer; Vale Lab, Uniwersytet Kalifornijski w San Francisco, Kalifornia, USA | |||
| Oprogramowanie do analizy | Oprogramowanie Image J; Domena publiczna, NIH, USA | FRET |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.