Serce 10-tygodniowej myszy szczepu C57b6/j typu dzikiego zazwyczaj dostarcza od 75 000 do 150 000 miocytów przedsionkowych oraz 1,0−1,5 x 106 miocytów komorowych, co odpowiada przybliżonej wydajności na poziomie 30%−50% dla miocytów przedsionkowych i komorowych18,19. Podczas i bezpośrednio po izolacji żywe miocyty serca powinny mieć kształt pręcikowy i nie wykazywać skurczów. Większość izolowanych miocytów serca powinna posiadać taką morfologię, co świadczy o skutecznej perfuzji. Morfologia pręcikowata może być również wskaźnikiem żywotności komórek. Celem niniejszego protokołu jest zwiększenie wydajności i żywotności miocytów oraz komórek niemiocytowych izolowanych z chorego serca myszy. Ponadto metoda została przetestowana w modelu niewydolności serca wywołanej przeciążeniem ciśnieniowym (dane nie pokazano).
Aby potwierdzić prawidłową i powtarzalną izolację miocytów oraz komórek niemiocytowych z tkanki przedsionków i komór, komórki obserwowano i fotografowano w różnych dniach hodowli (Rysunek 2). Dodatkowo przeprowadzono ilościową reakcję polimerazy łańcuchowej z odwrotną transkrypcją (qRT-PCR) w celu pomiaru poziomów transkryptów specyficznych dla danego typu komórek. Troponina T mięśnia sercowego (Tnnt2) jest markerem miocytów serca i była silnie wyrażana zarówno w hodowlach miocytów przedsionkowych, jak i komorowych (Rysunek 3A). Z kolei peptyd natriuretyczny przedsiądkowy (Nppa, który w warunkach fizjologicznych jest zazwyczaj wyrażany wyłącznie w dorosłych miocytach przedsionkowych) oraz lekki łańcuch miozyny 2 (Myl2, który jest genem specyficznym dla miocytów komorowych) były silnie i specyficznie wyrażane odpowiednio w hodowlach miocytów przedsionkowych i komorowych (Rysunek 3B,C).
Markery fibroblastów, czynnik transkrypcyjny 21 (Tcf21), receptor A czynnika wzrostu pochodzenia płytkowego (Pdgfra) oraz marker komórek pochodzenia monocytarnego z grupy różnicowania 68 (Cd68) były ekskluzywnie ekspresjonowane w kulturach niemiocytarnych wyizolowanych zarówno z przedsionków, jak i komór serca (Rysunek 3D−F). Szacuje się, że niemiocyty stanowią ~65% wszystkich komórek serca i że większość z nich pochodzi z linii fibroblastów lub monocytów18,19,23,24. Z tego względu wybrano markery dla tych dwóch linii jako reprezentatywne, biorąc pod uwagę zainteresowanie tymi populacjami komórkowymi w badaniach nad różnymi modelami i etiologiami patologii serca.
Immunobarwienie AMAM i AMVM na marker cewek T – dihydropirydynę (DHPR, będącą napięciozależnym kanałem wapniowym typu L) oraz receptor rjanodynowy (RYR2) wykazało obecność nienaruszonych cewek T podczas izolacji oraz długoterminowej hodowli (Rycina 4A,B). Obfitość DHPR oraz lokalizacja charakterystyczna i unikalna dla miocytów przedsionkowych i komorowych wskazywały na obecność cewek T. Co więcej, kolokalizacja DHPR z immunobarwieniem RYR2 była wskaźnikiem nienaruszonych struktur diady. Immunobarwienie białka sarkomerowego alfa-aktyniny w kardiomiocytach przedsionkowych i komorowych dało oczekiwany prążkowany wzór sarkomerowy. Prążkowany wzór sarkomerowy został wykorzystany do oceny czystości i żywotności izolowanych kardiomiocytów w połączeniu z prętowatym kształtem morfologicznym i barwieniem jąder TOPRO-3 (Rycina 4C,D; fioletowy i czerwony). Zgodnie z oczekiwaniami, kardiomiocyty komorowe były duże, osiągając średnią długość ~150 mm, podczas gdy kardiomiocyty przedsionkowe średnio ~75 mm. Ponadto, w analizie immunobarwień, kardiomiocyty przedsionkowe (ale nie komorowe) wykazały silną ekspresję przedsionkowego peptyd natriuretycznego (ANP) we wzorze barwienia charakterystycznym dla lokalizacji w retikulum endoplazmatycznym i ziarnistościach wydzielniczych (Rycina 4C,D; zielony).
Charakterystyczną cechą kardiomiocytów przedsionkowych jest ich klasyfikacja jako komórek endokrynnych oprócz funkcji komórek kurczliwych. Podczas gdy miocyty przedsionkowe wydzielają ANP w warunkach bazalnych, sekrecja ta wzrasta w odpowiedzi na sekretagogi (np. agonistę alfa-adrenergicznego, fenylefrynę [PE]). Ponadto kardiomiocyty przedsionkowe wydzielają ANP i w procesie współwydzielania przetwarzają część hormonu z jego stanu prekursorowego (Pro-ANP, 15 kD) do peptydu produktowego (ANP 3kD)16,17. Zdolność sekrecyjną tę można ilościowo określić za pomocą detekcji ANP metodą immunoblottingu w pożywce izolowanych kardiomiocytów przedsionkowych w odpowiedzi na ostre traktowanie PE (Rysunek 4E). Stwierdzono, że ta zdolność sekrecyjna i przetwórcza kardiomiocytów przedsionkowych jest wrażliwa na warunki hodowli. Dlatego niezbędne jest, aby pożywka do wysiewu miocytów przedsionkowych była uzupełniona o deksametazon, insulinę, transferynę i selen.

Rycina 1: Schematyczny przegląd retrogradejnej perfuzji serca, trawienia i izolacji komórek. Przedstawiono główne etapy izolacji komórek jednocześnie z przedsionków i komór z jednego serca myszy. (A) Pojedyncze serce myszy jest szybko kaniulowane przez aortę wstępującą i perfundowane w sposób retrogradejny. (B) Serce zostaje podzielone na tkankę przedsionkową i komorową w celu dalszego trawienia i separacji fizycznej. (C) Po odpowiednim trawieniu komórki są rozdzielane poprzez filtrację grawitacyjną na łącznie cztery frakcje komórkowe, które są hodowane do późniejszych eksperymentów. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

Rysunek 2: Analiza morfologiczna izolowanych kardiomiocytów i nie-miocytów przedsionków i komór serca w kulturze. (A) Izolowane miocyty przedsionków dorosłej myszy (AMAMs), (B) nie-miocyty przedsionków dorosłej myszy (AMANMs), (C) miocyty komór dorosłej myszy (AMVMs) lub (D) nie-miocyty komór dorosłej myszy (AMVNMs) zostały wysiane w zagęszczeniu 5 x 105 komórek/komorę na czterokomorowych (1,7 cm2) szkiełkach przedmiotowych w odpowiednich pożywkach do wysiewu. Obrazy w kontraście fazowym uzyskano we wskazanych dniach hodowli przy użyciu obiektywu 10x pod mikroskopem epifluorescencyjnym. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 3: Reprezentatywna analiza qRT-PCR hodowli wyizolowanych komórek. RNA wyekstrahowano ze świeżo wyizolowanych miocytów serca oraz komórek niemiocytarnych, a poziomy mRNA dla specyficznych markerów genowych komórek określono za pomocą qRT-PCR4. (A) Tnnt2, troponina T mięśnia sercowego (marker miocytów serca); (B) Nppa, natriuretyczny peptyd przedsiatkowy (marker miocytów przedsionków); (C) Myl2, lekki łańcuch miozyny 2 (marker miocytów komór serca); (D) Tcf21, czynnik transkrypcyjny 21 (marker fibroblastów); (E) Pdgfra, receptor A czynnika wzrostu pochodzenia płytkowego (marker fibroblastów); (F) Cd68, klastra różnicowania 68 (marker komórek pochodzenia monocytarnego). Dane reprezentują średnią ± SEM (*p ≤ 0.05 różnica względem wszystkich pozostałych wartości, określona za pomocą analizy ANOVA, a następnie testu post-hoc Newmana-Keula). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 4: Reprezentatywna analiza morfologiczna i funkcjonalna wyizolowanych kardiomiocytów przedsionkowych i komorowych. (A) AMAMs lub (B) AMVMs wysiano w zagęszczeniu 5 x 105 komórek/komorę na czterokomorowych szkiełkach (1,7 cm2) w odpowiednich mediach do wysiewu na 1 h w celu umożliwienia adhezji. Następnie ponownie podano media do wysiewu miocytów przedsionkowych lub zmieniono je na media do utrzymania miocytów komorowych uzupełnione blebbistatyną na kolejne 16 h. Kultury następnie utrwalono, a potem poddano immunobarwieniu na RYR2 (fioletowy), DHPR (zielony) oraz barwieniu jąder TOPRO-3 (czerwony). (C) AMAMs lub (D) AMVMs wyizolowano i wysiano, a następnie poddano immunobarwieniu na α-aktyninę (fioletowy), ANP (zielony) i TOPRO-3 (czerwony). Przedstawiono dwa reprezentatywne obrazy dla każdego typu komórek. (E) AMAMs wysiano w zagęszczeniu 5 x 105 komórek/dołek na 12-dołkowej płytce hodowlanej przez 16 h w mediach do wysiewu miocytów przedsionkowych. AMAMs następnie traktowano przez 0,5 h nośnikiem lub sekretagogiem ANP (fenylefryna, 50 mM) przed zebraniem mediów i poddaniem ich analizie immunoblot dla ANP. Przed analizą immunoblot próbki mediów wirowano przy 500 x g przez 5 min, aby usunąć szczątki komórkowe i upewnić się, że obserwowany ANP był wynikiem aktywnej sekrecji z AMAMs. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.