Summary
在这里，我们使用高速模块化光测量系统描述从诱导多能干细胞衍生心肌细胞中获得的光学采集和作用潜力的特征。
Abstract
传统的细胞内微电极技术，量化心肌细胞电生理学是非常复杂的，劳动密集型，通常进行低吞吐量。诱导多能干细胞（iPSC）技术的快速和持续扩展为心血管研究提出了新的标准，现在需要替代方法，以提高单个细胞水平的电生理数据吞吐量。VF2.1Cl 是一种最近衍生的电压敏感染料，它提供快速的单通道，对膜电位波动的高级响应。它具有优于其他现有电压指标的动力学，并提供与传统微电极技术相当的功能数据。在这里，我们展示了简化的，非侵入性的行动潜在特征在外部节奏的人类iPSC衍生心肌细胞使用模块化和高度负担得起的光测量系统。
Introduction
心肌细胞的电生理建模和心脏药物筛查高效平台的建设对于制定各种心律失常的治疗策略至关重要。诱导多能干细胞（iPSC）技术的迅速扩展，利用分离的患者衍生心肌细胞（iPSC-CM）在人类疾病建模和药理学研究方面取得了可喜的成效。通过贴片夹（电流夹）对这些细胞进行电生理特征的"黄金标准"技术可以量化作用潜力（AP）的形态和持续时间，然而，这种方法极其复杂和缓慢，不适合高吞吐量数据采集1。iPSC-CMs 经常被报告有增加的舒张膜潜力和增加泄漏电流相比，成人本地心肌细胞2。有人建议，在iPSC-CMs中观察到的更小的细胞大小和更小的膜电容在使用电流夹技术时可能会产生一些系统性错误，或许可以解释这些偏差3。为了最大限度地提高 iPSC-CM 平台的效用，在 iPSC-CM 中单个单元格级别上对跨膜电压变化进行描述时，采用另一种方法具有提高吞吐量和确保数据准确性的宝贵价值。
电压敏感染料 （VSD） 长期以来一直是一种建议的方法，提供更快，非侵入性和等效的心脏AP动能分析相比，传统技术4。最近的一项研究已经证明了比率电压敏感探针光度测量是否适合精确量化心脏AP5。此外，能够轻松扩展光学光度测量方法，使这项技术能够扩展到在治疗药物开发中至关重要的大型心毒性屏幕（例如 CiPA）。利用微电极阵列和电压感应光学技术进行盲目多现场研究，开发标准化心毒性协议，证明了这种方法的关键价值。
许多强力计量染料在商业上都有售，而新探针的不断合成开发显示出在各种心脏和神经结构中简化其有效性令人振奋的潜力。理想的VSD将具有增强的动能和灵敏度，同时显示电容负荷降低、光出血和细胞毒性。最近合成的VF2.1Cl（FluoVolt）表达了许多这些有益的属性，这主要是因为其新的基于电线的分子结构，由新的电压流体（VF）家族7的其他成员共享。与普通电色VSD（在这种电色中，简单的探头在分子和电学上与等离子膜结合）不同，这种染料由一条被动插入的膜跨膜合成线组成，该线将富含电子的捐赠者与经过改良的荧光素氟磷（FITC）配对。机械细节在 图1中提供。这种染料表现出对膜电压波动的极高灵敏度，显示每100 mV的发射强度变化27%，而其他常见探针以可比速度7的±10%变化。此外，基于电线的PET系统不会直接与细胞电场相互作用，而蜂窝电场产生的电干扰最小，细胞电容负荷的变化也微乎其微。
图1：VF2.1Cl染料的化学、光谱和机械参数。（A） VF2.1Cl.分子特征的化学结构需要注意，包括苯乙烯分子线内的多个烷基组，这有利于插入等离子体膜。与FITC探针结合的负电压硫酸组可确保细胞外表面的氟醇稳定，并有助于相对于脂质双层的电场接近垂直插入。（B） 垂直VF2.1Cl嵌入目标细胞等离子膜的简化示意图。（C） VF2.1Cl 染料的吸收和发射光谱。光谱与标准 FITC 和 GFP 探头相同。（D） VF2.1Cl的机械动作模式的描述。在休息条件下（超极化），负细胞内电压将自由电子驱动到荧光管。电子丰度确保光诱导电子转移（PET）被青睐为在光学激发后走出兴奋状态的途径，有效抑制荧光。相比之下，去极化膜潜在影响向下电子运动，有利于荧光对光学激发。由此产生的荧光反应与膜电压有线性关系，可精确利用它来收集有关细胞电生理动力学的详细时间信息。（E） 代表亮场（上）和荧光在470纳米（下）图像的麻风病心肌细胞加载VF2.1Cl.（F）Z堆栈的单载心肌细胞。箭头表示 VF2.1Cl 到细胞膜的清晰定位区域。图像是用一个由X光v3旋转盘共焦头和50μm针孔图案组成的旋转圆盘共焦系统获得的;LDI-7 照明器;总理95B相机和普莱纳波兰姆达100倍的目标。缩放栏：20μm。请单击此处查看此图的较大版本。
FITC 探头与 VF2.1Cl 结合，可确保在标准和 GFP 滤清器配置下有效使用，并且只需要一个通道采集系统，这两个系统都是荧光成像平台的共同功能。最近有报道说，这种染料的致密人类iPSC-CM单层分析有8、9、10、11。我们的协议与这些研究不同，因为我们对单个、孤立的 iPSC-CMs 进行了调查，不受密集同步单层的电气和参数影响，以及我们使用经济实惠且可定制的光度测量系统，而不是复杂的共聚焦或广域成像安排。
在这里，我们描述了我们的协议，快速获取和分析强大的光学APs从孤立的人类iPSC衍生心肌细胞和原生心肌细胞（见 补充文件）。我们使用 VF2.1Cl 以及可定制的单细胞光度测量技术平台。这些实验方案已得到哥廷根大学医学中心伦理委员会（第10/9/15号）的批准。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. 细胞制剂
注：本协议中使用的人类iPSC来自健康的捐赠者，并采用完全定义的小分子调制WNT信号和乳酸纯化技术，如前所述12，13，14。iPSC-CM 每 2-3 天维护一次，下面概述了文化媒介。
- 准备基础介质培养基（RPMI 1640）和2%补充（B27）。储存在 4 °C。 在室温下使用 （RT）。
- 准备基底介质的电镀介质 （RPMI 1640），2% 补充 （B27） 和 1：2000 ROCK 抑制剂。储存在 4 °C。 在 RT 中使用。
- 涂层消毒 10 毫米圆形玻璃 #0 盖片，150 μL 的 1：60 系数免费地下室膜基质，并在 4 °C 4 h 下孵育。
注意：为了确保整个玻璃被覆盖，同时保持足够的表面张力以防止溢出，有必要优化覆盖唇体积。150 μL 建议用于 10 mm 圆形覆盖唇。批量大小、覆盖式、覆盖体积、培养板型可满足实验者的需求。 - 开始 iPSC-CM 与基于 EDTA 的细胞分离试剂分离。通过用 1，000 μL 移液器轻轻冲洗，确保单层完全分离。
- 将细胞悬架转移到 15 mL 管中，并添加双音量电镀介质。离心机10分钟，100 x g。
- 用电镀介质所需的体积（悬念体积）重新悬念颗粒。手动或电子计数细胞。
- 选择每个覆盖唇的最佳密度（15，000），这将允许以后进行孤立的细胞分析。
- 计算以此所需密度平滑所有盖片所需的"活动"细胞悬浮 （A） 体积。应用以下公式并取入单独的管子：
- 计算以所需的体积容纳每个盖片所需的额外电镀介质 （B） 的体积。应用以下公式，并将产生的体积添加到主动悬浮管中：
- 从盖唇中取出基质，将细胞悬浮 （A+B） 的"盖片体积"应用到每个盖唇上。定期在管中重复使用，以确保均匀的细胞分布。
- 在 37 °C 下孵育 1 小时。轻轻地用电镀介质填充井。
- 24小时后，与正常文化媒介交换媒体，每2-3天保持一次。
2. 实验设置
- 为倒置的表观显微镜配备 40 倍放大倍率、高数值光圈镜头（N.A： > 0.75）进行实验。
- 将暖白色 LED 快速切换到显微镜的传输照明端口。将简单的红色 660 nm 滤清器插入传输的光路。
注：这种光可以在光度测量实验中激活，以观察样品，而不会污染绿色荧光信号。 - 安装快速切换 470 nm LED 头进行照片测量记录。在显微镜的表光端口插入 470/40 激发滤镜，以清理 LED 产生的光。
注：为了优化信号量化，建议使用具有高速反馈控制光输出的照明系统。 - 在显微镜内的镜片单元旋转木马中插入一个显微镜立方体，其中包含一个 495 nm 长的传递光束分离器。
- 将装有可调现场隔膜的检测臂安装到显微镜 C-mount 端口，以便选择感兴趣的区域。
- 另外，将一个光子探测器 （PMT） 和 USB 摄像机耦合到显微镜上。这将形成排放检测系统的基础。
- 将包含 565 nm 长通过光束分离器和 535/50 排放过滤器的过滤器插入 PMT 端口。这将两个探测器之间的发射光分开。
注：连接到发射检测系统传输端口的摄像机可以在所有实验中检测到亮场下的传输光。 - 将 PMT 与电源和 PMT 放大器耦合。将 PMT 放大器输出连接到数据采集系统的模拟输入引脚。
- 以 1 kHz 或更高速度过滤来自 PMT 的模拟数据。
- 以至少是模拟信号（2 kHz 或更高）中最高频率两倍的频率对数据进行数字化，以满足奈奎斯特标准并防止别名化。
3. 带 VF2.1Cl 的细胞加载
注：涉及这种染料的所有步骤必须在低光照条件下进行。
- 准备 Tyrode 的沐浴解决方案 （在 mM）： 140 NaCl， 10 HEPES， 10 葡萄糖， 4 KCl， 1 MgCl2， 2 CaCl2， pH = 7.35 和温暖到 37 °C.
- 通过混合 5 μL 的 1，000x VF2.1Cl 和 50 μL 的 20% 溶解，在微中心富尔管中准备装载溶液。
- 将 5 μL 的装载溶液应用于 20 mm Petri 盘中 5 mL 加热 Tyrode 溶液（总染料浓度为 0.1 倍）。
注：最终染料浓度为0.1倍。这是制造商建议的 1/10。这节约了资源，确保了可忽略不清的细胞毒性，而且重要的是，仍然保留来自具有高信号与噪声比的加载电池的清晰光学信号。 - 在菜中加入一个 iPSC-CM 盖片，在 37 °C 下孵育 20 分钟。
- 组装加热的活细胞成像室。登上显微镜舞台，装满 500 μL 的新鲜 Tyrode 溶液。
- 在 37 °C 下用新鲜的 Tyrode 溶液清洗盖唇。
- 使用细点钳小心地将 iPSC-CM 盖唇涂抹到预热浴室。
注意：确保房间及其内容始终在生理温度下加热。如果需要，从持续灌注加热泰罗德的解决方案开始。
4. 电场刺激
注：iPSC-CM的外部触发是可选的，但可用于细胞动力学和实验参数的标准化。它增加了分析的易用性，并允许对频率依赖效应进行调查。
- 将两个相距 5 mm 的铂电极连接到录音室中，并附上刺入。
- 将外部刺激器连接到刺入件。设置为 5 ms 双极场脉冲在 0.5 Hz.
- 通过将刺激从 1 V 向上增加，确定最佳刺激电压。阈值电刺激被定义为单元格开始收缩的最低电压。施加电压大约比此阈值高 25%。正常范围在 1 V 和 30 V 之间。
- 用外部刺激器修复刺激频率，或用采集软件触发刺激频率。
5. 光学动作潜在收购
注：此协议使用商业软件进行获取和分析。
- 使用传输的光路径和 USB 摄像机在明亮的视野中可视化肌细胞。
- 选择一个孤立的细胞，并紧紧裁剪其光学路径与现场隔膜，确保只有光从感兴趣的细胞被监测。
- 激活 PMT 放大器，将 PMT 电源设置为 750 V。
- 运行刺激协议（参见步骤 4）以及采集软件，同时激活 470 nm 激发灯。后者可以通过远程面板完成，也可以在固定强度（TTL 信号）下自动完成。
- 调整 PMT 放大器的增益和偏移，以确保信号不饱和，并针对录制系统的检测范围进行优化。
- 记录 10 次扫描，确保检测到稳定的行动潜力。
- 继续录制并立即移动显微镜阶段，以便从没有细胞的区域短暂获取背景信号。关掉激发灯。
注：此背景值（F偏移 ）将用于计算任何背景荧光。 - 如果需要，本地香水参考药物，如1μM尼菲丁，以确定细胞对药理操作的反应。
- 以顺序方式，每次选择新单元格时重复步骤 5.2-5.7。如果需要，则更换盖片，以确保单次试用率高。
注： 图2中描述了加载和图像采集协议。
6. 数据分析
- 使用分析软件打开保存的记录，平均 10 次扫描，其中包含来自单个单元格的刺激作用电位。
- 以代表 F偏移 的基线信号的表示值为例，并从平均跟踪中减去此值。
- 使用以下公式计算∆F/F0（其中F测量荧光，F0测量舒张荧光）：
- 识别微量基线（舒张）和兴趣区域（AP），并测量所需的心脏动作潜在参数。这包括但不限于50%（APD50）和90%（APD90）再极化的衰变时间。
- 将来自该单个单元格的数据导出到电子表格软件。
- 所有录音重复步骤 6.1 或 6.5。通过适当的未修复测试或差异分析来评估结果。
图 2：加载和图像采集协议。（A） iPSC-CMs 和原生心肌细胞完整 VF2.1Cl 加载协议的流程图。（B） 本协议中用于激发和检测 VF2.1Cl 发射的光束分离器 （BS） 和过滤器配置的简化示意图，以响应跨膜电压的变化。 请单击此处查看此图的较大版本。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
图3：分离的原生心肌细胞和人类诱导的多能干细胞衍生心肌细胞（iPSC-CM）的光学作用电位（AP）图谱。（A） 单个穆林心肌细胞（中心）的代表光学 AP，平均± APD 50 和 APD90（n = 7，右）。（B） 单个人类 iPSC 的代表性光学 AP 衍生心肌细胞（中），平均± APD 50 和 APD90（n = 48，右）。（C） 用 1μm 尼菲丁对 iPSC-CM AP（中心）进行药理操作。尼菲丁应用程序 （n=5） 后 APD90更改的平均± SEM。**p < 0.01 。请单击此处查看此图的较大版本。
尽管在聚焦于单个单元格时视野缩小，但我们的样本中经常观察到高信号与噪声比。在较小的 iPSC-CM 中观察到更多的噪声，但这并不妨碍在合奏平均值之后进行分析。AP形态学定义清晰，全面概述了细胞电生理功能和心肌细胞结构的再极化力学。注意的特点是先前描述的15 个锐利的冲程速度和明显的阶段1特征的骨髓心肌细胞（APD50： 58.34±17.98 ms， APD90： 160.9±30.15ms， n=7： 图3A）其形态不同于人类iPSC-CM光信号（APD50： 170.1±11.18 ms， APD90： 317.5±15.56 ms， n=48： 图3B）。与培养的人类 iPSC-CMs 相比，我们在原生心肌细胞进行光学调查后观察到光出血和细胞毒性率较高。 补充材料中包括本地心肌细胞的制备和染料装载协议。
人类 iPSC-CM 对尼菲丁 （1 μM） 的药理操作有反应。已知的L型Ca2+通道（CaV1.2）拮抗剂，尼菲丁有望减少具有生理功能的细胞的AP持续时间。在连续药物应用期间，APD90的下降 41.5% （n=5），这既表明这些细胞中 CaV1.2 通道的生理表达，也表明 VF2.1Cl 基于成像作为未来高通量心脏药物筛查研究平台的功能（图 3C）。
补充材料：原生骨髓心肌细胞准备电压成像。请点击这里下载此文件。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
在这里，我们描述了一个基本协议，以轻松获得详细的AP配置文件从孤立的iPSC-CMs适合电生理建模和心脏药物筛查。我们从我们稀疏的种子 iPSC-CM 中检测出定期的、坚固的 APs，这表明指标功能和方法保真度。
由于iPSC重新编程的商业方法范围广泛，心脏分化协议缺乏标准化，基于iPSC的模型在功能和形态16方面具有巨大的变异性。这也会妨碍心毒性研究的有效性。我们报告对扩展实验性研究的一般稳健反应，在低激发光强度下，以最小的指标诱导细胞毒性。基本分离和覆盖播种的标准化对于确保 iPSC-CM 制剂的一致质量至关重要。松散的覆盖唇，可以很容易地插入和更换在成像平台内，是令人难以置信的有用的快速数据采集和单心肌细胞的定性。然而，应该指出，我们确实观察到，在玻璃盖片上长期（即超过4周）的稀疏培养后，细胞生存能力略有下降。
第 2 步概述的高速光测量系统的模块化构建对本协议至关重要。许多基于光学的设置是商业性的，可以针对广泛的信号记录要求进行优化。这些范围从使用高分辨率大面积摄像机的定量成像到来自定义区域的总信号的光度测量。使用后者，我们使用光动器 （PMT） 从单个蒙面区域高速量化荧光。结合快速切换照明组件，这允许彻底解剖具有极高时间分辨率的快速行动潜在组件（模拟信号高达 1 kHz）。需要高采样率，以确保对心肌细胞中运动潜力上升的可靠测量，并且对于具有极快激发动力学的其他兴奋结构（即神经元）可能至关重要。此外，这种灵活的系统是有益的，因为1）它允许彻底调查单细胞电生理学与现场隔膜选择，2）数字化的模拟信号没有集成或预先处理，因此直接由实验者控制，3）光度测量仪器的模块化性质允许简单的重新配置，使同步光学测量与其他指标或微电极。增加第二个光电联线通道，配备适当的滤光片，以避免光谱重叠，将能与 VF2.1Cl 一起对荧光细胞内钙指示器 CAL-590 进行真正的同步测量。同样重要的是要注意，这个多用途系统可以替代用于深入评估细胞内钙处理如前所述17，18，19，20。
虽然我们系统的时间分辨率带来了许多优点，但需要分析荧光信号空间分布的参数（如激发模式或传导速度）不适合我们在这里使用的光度测量技术进行调查，这些技术位于光学制图领域。此处描述的硬件可以通过将光电联机换成具有高帧速率和大井容量的合适专业相机，轻松转换为光学制图配置。我们描述的配置可以提供极其详细的时间信息，价格只有具有同等功能的高级大面积相机商业价格的一小部分（高达 1/10）。共聚焦线扫描技术在空间上也比我们的方法更详细，但是z的限制限制了一次从多个横向平面获取荧光。对于 iPSC-CM 持有的具有典型异构形态的成像膜绑定记者来说，这并不理想。使用标准表观显微镜进行光度测量，通过即时访问整个细胞表面，再次以每个数据点更低的成本避免此问题。
我们强烈推荐VF2.1Cl对兴奋细胞进行电压检测。目前，许多 VSD 可在多种不同机制下运行，每个机制都有其固有的局限性。常见的电致变色染料，如二至八安普或二四安非他明，显示对跨膜电压的快速反应，但受到低灵敏度和高电容负荷21，22的阻碍。基因编码电压指标（GEVIs）利用荧光蛋白的融合，将分子电压感应域23或微生物操作24，并提供细胞电压动力学的高度敏感解剖，但因动力学和非线性反应减少而受阻。表1中包括常见VD及其基本动态属性列表。像VF2.1Cl这样的PET探针提供了很好的折衷方案，以最小的细胞中断显示快速的动能和体面的灵敏度。然而，这种VSD是有限的，因为，不像比例测量样式染料21，它不能用于解决绝对膜的潜力。这种固有的缺点突出了在分析细胞电生理学时以更高的吞吐量保持数据准确性的不幸后果。
|
敏感性 （每100mV∆F/F） |
速度 （ms） | |
| 基于 PET 的染料 | ||
| VF2.1Cl7 | 27 | <1 |
| 贝斯特 125 | 24 | <1 |
| 罗弗126 | 47 | <1 |
| 海米氰宁染料 | ||
| 迪 -8-安普21 | 10 | <1 |
| 迪 -4-安普27 | 8 | <1 |
| 迪 -4-安布德布斯22 | 10–20 | <1 |
| RH23728 | 11 | <1 |
| PGH129 | 17.5 | <1 |
| 盖维斯 | ||
| 弧光30 | 32 | 12324 |
| 拱形 D95N31 | 40 | 4124 |
| 美人鱼32 | 40 | 17.4 |
| VSFP 2.333 | 13.3 | 2523 |
| 夸萨尔224 | 90 | 11 |
| 品 | ||
| 迪奥/DPA34 | 56 | 2 |
表1：普通VD及其主要荧光特性的简要列表。
我们注意到，激发收缩脱钩器，如布尔比斯塔汀或2，3丁烷-二恶英单轴（BDM）经常用于光学电压测量，以减少运动人工制品抑制心脏收缩35。然而，以前的报告显示，两种化合物显著延长AP持续时间和扁平AP恢复在整个香水心脏36，37。此外，布尔比斯塔汀具有荧光特性，与VF2.1Cl的光谱重叠，因此可能不适合与这种染料38一起使用。
我们的多功能协议要求对各种二维和三维兴奋结构进行光学调查时进行最小调整。这种方法允许快速精确地量化再极化力学，从而对细胞离子异常提供有价值的见解。在我们手中，此协议提供清晰的光学信号，即使在较小的细胞中，信号与噪声比率也良好。我们简单有效的平台可以应用于使用患者特定的 iPSC-CMs 进行心脏药物安全性和高通量筛查研究的非侵入性验证。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
凯恩研究有限公司通过支付视频文件的制作成本来支持该出版物。
Acknowledgments
作者要感谢凯恩研究有限公司为支付本出版物制作成本而作出的善意财政贡献。此外，我们感谢伊内斯·穆勒女士和斯特凡妮·凯斯特尔女士给予的出色技术支持。
作者的研究得到了德国心血管研究中心（DZHK）的支持，德国福松斯格梅因沙夫特（DFG， 德国研究基金会，VO 1568/3-1，IRTG1816 RP12，SFB1002 TPA13和德国卓越战略 - EXC 2067/1-390729940）和埃尔塞-克雷纳-弗雷塞纽斯·斯蒂夫通（EKFS 2016_A20）。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Reagents | |||
| 0.25 Trypsin EDTA | Gibco | 25200056 | |
| B27 Supplement | Gibco | 17504044 | |
| CaCl2 | Carl Roth | HN04.2 | |
| D(+)-Glucose anhydrous BioChemica | ITW Reagents | A1422 | |
| Fetal Bovine Serum | Gibco | 10270-106 | |
| FluoVolt Membrane Potential Kit | Invitrogen | F10488 | |
| HEPES | Carl Roth | HN77.4 | |
| KCl | Sigma-Aldrich | 6781.1 | |
| Lamanin | Sigma-Aldrich | 114956-81-9 | |
| Matrigel | BD | 354230 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | 9265.2 | |
| Nifedipine | Sigma-Aldrich | 21829-25-4 | |
| Penicillin/Streptomycin | Invitrogen | 15140 | |
| ROCK Inhibitor Y27632 | Stemolecule | 04-0012-10 | |
| RPMI 1640 Medium | Gibco | 61870010 | |
| Versene EDTA | Gibco | 15040033 | |
| Equipment | |||
| 495LP Dichroic Beamsplitter | Chroma Technology | ||
| Axopatch 200B Amplifier | Molecular Devices | ||
| Circle Coverslips, Thickness 0 | Thermo Scientific | CB00100RA020MNT0 | |
| Digidata 1550B | Molecular Devices | ||
| Dual OptoLED Power Supply | Cairn Research | ||
| ET470/40x Excitation Filter | Chroma Technology | ||
| ET535/50m | Chroma Technology | ||
| Etched Neubauer Hemacytometer | Hausser Scientific | ||
| Filter Cubes | Cairn Research | ||
| IX73 Inverted Microscope | Olympus | ||
| MonoLED | Cairn Research | ||
| Multiport Adaptors | Cairn Research | ||
| Myopacer Cell Stimulator | IonOptix | ||
| Optomask Shutter | Cairn Research | ||
| Optoscan System Controller | Cairn Research | ||
| PH-1 Temperature Controlled Platform | Warner Instruments | ||
| Photomultiplier Detector | Cairn Research | ||
| PMT Amplifier Insert | Cairn Research | ||
| PMT Supply Insert | Cairn Research | ||
| RC-26G Open Bath Chamber | Warner Instruments | ||
| SA-OLY/2AL Stage Adaptor | Olympus | ||
| T565lpxr Dichroic Beamsplitter | Chroma Technology | ||
| T660lpxr Dichroic Beamsplitter | Chroma Technology | ||
| TC-20 Dual Channel Temperature Controller | npi Electronic | ||
| UPLFLN 40X Objective | Olympus | ||
| USB 3.0 Colour Camera | Imaging Source | ||
| Software | |||
| Clampex 11.1 | Molecular Devices | ||
| Clampfit 11.1 | Molecular Devices | ||
| IC Capture 2.4 | Imaging Source | ||
| Prism 8 | Graphpad |
References
- Miller, E. W. Small molecule fluorescent voltage indicators for studying membrane potential. Current Opinion in Chemical Biology. 33, 74-80 (2016).
- Liang, P., et al. Drug screening using a library of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes reveals disease-specific patterns of cardiotoxicity. Circulation. 127 (16), 1677-1691 (2013).
- Horváth, A., et al. Low resting membrane potential and low inward rectifier potassium currents are not inherent features of hiPSC-derived cardiomyocytes. Stem Cell Reports. 10 (3), 822-833 (2018).
- Salama, G., Morad, M. Merocyanine 540 as an optical probe of transmembrane electrical activity in the heart. Science. 191 (4226), 485-487 (1976).
- Hortigon-Vinagre, M., et al. The use of ratiometric fluorescence measurements of the voltage sensitive dye Di-4-ANEPPS to examine action potential characteristics and drug effects on human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. Toxicological Sciences. 154 (2), 320-331 (2016).
- Blinova, K., et al. International multisite study of human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes for drug proarrhythmic potential assessment. Cell Reports. 24 (13), 3582-3592 (2018).
- Miller, E. W., et al. Optically monitoring voltage in neurons by photo-induced electron transfer through molecular wires. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (6), 2114-2119 (2012).
- Bedut, S., et al. High-throughput drug profiling with voltage- and calcium-sensitive fluorescent probes in human iPSC-derived cardiomyocytes. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 311 (1), 44-53 (2016).
- McKeithan, W. L., et al. An automated platform for assessment of congenital and drug-induced arrhythmia with hiPSC-derived cardiomyocytes. Frontiers in Physiology. 8, 766 (2017).
- Duncan, G., et al. Drug-mediated shortening of action potentials in LQTS2 human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. Stem Cells and Development. 26 (23), 1695-1705 (2017).
- Asakura, K., Hayashi, S., Ojima, A., Taniguchi, T., Miyamoto, N. Improvement of acquisition and analysis methods in multi-electrode array experiments with iPS cell-derived cardiomyocytes. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 75, 17-26 (2015).
- Lian, X., et al. Directed cardiomyocyte differentiation from human pluripotent stem cells by modulating Wnt/β-catenin signaling under fully defined conditions. Nature Protocols. 8 (1), 162-175 (2013).
- Burridge, P. W., et al. Chemically defined generation of human cardiomyocytes. Nature methods. 11 (8), 855-860 (2014).
- Kleinsorge, M., Cyganek, L. Subtype-directed differentiation of human iPSCs into atrial and ventricular cardiomyocytes. STAR Protocols. , 100026 (2020).
- Knollmann, B. C., Katchman, A. N., Franz, M. R. Monophasic action potential recordings from intact mouse heart: validation, regional heterogeneity, and relation to refractoriness. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 12 (11), 1286-1294 (2001).
- Leopold, J. A., Loscalzo, J. Emerging role of precision medicine in cardiovascular disease. Circulation Research. 122 (9), 1302-1315 (2018).
- Voigt, N., Zhou, X. B., Dobrev, D. Isolation of human atrial myocytes for simultaneous measurements of Ca2+ transients and membrane currents. Journal of Visualized Experiments. (77), e50235 (2013).
- Voigt, N., et al. Enhanced sarcoplasmic reticulum Ca2+ Leak and increased Na+-Ca2+ exchanger function underlie delayed afterdepolarizations in patients with chronic atrial fibrillation. Circulation. 125 (17), 2059-2070 (2012).
- Voigt, N., et al. Cellular and molecular mechanisms of atrial arrhythmogenesis in patients with paroxysmal atrial fibrillation. Circulation. 129 (2), 145-156 (2014).
- Fakuade, F. E., et al. Altered atrial cytosolic calcium handling contributes to the development of postoperative atrial fibrillation. Cardiovascular Research. , doi: 10.1093/cvr/cvaa162. Online ahead of print 162 (2020).
- Gross, E., Bedlack, R. S., Loew, L. M. Dual-wavelength ratiometric fluorescence measurement of the membrane dipole potential. Biophysical Journal. 67 (1), 208-216 (1994).
- Matiukas, A., et al. Near-infrared voltage-sensitive fluorescent dyes optimized for optical mapping in blood-perfused myocardium. Heart Rhythm. 4 (11), 1441-1451 (2007).
- Mutoh, H., et al. Spectrally-resolved response properties of the three most advanced fret based fluorescent protein voltage probes. PLoS One. 4 (2), 4555 (2009).
- Hochbaum, D. R., et al. All-optical electrophysiology in mammalian neurons using engineered microbial rhodopsins. Nature Methods. 11 (8), 825-833 (2014).
- Huang, Y. L., Walker, A. S., Miller, E. W. A photostable silicon rhodamine platform for optical voltage sensing. Journal of the American Chemical Society. 137 (33), 10767-10776 (2015).
- Deal, P. E., Kulkarni, R. U., Al-Abdullatif, S. H., Miller, E. W. Isomerically pure tetramethylrhodamine voltage reporters. Journal of the American Chemical Society. 138 (29), 9085-9088 (2016).
- Fluhler, E., Burnham, V. G., Loew, L. M. Spectra, membrane binding, and potentiometric responses of new charge shift probes. Biochemistry. 24 (21), 5749-5755 (1985).
- Fromherz, P., Muller, C. O. Voltage-sensitive fluorescence of amphiphilic hemicyanine dyes in neuron membrane. Biochimica et Biophysica Acta. 1150 (2), 111-122 (1993).
- Salama, G., et al. Properties of new, long-wavelength, voltage-sensitive dyes in the heart. Journal of Membrane Biology. 208 (2), 125-140 (2005).
- Jin, L., et al. Single action potentials and subthreshold electrical events imaged in neurons with a fluorescent protein voltage probe. Neuron. 75 (5), 779-785 (2012).
- Kralj, J. M., Douglass, A. D., Hochbaum, D. R., MacLaurin, D., Cohen, A. E. Optical recording of action potentials in mammalian neurons using a microbial rhodopsin. Nature Methods. 9 (1), 90-95 (2012).
- Tsutsui, H., Karasawa, S., Okamura, Y., Miyawaki, A. Improving membrane voltage measurements using FRET with new fluorescent proteins. Nature Methods. 5 (8), 683-685 (2008).
- Lundby, A., Mutoh, H., Dimitrov, D., Akemann, W., Knöpfel, T. Engineering of a genetically encodable fluorescent voltage sensor exploiting fast Ci-VSP voltage-sensing movements. PLoS One. 3 (6), 2514 (2008).
- Bradley, J., Luo, R., Otis, T. S., DiGregorio, D. A. Submillisecond optical reporting of membrane potential in situ using a neuronal tracer dye. The Journal of neuroscience. 29 (29), 9197-9209 (2009).
- Herron, T. J., Lee, P., Jalife, J. Optical imaging of voltage and calcium in cardiac cells & tissues. Circulation Research. 110 (4), 609-623 (2012).
- Kappadan, V., et al. High-resolution optical measurement of cardiac restitution, contraction, and fibrillation dynamics in beating vs. blebbistatin-uncoupled isolated rabbit hearts. Frontiers in Physiology. 11, 464 (2020).
- Kettlewell, S., Walker, N. L., Cobbe, S. M., Burton, F. L., Smith, G. L. The electrophysiological and mechanical effects of 2,3-butane-dione monoxime and cytochalasin-D in the Langendorff perfused rabbit heart. Experimental Physiology. 89 (2), 163-172 (2004).
- Képiró, M., et al. para-Nitroblebbistatin, the non-cytotoxic and photostable Myosin inhibitor. Angewandte Chemie International Edition. 53 (31), 8211-8215 (2014).
