Name: Magnetyczna regulacja obciążenia następczego w zmodyfikowanych tkankach serca (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-05-05T13:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 40 s
Description: Odkryj magnetyczną regulację obciążenia następczego w inżynieryjnych tkankach serca. Ta metoda umożliwia precyzyjne sterowanie obciążeniem bez otwierania płytki hodowlanej, wspierając badania nad dojrzewaniem i remodelowaniem tkanek.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują Jutcie Starbatty za jej wsparcie w pracach nad kulturą tkankową, Axelowi Kirchhofowi za fotografię, Alice Casagrande Cesconetto za pracę edycyjną, oraz specjalne podziękowania dla Bülenta Aksehirlioglu za wsparcie techniczne w rozwoju tego urządzenia. B.B. był wspierany przez DZHK (Niemieckie Centrum Badań nad Układem Sercowo-Naczyniowym) Scholar Grant, M.L.R. przez Whitaker International Postdoctoral Scholar Grant oraz M.N.H. przez fundusze z DZHK.

<ol><li>Zipes, D. P., Libby, P., Bonow, R. O., Mann, D. L., Tomaselli, G. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aZipes%2C+DP+%22Braunwald%27s+Heart+Disease%3A+A+Textbook+of+Cardiovascular+Medicine.+11th+edn%22">Braunwald's Heart Disease: A Textbook of Cardiovascular Medicine. 11th edn</a>. , Elsevier. (2018).</li>
<li>McCain, M. L., Yuan, H., Pasqualini, F. S., Campbell, P. H., Parker, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Matrix+elasticity+regulates+the+optimal+cardiac+myocyte+shape+for+contractility%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physiology-+Heart+and+Circulatory+Physiology%22%5BJournal%5D)">Matrix elasticity regulates the optimal cardiac myocyte shape for contractility.</a> American Journal of Physiology- Heart and Circulatory Physiology. 306 (11), 1525-1539 (2014).</li>
<li>de Groot, P. C., van Dijk, A., Dijk, E., Hopman, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preserved+cardiac+function+after+chronic+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Archives+of+Physical+Medicine+and+Rehabilitation%22%5BJournal%5D)">Preserved cardiac function after chronic spinal cord injury.</a> Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 87 (9), 1195-1200 (2006).</li>
<li>Perhonen, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiac+atrophy+after+bed+rest+and+spaceflight%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Cardiac atrophy after bed rest and spaceflight.</a> Journal of Applied Physiology. 91 (2), 645-653 (2001).</li>
<li>Levy, D., Larson, M. G., Vasan, R. S., Kannel, W. B., Ho, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+progression+from+hypertension+to+congestive+heart+failure%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Medical+Association%22%5BJournal%5D)">The progression from hypertension to congestive heart failure.</a> Journal of the American Medical Association. 275 (20), 1557-1562 (1996).</li>
<li>Levy, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+trends+in+the+incidence+of+and+survival+with+heart+failure%5BTitle%5D)+AND+%22The+New+England+Journal+of+Medicine%22%5BJournal%5D)">Long-term trends in the incidence of and survival with heart failure.</a> The New England Journal of Medicine. 347 (18), 1397-1402 (2002).</li>
<li>Maggioni, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EURObservational+Research+Programme%3A+regional+differences+and+1-year+follow-up+results+of+the+Heart+Failure+Pilot+Survey+%28ESC-HF+Pilot%29%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Heart+Failure%22%5BJournal%5D)">EURObservational Research Programme: regional differences and 1-year follow-up results of the Heart Failure Pilot Survey (ESC-HF Pilot).</a> European Journal of Heart Failure. 15 (7), 808-817 (2013).</li>
<li>Mozaffarian, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heart+disease+and+stroke+statistics--2015+update%3A+a+report+from+the+American+Heart+Association%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Heart disease and stroke statistics--2015 update: a report from the American Heart Association.</a> Circulation. 131 (4), 29(2015).</li>
<li>Klautz, R. J., Teitel, D. F., Steendijk, P., van Bel, F., Baan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interaction+between+afterload+and+contractility+in+the+newborn+heart%3A+evidence+of+homeometric+autoregulation+in+the+intact+circulation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+College+of+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Interaction between afterload and contractility in the newborn heart: evidence of homeometric autoregulation in the intact circulation.</a> Journal of the American College of Cardiology. 25 (6), 1428-1435 (1995).</li>
<li>Liedtke, A. J., Pasternac, A., Sonnenblick, E. H., Gorlin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+canine+ventricular+dimensions+with+acute+changes+in+preload+and+afterload%5BTitle%5D)+AND+%22The+American+Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Changes in canine ventricular dimensions with acute changes in preload and afterload.</a> The American Journal of Physiology. 223 (4), 820-827 (1972).</li>
<li>Toischer, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+cardiac+remodeling+in+preload+versus+afterload%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Differential cardiac remodeling in preload versus afterload.</a> Circulation. 122 (10), 993-1003 (2010).</li>
<li>Zhang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cellular+Hypertrophy+and+Increased+Susceptibility+to+Spontaneous+Calcium-Release+of+Rat+Left+Atrial+Myocytes+Due+to+Elevated+Afterload%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+one%22%5BJournal%5D)">Cellular Hypertrophy and Increased Susceptibility to Spontaneous Calcium-Release of Rat Left Atrial Myocytes Due to Elevated Afterload.</a> PloS one. 10 (12), 0144309(2015).</li>
<li>Hori, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Loading+sequence+is+a+major+determinant+of+afterload-dependent+relaxation+in+intact+canine+heart%5BTitle%5D)+AND+%22The+American+Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Loading sequence is a major determinant of afterload-dependent relaxation in intact canine heart.</a> The American Journal of Physiology. 249, 4 Pt 2 747-754 (1985).</li>
<li>Schotola, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+contractile+adaption+to+preload+depends+on+the+amount+of+afterload%5BTitle%5D)+AND+%22ESC+Heart+Failure%22%5BJournal%5D)">The contractile adaption to preload depends on the amount of afterload.</a> ESC Heart Failure. 4 (4), 468-478 (2017).</li>
<li>Sonnenblick, E. H., Downing, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Afterload+as+a+primary+determinat+of+ventricular+performance%5BTitle%5D)+AND+%22The+American+Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Afterload as a primary determinat of ventricular performance.</a> The American Journal of Physiology. 204, 604-610 (1963).</li>
<li>Hirt, M. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+afterload+induces+pathological+cardiac+hypertrophy%3A+a+new+in+vitro+model%5BTitle%5D)+AND+%22Basic+Research+in+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Increased afterload induces pathological cardiac hypertrophy: a new in vitro model.</a> Basic Research in Cardiology. 107 (6), 307(2012).</li>
<li>Hirt, M. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deciphering+the+microRNA+signature+of+pathological+cardiac+hypertrophy+by+engineered+heart+tissue-+and+sequencing-technology%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+and+Cellular+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Deciphering the microRNA signature of pathological cardiac hypertrophy by engineered heart tissue- and sequencing-technology.</a> Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 81, 1-9 (2015).</li>
<li>Dorn, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+fuzzy+logic+of+physiological+cardiac+hypertrophy%5BTitle%5D)+AND+%22Hypertension%22%5BJournal%5D)">The fuzzy logic of physiological cardiac hypertrophy.</a> Hypertension. 49 (5), 962-970 (2007).</li>
<li>Hill, J. A., Olson, E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiac+plasticity%5BTitle%5D)+AND+%22The+New+England+Journal+of+Medicine%22%5BJournal%5D)">Cardiac plasticity.</a> The New England Journal of Medicine. 358 (13), 1370-1380 (2008).</li>
<li>Maillet, M., van Berlo, J. H., Molkentin, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+basis+of+physiological+heart+growth%3A+fundamental+concepts+and+new+players%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Molecular+Cell+Biology%22%5BJournal%5D)">Molecular basis of physiological heart growth: fundamental concepts and new players.</a> Nature Reviews Molecular Cell Biology. 14 (1), 38-48 (2013).</li>
<li>Stenzig, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DNA+methylation+in+an+engineered+heart+tissue+model+of+cardiac+hypertrophy%3A+common+signatures+and+effects+of+DNA+methylation+inhibitors%5BTitle%5D)+AND+%22Basic+Research+in+Cardiology%22%5BJournal%5D)">DNA methylation in an engineered heart tissue model of cardiac hypertrophy: common signatures and effects of DNA methylation inhibitors.</a> Basic Research in Cardiology. 111 (1), 9(2016).</li>
<li>Werner, T. R., Kunze, A. C., Stenzig, J., Eschenhagen, T., Hirt, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blockade+of+miR-140-3p+prevents+functional+deterioration+in+afterload-enhanced+engineered+heart+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Blockade of miR-140-3p prevents functional deterioration in afterload-enhanced engineered heart tissue.</a> Scientific Reports. 9 (1), 11494(2019).</li>
<li>Leonard, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Afterload+promotes+maturation+of+human+induced+pluripotent+stem+cell+derived+cardiomyocytes+in+engineered+heart+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+and+Cellular+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Afterload promotes maturation of human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes in engineered heart tissues.</a> Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 118, 147-158 (2018).</li>
<li>Rodriguez, M. L., Werner, T. R., Becker, B., Eschenhagen, T., Hirt, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetics-Based+Approach+for+Fine-Tuning+Afterload+in+Engineered+Heart+Tissues%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Biomaterials+Science+%26+Engineering%22%5BJournal%5D)">Magnetics-Based Approach for Fine-Tuning Afterload in Engineered Heart Tissues.</a> ACS Biomaterials Science & Engineering. 5 (7), 3663-3675 (2019).</li>
<li>Mannhardt, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+Contraction+Analysis+of+Human+Engineered+Heart+Tissue+for+Cardiac+Drug+Safety+Screening%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Automated Contraction Analysis of Human Engineered Heart Tissue for Cardiac Drug Safety Screening.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (122), e55461(2017).</li>
</ol>

TE i MNH są współzałożycielami EHT Technologies GmbH. Wszyscy pozostali autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Przedstawiony w niniejszym dokumencie protokół opisuje nową technikę magnetycznej zmiany obciążenia następczego w zmodyfikowanych tkankach serca. Technika ta opiera się na użyciu stolika piezoelektrycznego do przesuwania płytki silnych magnesów w kierunku i od magnetycznie reagujących stojaków z silikonowymi słupkami. Im bliżej znajdują się dwa zestawy magnesów, tym silniejsze jest obciążenie następcze, którego doświadczają wyhodowane na nich EHT.
Istnieje kilka kroków, które mają kluczowe zna...

Obciążenie następcze to obciążenie skurczowe komory po rozpoczęciu wyrzucania krwi1. Podczas rozwoju serca odpowiednie obciążenie następcze ma kluczowe znaczenie dla dojrzewania kardiomiocytów2. W wieku dorosłym niski poziom obciążenia komorowego (np. u obłożnie chorych z wysokim urazem rdzenia kręgowego3 lub w bardzo szczególnych przypadkach, takich jak spaceflight4) może prowadzić do hipotrofii serca. I odwrotnie, wysokie obciążenie następcze może prowadzić do przerostu mięśnia sercowego5. Podczas gdy przerost mięśnia sercowego u sportowców wytrzymałościowych lub kobiet w ciąży jest uważany za korzystny i fizjologiczny, przerost związany z długotrwałym nadciśnieniem tętniczym lub ciężkim zwężeniem zastawki aortalnej jest szkodliwy, ponieważ predysponuje do zaburzeń rytmu serca i niewydolności serca6. Chociaż 5-letnia śmiertelność pacjentów z niewydolnością serca zmniejszyła się z ~70% w latach 80. XX wieku6 do 40–50%7 obecnie, nadal istnieje duże zapotrzebowanie na nowe opcje leczenia tego bardzo rozpowszechnionego schorzenia (obecnie 2,2% populacji w świecie zachodnim)8.
W celu zbadania molekularnych mechanizmów patologicznego przerostu mięśnia sercowego oraz przetestowania prewencyjnych lub terapeutycznych strategii leczenia tej choroby, opracowano modele obciążenia następczego in vivo9,10,11,12. Chociaż modele te dostarczyły korzystnych informacji na temat wpływu obciążenia następczego na wydajność komór, nie pozwalają na precyzyjną kontrolę nad wielkością obciążenia następczego. Alternatywnie, badania in vitro obciążenia następczego wykonywane na wyciętych preparatach sercowych i mięśniowych pozwalają na dokładniejszą kontrolę obciążenia tkanek, ale modele te nie sprzyjają badaniom podłużnym13,14,15.
Aby przezwyciężyć te problemy, opracowaliśmy model in vitro podwyższonego obciążenia następczego w zmodyfikowanych tkankach serca (EHTs)16,17. Model ten jest trójwymiarowym formatem hodowli komórek serca szczura osadzonych w matrycy fibrynowej zawieszonej między elastycznymi, pustymi w środku silikonowymi wkładkami. Tkanki te biją samoistnie (wbrew oporowi wkładów silikonowych) i wykonują pracę auksotoniczną. W poprzednich eksperymentach zwiększyliśmy obciążenie następcze przyłożone do EHT 12-krotnie, wkładając sztywne metalowe aparaty ortodontyczne do pustych wkładów silikonowych na jeden tydzień. Doprowadziło to do wielu zmian, charakterystycznych dla patologicznego przerostu mięśnia sercowego18,19,20: przerost kardiomiocytów, częściowa nekroptoza, spadek siły skurczu, upośledzenie rozluźnienia tkanek, reaktywacja programu genów płodu, przejście metaboliczne z utleniania kwasów tłuszczowych do glikolizy beztlenowej i wzrost zwłóknienia. Chociaż procedura ta została z powodzeniem zastosowana w kilku badaniach17,21,22, ma ona pewne wady. Istnieją tylko dwa stany, niskie lub bardzo wysokie (12-krotne) obciążenie następcze, a procedura wymaga ręcznego obchodzenia się z EHT, co ogranicza ich elastyczność czasową i stwarza ryzyko zanieczyszczenia.
Niedawno, Leonard et al. użyli podobnej techniki do modulacji obciążenia następczego w EHT hodowanych na silikonowych słupkach23. Wokół zewnętrznej strony słupków umieszczono szelki o różnej długości, aby ograniczyć ich ruch zginający. Autorzy tego badania stwierdzili, że pojedynczy mały lub średni wzrost obciążenia poprawił rozwój siły i dojrzewanie ludzkich EHT pochodzących z iPS, podczas gdy większe obciążenia powodowały stan patologiczny. Jednak, podobnie jak w naszym własnym systemie, technika ta pozwala tylko na pojedyncze wzrosty obciążenia następczego, którego wielkość jest podyktowana długością stężeń. W związku z tym drobne zmiany obciążenia następczego, modyfikacje obciążenia następczego w czasie i precyzyjne schematy obciążenia nie są możliwe przy użyciu tych technik.
Tutaj udostępniamy protokół dla systemu, który może być używany do modulacji oporu końcowego, tj. obciążenia wtórnego EHT magnetycznie24. Platforma ta ułatwia precyzyjne dostrajanie obciążenia następczego, umożliwia zdefiniowanie przez użytkownika schematów ładowania wtórnego i zapewnia sterylność EHT.

<table><tbody><tr><td>Cylindryczne magnesy płytowe</td><td>HKCM</td><td>9962-55184</td><td>h = 14 mm, d = 13 mm</td></tr><tr><td>Cylindryczne magnesy słupkowe</td><td>HKCM</td><td>9962-63571</td><td>h = 2 mm, d = 0,5 mm</td></tr><tr><td>Drut dentystyczny</td><td>Ormco</td><td>266-1316</td><td>d = 0,016 cala (0,406 mm)</td></tr><tr><td>GraphPad GraphPad</td><td>Software, La Jolla, Kalifornia, USA</td><td>wersja 6.00 dla systemu Windows</td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie do sterowania ruchem dla silnika piezoelektrycznego</td><td>Micronix USA</td><td></td><td>do pobrania za darmo na stronie głównej producenta</td></tr><tr><td>Sterownik ruchu do silnika piezoelektrycznego</td><td>Micronix USA</td><<td>strong>MMC-100-01000</td><td></td></tr> <tr><td>Platforma optycznej analizy kurczliwości</td><td>EHT technologies</td><td>A0001</td><td></td></tr><tr><td>Piezoelektryczny silnik liniowy</td><td>Micronix USA</td><td>PPS-20-15206</td><td>wyposażony w liniowy enkoder optyczny, środowisko inkubatora kompatybilny</td></tr><tr><td>pręt styrenowy</td><td>Plastruct</td><td>MR-15</td><td>d = 0,015 cala (0,381 mm)</td></tr><tr><td>Kamera USB</td><td>Reichelt Elektronik</td><td>REFLECTA 66142</td><td></td></tr></tbody></table>

magnetyczna regulacja obciążenia następczego w zmodyfikowanych tkankach serca

Magnetic Adjustment of Afterload in Engineered Heart Tissues

Wiadomo, że obciążenie następcze napędza rozwój zarówno fizjologicznych, jak i patologicznych stanów serca. W związku z tym badanie wyników zmienionych stanów obciążenia następczego może dostarczyć ważnych informacji na temat mechanizmów kontrolujących te krytyczne procesy. Jednak obecnie brakuje eksperymentalnej techniki precyzyjnego dostrajania obciążenia następczego w tkance serca w czasie. W tym artykule opisano nowo opracowaną technikę opartą na magnesach w celu osiągnięcia tej kontroli w zmodyfikowanych tkankach serca (EHT). W celu wytworzenia magnetycznie reagujących EHT (MR-EHT), tkanki są montowane na pustych w środku silikonowych wkładkach, z których niektóre zawierają małe magnesy trwałe. Drugi zestaw magnesów trwałych jest wciskany w płytę akrylową w taki sposób, że są zorientowane z tą samą biegunowością i są wyrównane osiowo z magnesami słupkowymi. Aby wyregulować obciążenie następcze, ta płyta magnesów jest przesuwana w kierunku (większe obciążenie wtórne) lub w kierunku (mniejsze obciążenie wtórne) od magnesów słupkowych za pomocą stopnia piezoelektrycznego wyposażonego w enkoder. Oprogramowanie do sterowania ruchem służące do regulacji położenia stolika pozwala na opracowanie zdefiniowanych przez użytkownika schematów obciążenia następczego, podczas gdy enkoder zapewnia, że stolik koryguje wszelkie niespójności w swoim położeniu. Praca ta opisuje produkcję, kalibrację i implementację tego systemu, aby umożliwić rozwój podobnych platform w innych laboratoriach na całym świecie. Uwzględniono reprezentatywne wyniki z dwóch oddzielnych eksperymentów, aby zilustrować zakres różnych badań, które można przeprowadzić przy użyciu tego systemu.

Kwantyfikacja sztywności słupka magnetycznego 
Poziomo zorientowany, magnetycznie responsywny silikonowy słupek zamontowano w stałej pozycji, a osiowo wyrównany magnes kalibracyjny umieszczono w kilku określonych odległościach („odstępach magnetycznych”) od tego słupka. Od końca silikonowego słupka zawieszono obciążenia testowe o znanej masie, co spowodowało jego ugięcie. Ugięcie to zostało skwantyfikowane optycznie. We wszystkich odstępach magnetycznych zaobserwowano liniową zależność między siłą gra...

Ten protokół dostarcza szczegółowych metod opisujących produkcję i implementację opartej na magnetyce platformy dostrajania obciążenia wtórnego dla zmodyfikowanych tkanek serca.

Magnetyczna regulacja obciążenia następczego w zmodyfikowanych tkankach serca

Afterload is known to drive the development of both physiological and pathological cardiac states. As such, studying the outcomes of altered afterload ...

System ten może być wykorzystany do wystawienia zmodyfikowanych tkanek serca na różne schematy obciążenia następczego, w celu zbadania wpływu tych bodźców na rozwój, przebudowę i dojrzewanie siły tkankowej. Nasza technika pozwala na precyzyjne poddanie bijących tkanek szerokiej gamie konfigurowalnych procedur obciążenia następczego przez dłuższy czas hodowli, bez konieczności otwierania płytki do hodowli komórkowej. Nasza metoda może być modyfikowana w celu kontrolowania obciążenia następczego w innych systemach hodowli tkanki mięśniowej, takich jak mięśnie szkieletowe, mięśnie gładkie lub wycięte mięśnie brodawkowate.Ponieważ nasze podejście systemowe jest dość unikalne i obejmuje aspekty techniczne, z którymi wielu naukowców nie jest zaznajomionych, demonstracja wizualna może pomóc w odtworzeniu naszej konfiguracji. Aby wyprodukować magnetycznie reagujące stojaki silikonowe, należy zaopatrzyć się w 24-dołkowe stojaki na wiosła z silikonowymi słupkami opisanymi w protokole tekstowym. Używając ustalonej polaryzacji, nasmaruj magnesy wodą i wkładaj je pojedynczo do skrajnych zewnętrznych słupków silikonowych stojaków.Użyj zmieszanego kawałka drutu dentystycznego ze stali nierdzewnej, aby ostrożnie wepchnąć je na dno pustej wnęki słupka. W każdym słupku można umieścić do pięciu magnesów. Użyj szczypiec okrągłych, aby zgiąć drut dentystyczny ze stali nierdzewnej w aparat ortodontyczny o szerokości 11,25 milimetra i długości 15 milimetrów.Aby zapewnić uzyskanie prawidłowych wymiarów, można użyć samodzielnie wykonanego przyrządu, aby pomóc w gięciu drutu, a następnie użyć nożyc do drutu do cięcia klamry i pilnika, aby wygładzić powierzchnię cięcia. Nasmaruj szelki lub słupki wodą i włóż je do silikonowego stojaka, mocując przy tym drugi i trzeci do najbardziej zewnętrznego słupka. Rozpocznij przygotowanie obciążenia wtórnego urządzenia strojeniowego zgodnie z opisem w protokole tekstowym, przymocuj do uchwytu magnesu do stopnia piezoelektrycznego za pomocą materiału niemagnetycznego, można to osiągnąć za pomocą kawałka aluminium w kształcie litery L.Aby umożliwić wizualną analizę tkanek, zainstaluj źródło światła w urządzeniu dostrajania obciążenia następczego. W tym przypadku zastosowano szereg diod LED, aby oświetlić inżyniera tkankom serca od dołu. Aby skalibrować system strojenia obciążenia następczego, zamontuj jeden z silikonowych stojaków i pionowo przy użyciu materiałów niemagnetycznych, tak aby magnetycznie reagujące silikonowe słupki były zorientowane poziomo.Teraz zamontuj jeden z magnesów płytowych na poziomo poruszającym się stoliku liniowym tak, aby był osiowo wyrównany ze słupkiem reagującym magnetycznie. Umieść magnes kalibracyjny w określonej odległości od magnetycznie reagującego silikonowego słupka za pomocą stolika poziomego. Umieść kamerę z boku tego zestawu, aby móc optycznie rejestrować ugięcie słupków pod wpływem obciążeń testowych.Upewnij się, że pod słupkiem jest wystarczająco dużo miejsca, aby przymocowane ładunki mogły swobodnie zwisać. Zrób zdjęcie słupka przy braku jakichkolwiek obciążników, które można by wykorzystać jako odniesienie do neutralnej pozycji słupków. Nie zmieniając perspektywy kamery, przymocuj jeden z ładunków do samego końca silikonowego słupka, a następnie zrób zdjęcie słupka uginającego się pod wpływem ciężaru.Teraz narysuj wykres ugięcia silikonowego słupka na osi x w stosunku do siły grawitacji każdego wzorca masy na osi y. Powinno to dać liniową zależność między siłą a ugięciem. Wykreśl funkcję regresji liniowej przechodzącą przez wartość 00 i uzyskane dane.Nachylenie tej funkcji to sztywność, k magnetycznie reagującego słupka silikonowego w badanym rozstawie magnesów. Powtórz te kroki w kilku odstępach między dmax a dmin. Tutaj analizowano ugięcia w ośmiu różnych pozycjach magnesu, w zakresie od około 31 milimetrów do około pięciu milimetrów.Wiele funkcji regresji przez te wartości. Na przykład użyj dopasowania nieliniowego, funkcji zaniku jednej fazy w oprogramowaniu do analizy. Ta funkcja regresji opisuje zależność między odstępami między magnesami a obciążeniem następczym.Aby przygotować urządzenie do strojenia obciążenia wtórnego do eksperymentów, podłącz piezoelektryczny silnik stage do kontrolera ruchu i podłącz kontroler ruchu do komputera. Upewnij się, że kontroler ruchu jest również podłączony do źródła zasilania. Następnie uruchom oprogramowanie platformy kontrolera ruchu, podłącz oprogramowanie do silnika piezoelektrycznego stage, wybierając port wyznaczony jako płyta sceniczna podczas instalacji oprogramowania do sterowania ruchem, a następnie kliknij przycisk Otwórz port.Przejdź do panelu systemu, wybierz otwartą pętlę, z rozwijanego menu pętli. Ręcznie przesuń płytę magnesu do najwyższej pozycji, najbliższego możliwego odstępu między magnesami dmin. Płytka magnetyczna powinna stykać się z mocowaniem płytki hodowlanej.Teraz przejdź do Panelu ruchu, takiego jak przycisk zerowy, aby zresetować bieżącą pozycję stolika piezoelektrycznego do zera milimetrów. Ręcznie przesuń łopatkę magnesu do najniższej możliwej pozycji, zapisz pozycję enkodera, aby określić zakres ruchu piezoelektrycznego silnika stage. Ustaw granice ruchu w panelu systemowym na wartości w zakresie ruchu określonym w poprzednim kroku.Zapobiega to uderzaniu ostrza magnesu o ostrze hodowli lub spód urządzenia dostrajającego obciążenie wtórne. Ponownie przesuń ostrze magnesu do najwyższej pozycji i kliknij przycisk zera. Przejdź do panelu systemowego i zmień tryb pętli sprzężenia zwrotnego na pętlę zamkniętą, dzięki czemu stolik zostanie skorygowany o wszelkie błędy w jego ustawieniu.Kliknij przycisk Zapisz w polu przechowuj parametry, aby zapisać te ustawienia w systemie. Teraz umieść 24-dołkową płytkę hodowlaną zawierającą zmodyfikowane tkanki serca na magnetycznie reagujących silikonowych stojakach na uchwycie płytki hodowlanej. Aby obliczyć rozstaw magnesów niezbędny do uzyskania pożądanego obciążenia następczego, rozwiąż funkcję regresji nieliniowej wyznaczoną wcześniej dla d.Odejmij dmin od obliczonego rozstawu magnesów, d. Wynikiem jest odległość, jaką płyta magnetyczna musi przebyć od pozycji zerowej, aby osiągnąć pożądane obciążenie następcze. Wpisz tę wartość w polu wejściowym Pozycja docelowa w panelu Ruch i kliknij przycisk Przejdź, aby dostosować obciążenie wtórne zmodyfikowanej tkanki serca do obliczonej wartości.Kontrolne MREHT wyprodukowane z serc szczurów hodowano przy braku magnetycznego obciążenia następczego, aż do osiągnięcia plateau siły skurczu. W tym dniu MREHT i kontrolowane EHT miały podobne średnie siły. W ciągu następnego tygodnia obciążenie następcze wywierane na MREHT było stopniowo zwiększane z punktu dziewiątego pierwszego do punktu szóstego ósmego pięciomiliniutonowego na milimetr, podczas gdy obciążenie następcze dla kontroli EHT pozostało stałe.Średnia siła skurczu wzrastała wraz ze wzrostem obciążenia następczego do punktu dziewięć pięć miliniutonów, co oznacza ponad trzykrotny wzrost siły w porównaniu ze średnią wartością zmierzoną dla kontrolowanych EHT. Z drugiej strony ugięcie po zmniejszeniu się w porównaniu z tkankami kontrolnymi. W ostatnim dniu hodowli główne ugięcie zmierzone dla MREHT wynosiło tylko jeden punkt jeden milimetr, w porównaniu do punktu czwartego osiem milimetrów dla kontrolnych EHT.Rad EHT na magnetycznie reagujących silikonowych wkładkach hodowano przy minimalnym obciążeniu następczym wynoszącym punkt dziewiąty, jeden miliniuton na milimetr, aż do osiągnięcia plateau i siły skurczu. Od tego dnia MREHT były poddawane siedmiodniowemu reżimowi obciążenia następczego, który wystawiał EHT na cykle obciążenia następczego na przemian między punktem dziewiątym pierwszym a szóstym punktem ósmym pięciomiliniutonami na milimetr. Obciążenie następcze kontrolnych EHT utrzymywano na stałym poziomie punktu szóstego zero miliniutonów na milimetr przez cały czas trwania hodowli.Zaobserwowane różnice nie były istotne statystycznie. W połączeniu z analizą kurczliwości optycznej, metoda ta umożliwia pomiar w czasie rzeczywistym krótkoterminowej reakcji skurczowej na wahania wielkości obciążenia następczego, co może być przydatne do badania fizjologicznych właściwości mięśni. Silne magnesy mogą nagle przylegać do siebie, potencjalnie powodując obrażenia użytkownika i uszkadzając same magnesy, aby tego uniknąć, trzymaj magnes oddzielnie w bezpiecznej odległości.

magnetic-adjustment-of-afterload-in-engineered-heart-tissues

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

Biologia rozwojowa

Ten artykuł opisuje procedury wszczepiania nowego hydrożelu w niewydolne serca i ilościowe określanie jego wpływu na naprężenie i funkcję ściany lewej komory. Procedury te zostały z powodzeniem zastosowane u psów i ludzi.

Zmniejszenie stresu w ścianie lewej komory i poprawa funkcji w niewydolności serca za pomocą Algisyl-LVR

Niewydolność serca jest główną przyczyną hospitalizacji i główną przyczyną śmiertelności. Model trwałego podwiązania lewej przedniej zstępującej tętnicy wieńcowej u myszy stosuje się do badania przebudowy komór i dysfunkcji serca po zawale mięśnia sercowego. Przedstawiono technikę inwazyjnych pomiarów hemodynamicznych u myszy.

Trwałe podwiązanie lewej przedniej zstępującej tętnicy wieńcowej u myszy: model przebudowy po zawale mięśnia sercowego i niewydolności serca

Ten artykuł opisuje pomiar funkcji lewej komory myszy za pomocą analizy ciśnienia/objętości przy różnych częstościach akcji serca.

Cewnikowanie serca u myszy w celu pomiaru zależności objętości ciśnienia: badanie efektu Bowditcha

Tutaj pokazujemy generowanie ludzkiej tkanki serca z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (hiPSC) pochodzących z kardiomiocytów. Przedstawiono metodę analizy siły skurczu oraz przykładową zmianę wzorca skurczu przez inhibitor kanału hERG E-4031. Metoda ta wykazuje wysoki poziom odporności i przydatności do badań przesiewowych leków sercowych.

Zautomatyzowana analiza skurczów ludzkiej zmodyfikowanej tkanki serca do badań przesiewowych bezpieczeństwa leków sercowych

Tutaj opisujemy krok po kroku protokół chirurgicznego usuwania aorty w dobrze znanym mysim modelu zwężenia aorty. Procedura ta pozwala nie tylko na zbadanie mechanizmów leżących u podstaw odwrotnej przebudowy lewej komory i regresji przerostu, ale także na przetestowanie nowych opcji terapeutycznych, które mogą przyspieszyć powrót do zdrowia mięśnia sercowego.

Badanie odwrotnej przebudowy lewej komory przez odpasowanie aorty u gryzoni

Tutaj opisujemy analizę pętli ciśnienia i objętości serca pod wpływem rosnących dawek dożylnie podawanego izoproterenolu w celu określenia wewnętrznej funkcji serca i rezerwy β-adrenergicznej u myszy. Do pomiarów pętli ciśnienie-objętość stosujemy zmodyfikowane podejście z otwartą klatką piersiową, w którym uwzględniamy wentylację z dodatnim ciśnieniem końcowo-wydechowym.

Odpowiedź serca na stymulację β-adrenergiczną określona na podstawie analizy pętli ciśnienie-objętość

Trójwymiarowe tkanki serca bioinżynieryjne wykorzystujące kardiomiocyty pochodzące z komórek macierzystych okazały się obiecującymi modelami do badania zdrowego i chorego ludzkiego mięśnia sercowego in vitro, jednocześnie podsumowując kluczowe aspekty rodzimej niszy sercowej. Manuskrypt ten opisuje protokół wytwarzania i analizy zmodyfikowanych tkanek serca o wysokiej zawartości wygenerowanych z ludzkich pluripotencjalnych kardiomiocytów pochodzących z komórek macierzystych.

Projektowanie bioreaktora w celu usprawnienia pozyskiwania danych i modelowania przepustowości zmodyfikowanych tkanek serca

Protokół opisuje system perfuzji serca ex vivo u świń, w którym bezpośrednie obciążenie lewej komory może służyć jako technika oceny zdrowia przeszczepu, zapewniając jednocześnie holistyczną ocenę funkcji przeszczepu. Omówiono również projekt systemu i możliwe wskaźniki oceny.

Obciążenie serca za pomocą pasywnego zwiększania ciśnienia w lewym przedsionku i pasywnego obciążenia następczego do oceny przeszczepu

Ten protokół przedstawia metodę szczepienia magnetycznego koralika do rozwijającego się serca danio pręgowanego za pomocą mikrochirurgii, umożliwiając manipulowanie siłami mechanicznymi in vivo i wywołując mechaniczny, zależny od bodźca napływ wapnia do komórek wsierdzia.

Manipulowanie siłami mechanicznymi w rozwijającym się sercu danio pręgowanego za pomocą kulek magnetycznych

Przedstawiamy dynamiczną i odwracalną platformę do testowania sztywności wykonaną z ultramiękkiego silikonowego elastomeru (polidimetylosiloksan, PDMS) z osadzonymi cząstkami żelaza. Ten nowatorski test nadaje się do badania pojawiających się czasowo zależnych zmian fizycznych w fenotypach komórek, w tym naprowadzania kontaktowego. Tutaj mierzymy wyrównanie kardiomiocytów noworodków szczurów po usztywnieniu macierzy za pomocą magnetyki.

Mikrowzorowane elastomery magneto-reologiczne do wywoływania zmian w ustawieniu kardiomiocytów

Odkryj magnetyczną regulację obciążenia następczego w inżynieryjnych tkankach serca. Ta metoda umożliwia precyzyjne sterowanie obciążeniem bez otwierania płytki hodowlanej, wspierając badania nad dojrzewaniem i remodelowaniem tkanek.

Magnetyczna regulacja obciążenia następczego w zmodyfikowanych tkankach serca

Przeglądaj więcej filmów