Жизнеспособность и плотность покрытия пост-оттепельных hiPSC-CMs имеет решающее значение для многофункциональной культуры MEA. Предварительное покрытие 1-2 миллионов hiPSC-CMs/флакальной в две колодцы 6-ну хорошо ткани культуры пластины с 50% или большей жизнеспособностью будет производить здоровую культуру монослой с спонтанным избиением на 48 ч. Плохая жизнеспособность СМ приведет к культурам с высоким процентом не миоцитных популяций. Эти монослои, когда разъединяются для многообразного покрытия MEA обычно производят противоречивые результаты и сигналы плохого качества и, следовательно, должны быть отброшены. На рисунке 1 показаны примеры оптимальных по сравнению с субоптимальными культурами hiPSC-CMs на 48 ч после покрытия. Таяние CMs на субстрата покрытием ткани культуры пластин, а не непосредственно на multiwell MEAs, позволяет для восстановления клеток и созревания3. Прямое покрытие криоконсервированных CMs на массиве не рекомендуется, поскольку это дало противоречивые результаты.
В дополнение к качеству разъединенных КМ, вложение клеток на multiwell MEA сильно зависит от плотности клеток и техники покрытия фибронектина. Размер капли фибронектина имеет решающее значение, поскольку CMs будут соответствовать границам области с покрытием фибронектина. По этой причине, только 5 зЛ фибронектина раствора распределяются непосредственно над областью электродного массива. Чтобы капля не рассеялась, поверхность колодца должна быть полностью сухой во время покрытия. На рисунке 2 показана планировка многофункциональной пластины MEA со схемами поэтапной предварительной обработки для оптимальной подготовки. Кроме того, для предотвращения фибронектина от сушки многовеллы MEA пластины должны быть помещены в увлажняющую камеру в инкубационный период продолжительностью не более 3 ч (см. шаг 3.8). После того, как инкубационный период завершен, важно, чтобы удалить фибронектин капли из каждого колодца непосредственно перед CM покрытие и только после этого перейти к следующему хорошо покрытие. Быстрая и тщательная работа по распределению CMs является ключом к успешному вложению клеток.
hiPSC-CM культур на 30 дней после дифференциации разобщены для многофункциональных MEA покрытие с использованием метода диссоциации ферментативных клеток (см. шаг 4). CMs будут прикрепляться к фибронектин покрытием MEA поверхностей на 3 ч и монослой, охватывающий массивы будут видны после 24 ч после покрытия(Рисунок 3). Синхронное избиение монослой будет наблюдаться при 24-48 ч. Дисперсия капельной клетки повлияет на плотность культуры или даже приведет к высыханию и гибели клеток. Точное размещение ячейки непосредственно на массиве имеет первостепенное значение, и поэтому метод должен практиковаться для оптимального покрытия. Сливка ячеек к эталонного электрода будет препятствовать выработке электрического сигнала. Смотрите Рисунок 3 для изображений оптимального размещения CM, и культуры после 24 ч.
CMs, культивированные на многофункциональных МЭА, подвергаются проверке качества на электрическую активность при 48 ч после покрытия. Как правило, амплитуда сигнала FP увеличивается от диапазонаЗВ до мВ примерно за 4 дня 3. Если 50% электродов в сети и 70% от общего числа сетей не производят fp сигналов, то сеть или культура являются неоптимальными и должны быть отброшены. Для анализа FP и AP обрабатываются только культуры, которые проходят проверку качества. На рисунке 6 показаны примеры хороших и нестандартных сигналов FP.
Электропорация опосредованных AP записи могут быть получены несколько раз из культур 48 h после MEA покрытие. Используя электропорацию, мы получили внутриклеточный доступ к рекордным АП с высоким разрешением из нескольких сетей кардиомиоцитов, полученных из hiPSC. Низковольтные импульсы (1 В, 1 мс, 1 Гц) на 30 с были доставлены для переходного, обратимого преобразования FP в AP. Электропорация обеспечивает успешный внутриклеточный доступ для измерения AP примерно в 75% электродов. Электрические сигналы регистрируются в течение 2 минут, которые включают 30 с преэлектропорации, 30 с во время и 1 мин постэлектропореации. Поезд 10 s AP waveforms 10 s постэлектропорации оцениваются на всех участках для качества сигнала и анализа. Любые следы, не соответствующие чистому сигналу AP, отбрасываются. Чтобы исследовать, если амплитуды AP коррелируют с fp сигнала мы электропонавсе все 288 сайтов одновременно записывать волны. Представитель FP и AP сигналы, записанные с одного и того же места ячейки из двух различных электродов показаны на рисунке 11A. Мы не наблюдали корреляции между амплитудой FP и пост-электропорация ap амплитуды, записанные из того же места клетки. Кроме того, несколько электропораций одного и того же участка клеток на 0, 24, 48, 72 и 96 ч не оказали существенного влияния на форму AP с течением времени(рисунок 11B).
Учитывая высокопроизводительный характер системы, ручная техника для извлечения и количественной оценки параметров, представляющих интерес, таких как интервал RR, мгновенная частота и потенциальное действие действия неэффективны и отнимают много времени. Специально созданный сценарий MATLAB, доступный научному сообществу по запросу, используется для выполнения измерений формы волны с разрешением 1 х. Точки времени электропорации накладываются извлеченным сигналом для определения 10 с ap постэлектропорации для проведения извлечения сигнала, гарантии качества и процесса сегментации(рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10). Пользовательский интерфейс позволяет подбирать нужный сегмент с использованием накладных индикаторов электропорации в качестве руководства. Сегментированная волновая форма обрабатывается подпрограммами для дальнейшей идентификации отдельных волн AP. Это завершается за счет обнаружения пика, где для каждого цикла идентифицируется самое высокое и самое низкое напряжение. Как только этот процесс завершен, амплитуды нормализуются, а связывающие сяпереносные векторы времени смещаются, чтобы определить нулевое время при пиковом значении 1. Для определения измерений APD использовалась интерполяция точек пересечения по отдельным циклам. Таким образом, частичный рабочий процесс автоматизации для сегментации волн AP позволяет эффективно анализывать данные для различных параметров APD в нескольких партиях культур в течение короткого периода времени. Продолжается дальнейшая автоматизация критериев включения и исключения для ПП и СП для анализа данных в режиме реального времени.
Существенным преимуществом многофункциональной пластины MEA является то, что она может быть повторно использована несколько раз. Это восстановление позволяет проводить повторяющиеся электрофизиологические исследования для экономически эффективного и последовательного сбора данных. Записи APs из того же массива после 6 реставраций отображаются на рисунке 12. Соотношение сигнала к шуму аналогично во многих повторном использовании. Чтобы продемонстрировать надежность массива для повторяющихся электрофизиологических исследований, в общей сложности 3815 волн AP объединяются из трех серий восстановления и AP данные о продолжительности извлекаются для изучения повторяемости результатов. Распределительные участки для отдельных волновой формы APD30, APD80, триангуляция (APD80-APD30) и дробное сокращение ((APD80-APD30)/(APD80)) отображаются (рисунок13).

Рисунок 1: Предварительное покрытие криоконсервированного hiPSC-CM для созревания. (A) Обработка клетки для pre-plating 1 флакон 10 дней столб-дифференициации криоконсервированный hiPSC-CMs. (B) Фазовые контрастные изображения успешных (слева) и неудачных (справа) культур hiPSC. Шкала бар: 275 мкм. Смотрите видео 1 и видео 2 для успешных примеров культуры 14 и 24 дней после дифференциации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 2: Multiwell MEA установки пластины и подготовки. (A) Схема пластины Multiwell MEA: Пластина состоит из 24 скважин (A1 через D6), каждая из которых содержит 12 микроэлектродных массивов и 4 периферических эталонных электродов. Диаметр электрода: 30 мкм / Расстояние между электродами: 300 мкм. Записи могут быть получены из 288 электродов одновременно. (B) Стерилизация и гидрофильные меры лечения, которые должны быть проведены до hiPSC-CM покрытие. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 3: диссоциация hiPSC-CM и покрытие на пластине Multiwell MEA. (A) Схема hiPSC-CM MEA покрытие шаги для каждой скважины. (B) Микроскопическое изображение, иллюстрирующее правильное размещение капель клетки, охватывающих все 12 электродов, не распространяясь на 4 эталонных электрода. (C) Фазовый контраст микроскопических изображений образцового (слева) и субоптимального (справа) hiPSC-CM, плагиат на MEA на 24 ч после покрытия. Шкала бар 275 мкм. Смотрите видео 3 для успешного примера meA покрытия. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 4: Многофункциональный экран приобретения программного обеспечения. Стрелки указывают расположение ключевых объектов и функций, упомянутых в тексте: панель контроля температуры (1) позволяет осуществлять мониторинг температуры в режиме реального времени на протяжении всего эксперимента. Вставьте/Эшутировать (2) кнопку задействовать и освободить Multiwell MEA плиты. Функция Define Experimental Flow (3) позволяет пользователю определить продолжительность записи. Функция настройки обработки данных (4) позволяет пользователю устанавливать настройки скорости выборки и фильтра приобретения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 5: hiPSC-CM электропорации и приобретения сигнала . Вкладка «Определение стимула» позволяет пользователю определить параметры электропорающего импульса. Вкладка стимуляции Электродов позволяет пользователю выбрать электропоющие электроды. Любая комбинация 288 электродов может быть выбрана. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 6: Проверка качества Мультивелл МЭГ для электрической активности. Multiwell- Программное обеспечение для приобретенияэкрана, показывающее необработанные окна данных с репрезентативными примерами оптимального (A) и нестандартных сигналов FP. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 7: FP и AP сигналы от нового и восстановленного массива. Multiwell MEA ферментативнойочистки шаги (A ). Базовый сигнал нового массива показывает минимальноесоотношение сигнала к шуму (B) и FP сигналы показывают электрическую активность сети (C). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 8: сегментация и анализ данных. Вид основного окна GUI для анализаволн. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 9: сегментация и анализ данных. Инициализируйте кнопку Waveforms для выявления и извлечения волнap для сегментации и начала предварительной обработки путем увеличения и выбора потенциальной области действия, представляющих интерес. Красные круги являются индикаторами электропорации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 10: сегментация и анализ данных. Пики (красные 'x') и желоба (желтые круги) обнаруживаются для каждой формы волны, а нормализованные APs накладываются для проверки качества волновых форм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 11: Зависимость AP Amplitude от сигнала FP для нескольких записей с одного и того же места ячейки. FP амплитуда в диапазонах ЗВ (A, верхняя левая панель) или м. диапазонов (A, верхняя правая панель), записанные из двух независимых электродов производить AP амплитуда в диапазоне м. (A, нижняя левая и правая панели), показывая никакой корреляции между FP амплитуды и постэлектропорации А.П. амплитуда. Нормализованные формы волн AP для каждой записи накладываются, как показано для каждой записи. Множественные электропорации одного и того же участка клеток на 0-96 ч даливысококачественные волны AP, позволяющие отслеживать мембранную электродинамику (B). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 12: ЗАПИСи AP после шести реставраций. Отображаются волны AP, зарегистрированные одновременно 10 с постэлектропорацией через 12 электродов из одного и того же колодца. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 13: гистограммы параметра APD от нескольких реставраций. Распределение участков для индивидуальной формы волныAPD30 (A ), APD80 (B), триангуляция (APD80-APD30) (C) и дробное сокращение (APD80-APD30)/(APD 80 )/(APD80)) (D) отображаются. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Дополнительные файлы. Видео 1-3. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.