Wszystkie procedury zwierzęce w tym badaniu były ściśle wykonywane zgodnie z wytycznymi Komitetu ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Instytucjonalnych (IACUC) zatwierdzonymi przez Komitet Etyki Szpitala Ludowego Deqing. Badanie wykorzystało 8-12-tygodniowe samce myszy C57BL/6 zakupione od GemPharmatech Co., Ltd. Wszystkie zwierzęta były trzymane w obiektach barierowych o SPF, gdzie parametry środowiskowe spełniały krajowe normy (temperatura pokoju 22 ± 2 °C, wilgotność względna 50 ± 10%, cykl światła/ciemności 12/12 godzin). W trakcie eksperymentów badanie rygorystycznie przestrzegało zasad "3R" (Zastępstwo, Redukcja, Udoskonalenie) oraz wdrażało standardowe procedury, w tym znieczulenie i analgezję, aby zminimalizować cierpienie zwierząt.
UWAGA: Krótko mówiąc, nienaruszone serce jest szybko usuwane z jamy piersiowej myszy i poddawane perfuzji wstecznej roztworem kolagenazy typu II za pomocą aparatu Langendorffa w celu enzymatycznego trawienia macierzy zewnątrzkomórkowej. Po całkowitym trawieniu tkanek zmiękczony mięśniak sercowy jest ostrożnie rozstawiany do zawiesiny pojedynczej komórki. Powstała zawiesina komórkowa jest sekwencyjnie filtrowana w celu usunięcia niestrawionych fragmentów tkanek, a następnie następuje sedymentacja grawitacyjna, aby wzbogacić żywotne kardiomiocyty. Oczyszczone kardiomiocyty mogą być następnie wykorzystywane do kolejnych zastosowań eksperymentalnych.
1. Przygotowanie urządzenia perfuzyjnego Langendorffa
UWAGA: Całkowita objętość rurek Langendorffa wynosi 15,5 mL. Przepływ perfuzji wynosi 3,5 mL/min dla perfuzji serca i 10-15 mL/min dla płukania układu.
- Przepłucz system perfuzji Langendorffa 50 mL etanolu 75%.
UWAGA: Wykonuj comiesięczne czyszczenie rurek szklanych 1 M HCl, aby zapewnić sterylność.
- Przepłucz 250 mL sterylnego ddH2O, aby usunąć pozostałości etanolu i usunąć pęcherzyki powietrza.
- Ustaw temperaturę kąpieli wodnej na 42 °C. Włącz pompę, aby rozpocząć ogrzewanie cyrkulacyjne i napełnij zewnętrzną komorę rurki Serpentine ciepłą wodą.
UWAGA: Zapewnia to dotarcie perfuzacji do serca w temperaturze 37 °C.
2. Przygotowanie bufora
- Przygotuj bufor roztworu Krebsa-Wodorowęglanu (KB), bufor perfuzji (PB), bufor trawienia (DB), pożywkę do płytowania miocytów (MPM) oraz pożywkę hodowlową miocytów (MCM) zgodnie z formułami wymienionymi w Tabeli 1.
UWAGA: Przygotuj świeżo w dniu użycia.
- Przed schładzeniem 10 mL bufora KB na lodzie.
- Napełnij lumen PB. Ustaw przepływ na 3,5 mL/min i zmierz temperaturę ścieków (optymalne jest 37 °C).
- Wlej 7 mL DB do rurociągu i zamknij linię perfuzyjną.
- Przygotuj roztwór heparyny sodowej (0,5%, 62,5 KU) i załaduj 300 μL do strzykawki insulinowej.
- Zrób 10 ml masła masowego i 10 ml kettlebelli do dwóch oddzielnych szalek Petriego i schłodz je na lodzie.
- Umieść sitko ogniwa 100 μm na pokrywce rurki wirówki 50 mL, zwilż je 1 mL KB i zabezpiecz na rurce wirówki o pojemności 50 mL.
3. Ekstrakcja i kanilowość serca
UWAGA: W tym protokole stosowano sterylne rękawiczki, narzędzia, gazę i patyczki wacikowe przez cały proces, aby zminimalizować zewnętrzne zanieczyszczenia. Chociaż pełna technika aseptyczna jest niezbędna dla pierwotnej hodowli komórek, tutaj służyła ona do wspierania dobrostanu zwierząt i integralności tkanek podczas dalszych analiz histologicznych i molekularnych, a nie do utrzymania sterylności podczas izolacji komórek.
- Znieczulony mysz poprzez podanie do otrzewnewnej 80 mg/kg pentobarbitalu sodu (klasy farmaceutycznej) w połączeniu z 5 IU/g masy ciała heparyny sodu. Uważnie obserwuj do czasu uzyskania głębokiej anestezji. Uszczypnij palce myszy i obserwuj zniknięcie odruchu szczypania palców, aby potwierdzić skuteczność znieczulenia.
- Usuń owłosienia w odcinku piersiowym za pomocą kremu depilacyjnego.
- Przymocuj mysz na płytce piankowej i zdezynfekuj skórę klatki piersiowej alkoholem 75%.
- Podnieś skórę klatki piersiowej kleszczami i zrób nacięcie w wyrostku keksfoidalnym.
- Unieś ksunfod i przetnij żebra po obu stronach w kierunku pachów, a następnie całkowicie przeciąć przeponę.
UWAGA: Unikaj uszkodzenia serca.
- Unieruchom mostek i żebra za pomocą kleszczy hemostatycznych, aby całkowicie odsłonić serce.
- Wchłaniaj krew i delikatnie przesuwaj wątrobę w kierunku kończyn tylnych za pomocą tkanek. Używaj wacików ostrożnie, aby manipulować sercem i odsłonić dolną żyłę żylną.
- Wstrzyknij 300 μL roztworu heparyny sodowej (od kroku 2.5) do żyły głównej dolnej za pomocą przygotowanej strzykawki insulinowej.
UWAGA: Uważaj, aby zapobiec powstawaniu pęcherzyków powietrza.
- Usuń tkankę szubicową, a następnie przetnij otaczające żyły i tętnice. Natychmiast przenieś serce do wcześniej schłodzonego buforu oślinowego (od kroku 2.6).
UWAGA: Usunięcie grasicy poprawia widoczność aorty. Zachowaj segment aorty podczas wycięcia. Skurcz mięśnia sercowego został spowolniony przez schłodzony roztwór osierdzia osierdziowego. Wycięcie serca w znieczuleniu prowadzi do humanitarnej eutanazji.
- Za pomocą mikrokleszczy chwyć aortę i zamontuj ją na kaniuli systemu perfuzji Langendorffa. Zabezpiecz szwem jedwabnym 5-0.
UWAGA: Wykonaj ten krok szybko. Upewnij się, że podczas montażu serca jest wyłączony system perfuzji.
4. Perfuzja serca
- Włącz system perfuzji i rozpocznij pomiar na 2 minuty i 30 sekund. W tym czasie ścieki składają się z buforu PB i nie wymagają pobierania.
- Po upływie 2 minut i 30 sekund interwału rozpocznij zbieranie i recyrkulację bufora DB podczas pomiaru przez 15 minut.
UWAGA: Monitorowanie stanu mięśnia sercowego – optymalne trawienie wskazuje na zmniejszoną elastyczność tkanek i zwiększoną przezroczystość. Jeśli trawienie wydaje się niepełne, czas trwania może być umiarkowanie wydłużony, ale nie powinien przekraczać łącznie 20 minut, aby zapobiec uszkodzeniom kardiomiocytów.
- Po upływie wyznaczonego czasu przejdź z buforu DB na bufor PB i kontynuuj perfuzję przez dodatkowe 4 minuty i 30 sekund. W tej fazie ścieki zawierają bufor DB; zbieraj go.
- Zakończ perfuzję, wyłączając system po ostatnim interwale czasowym.
5. Dysocjacja i oczyszczanie komórek
- Wyjmij serce z kaniuli i przenieś je do wcześniej schłodzonego bufora KB (przygotowanego w kroku 2.6).
UWAGA: Trawienie enzymatyczne zostało przerwane przez natychmiastowy transfer serca do buforu KB. To szybko rozcieńcza resztki enzymu, zapobiegając nadmiernemu trawieniu i zapewniając wysoką żywotność komórek.
- Za pomocą cienkich nożyczek ostrożnie wycinam tkanki przedsionkowe i aorty, zachowując jedynie mięśnie sercowe.
- Mechanicznie rozłóż tkankę mięśnia sercowego na małe fragmenty (<1 mm3) za pomocą mikroszczypiec.
- Delikatnie zdmuchuj fragmenty tkanek za pomocą zakraplacza 2 mL, aby uzyskać zawiesinę pojedynczą.
UWAGA: Zachowaj szczególną ostrożność podczas dmuchania, aby zachować morfologię kardiomiocytów w kształcie pręcików. Unikaj stosowania standardowych końcówek pipet, ponieważ ich wąskie otwory mogą mechanicznie zakłócać integralność komórek.
- Przefiltruj powstałą zawiesinę ogniwową przez wstępnie zwilżony sitko ogniw 100 μm (złożone w kroku 2.7) do rurki o pojemności 50 mL.
- Przenieś filtrowaną zawiesinę do probówki o pojemności 15 mL i pozwól kardiomiocytom osadzić się przez sedymentację grawitacyjną (15 min, 4 °C).
UWAGA: Zmniejszona powierzchnia bazalna w probówkach 15 mL znacząco zwiększa efektywność odzysku komórek w porównaniu do probówek 50 mL.
- Ostrożnie aspiruj supernatant, ponownie zawiesz osadzone kardiomiocyty w 10 mL lodowatego buforu KB za pomocą pipety transferowej 2 mL i powtarzaj sedymentację (15 min, 4 °C).
- Powtórz kroki 5.4-5.7, aby uzyskać oczyszczone przygotowanie nienaruszonych, pręcikowatych kardiomiocytów odpowiednich do zastosowań.
6. Hodowla komórek
- Posmaruj naczynia hodowlane 10 μg/mL lamininą i inkubuj w temperaturze 37 °C przez 2 godziny.
UWAGA: Aby zminimalizować uszkodzenia mechaniczne pręcikowatych kardiomiocytów i skrócić wydłużony czas przetwarzania związany z różnicowym poszyciem, w tym badaniu zastosowano powłokę lamininową zamiast warstwy różnicowej, strategię, która nie tylko zwiększa efektywność przyczepiania komórek, ale także zachowuje naturalne cechy fizjologiczne kardiomiocytów.
- Ponownie zawiesz kardiomiocyty w 4 mL podgrzanego (37 °C) MPM. Po usunięciu roztworu lamininy zasiewaj kardiomiocyty w powlekanych naczyniach. Inkubuj w temperaturze 37 °C z 2%CO2 przez 1 godzinę. Obserwuj morfologię komórek, ich rozmiar i gęstość pod mikroskopem.
- Po inkubacji ostrożnie przelej MPM i zastąp go podgrzanym (37 °C) MCM. Utrzymuj inkubację w temperaturze 37 °C z 2%CO2 przez 24 godziny.
- Po 24 godzinach badanie kardiomiocytów pod kątem integralności strukturalnej i morfologii.
UWAGA: Zachowaj ścisłą technikę aseptyczną przez cały czas trwania zabiegu.
UWAGA: Kolagenaza typu II może powodować alergie oddechowe, podrażnienia skóry i oczu. Należy działać w dobrze wentylowanym miejscu i unikać wdychania kurzu oraz kontaktu ze skórą i błonami śluzowymi. Wszystkie odrzucone tkanki sercowe myszy, próbki krwi oraz wszelkie jednorazowe materiały, które miały z nimi kontakt, muszą być zbierane jako odpady biologicznie niebezpieczne w dedykowanych, nieszczelnych pojemnikach oznaczonych symbolem zagrożenia biologicznego. Materiały te są następnie poddawane centralnym procedurom dekontaminacji i utylizacji.