RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Qinghui Ou*1, Riham R.E. Abouleisa*1, Xian-Liang Tang1, Hamzah R. Juhardeen1, Moustafa H. Meki2, Jessica M. Miller2, Guruprasad Giridharan2, Ayman El-Baz2, Roberto Bolli1, Tamer M.A. Mohamed1,3,4,5,6
1Institute of Molecular Cardiology, Department of Medicine,University of Louisville, 2Department of Bioengineering,University of Louisville, 3Diabetes and Obesity Center, Department of Medicine,University of Louisville, 4Department of Pharmacology and Toxicology,University of Louisville, 5Institute of Cardiovascular Sciences,University of Manchester, 6Faculty of Pharmacy,Zagazig University
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Bu protokol, 6 gün boyunca fizyolojik koşullar altında kalp dokusunun nasıl dilimlenir ve kültürlenir. Bu kültür sistemi yeni kalp yetmezliği terapötik etkinliğini test etmek için bir platform olarak yanı sıra bir 3D kalp modelinde akut kardiyotoksisite güvenilir test olarak kullanılabilir.
Birçok yeni ilaçlar şu anda mevcut in vitro tahliller ve in vivo hayvan modelleri kötü insan kardiyak yükümlülüklerini tahmin olarak kardiyotoksik yan etkileri nedeniyle klinik çalışmalarda başarısız, ilaç endüstrisi üzerinde multi-milyar dolarlık bir yük poz. Bu nedenle, pahalı ve zaman alıcı 'insan ilk' denemeler üstlenmeden önce ilaç kardiyotoksisite belirlemek için daha iyi yaklaşımlar için dünya çapında karşılanmamış tıbbi ihtiyaç vardır. Şu anda, sadece olgunlaşmamış kalp hücreleri (insan kaynaklı pluripotent kök hücre kaynaklı kardiyomiyositler [hiPSC-CMs]) onlar uzun süre kültürlenebilir tek insan kalp hücreleri olarak terapötik verimlilik ve ilaç toksisitesi test etmek için kullanılır uyuşturucu etkinliğini ve toksisitesini test etmek için gereklidir. Ancak, tek bir hücre tipi birden fazla hücre tipi oluşan karmaşık 3D kalp dokusunun fenotip kopyalayamaz. Daha da önemlisi, ilaçların etkisi yetişkin kardiyomiyositler üzerinde test edilmesi gerekir, hangi farklı özellikleri ve toksisite yanıtları olgunlaşmamış hiPSC-CMs ile karşılaştırıldığında. Bu teknoloji, insan kalp dokusunu taklit eden ve insan miyokardinin fizyolojik veya patolojik koşullarını yansıtan tam bir çok hücreli sisteme erişim sağlar. Son zamanlarda, kültür medya bileşenlerinin optimizasyonu ve kültür koşulları nın 1.2 Hz'de sürekli elektriksel uyarımı ve kültür ortamının aralıklı oksijenletılmasını içermesi ile, yaşanabilirliği koruyan yeni bir kültür sistemi kurulumu geliştirdik. ve kültürde 6 gün boyunca insan ve domuz kalp dilimleri işlevselliği. Mevcut protokolde, domuz kalbini dilimleme ve dilimleme yöntemini örnek olarak ayrıntılı olarak açıklıyoruz. Aynı protokol insan, köpek, koyun veya kedi kalplerinden gelen kültür dilimleri için kullanılır. Bu kültür sistemi preklinik ve klinik test sonuçları arasındaki boşluğu kapatır akut kardiyotoksisite testi için yerinde güçlü bir tahmine sahip insan olma potansiyeline sahiptir.
İlaca bağlı kardiyotoksisite piyasa çekilmesi önemli bir nedenidir1. 20. yüzyılın son on yılında, sekiz non-kardiyovasküler ilaçlar piyasadan çekildi onlar ventriküler aritmiler nedeniyle ani ölümle sonuçlandı2. Buna ek olarak, çeşitli anti-kanser tedavileri (birçok durumda etkili iken) kardiyomiyopati ve aritmiler de dahil olmak üzere çeşitli kardiyotoksik etkilere yol açabilir. Örneğin, hem geleneksel (örneğin, antrasiklinler ve radyasyon) ve hedeflenen (örneğin, trastuzumab) meme kanseri tedavileri hastaların bir alt kümesinde kardiyovasküler komplikasyonlara neden olabilir3. Kardiyologlar ve onkologlar arasında yakın bir işbirliği ("kardiyo-onkoloji" gelişmekte olan alan üzerinden) hastaların etkili bir şekilde tedavi edilebilir sağlanması bu komplikasyonları yönetilebilir hale yardımcı oldu2. Her2 ve PI3K inhibitörleri de dahil olmak üzere yeni ajanların kardiyovasküler etkileri daha az belirgindir, özellikle tedaviler birlikte kullanıldığında. Bu nedenle, insan klinik çalışmalar öncesinde ortaya çıkan anti-kanser tedavileri ile ilişkili kardiyovasküler toksisite için güvenilir preklinik tarama stratejileri için artan bir ihtiyaç vardır. 24 saatten fazla işlevsel ve yapısal olarak uygulanabilir olan insan kalp dokusu için kültür sistemlerinin bulunmaması güvenilir kardiyotoksisite testi için sınırlayıcı bir faktördür. Bu nedenle, ilaç toksisitesi test etmek için fizyolojik koşullar altında insan kalp dokusu kültüriçin güvenilir bir sistem geliştirmek için acil bir ihtiyaç vardır.
Kardiyotoksisite testlerinde insan kaynaklı pluripotent kök hücre kaynaklı kardiyomiyositlerin (hiPSC-CMs) kullanımına yönelik son hamle, bu sorunu çözmek için kısmi bir çözüm sağlamıştır; ancak, hiPSC-CMs olgunlaşmamış doğası ve kalp dokusunun çok hücreli doğası ile karşılaştırıldığında doku bütünlüğünün kaybı bu teknolojinin önemli sınırlamalar vardır4. Yakın tarihli bir çalışma kısmen hidrojeller üzerinde hiPSC-CMs kardiyak dokuların imalatı ve zaman içinde elektriksel stimülasyon kademeli artışa tabi ile bu sınırlama üstesinden gelmiştir5. Ancak, elektromekanik özellikleri yetişkin insan miyokardinde görülen olgunluğa ulaşamadı. Ayrıca, kalp dokusu yapısal olarak daha karmaşıktır, endotel hücreleri de dahil olmak üzere çeşitli hücre tipleri oluşan, nöronlar ve stromal fibroblastlar çeşitli türleri ile birlikte hücre dışı matriks proteinlerinin çok özel bir karışımı ile bağlantılı6. Erişkin memeli kalpte kardiyomiyosit hücre popülasyonu7,8,9 bu heterojenlik tek tek hücre tipleri kullanılarak kalp dokusumodellemesinde önemli bir engeldir. Bu önemli sınırlamalar kalbin fizyolojik ve patolojik koşullarını içeren optimal çalışmalar için bozulmamış kardiyak doku kültürünü sağlamak için yöntemler geliştirmenin önemini vurgulamak5.
Culturing insan kalp dilimleri bozulmamış insan miyokardiyum umut verici bir modeldir. Bu teknoloji, insan miyokardinin fizyolojik veya patolojik koşullarını güvenilir bir şekilde yansıtabilecek insan kalp dokusuna benzeyen tam bir 3Boyutlu çok hücreli sisteme erişim sağlar. Ancak, kullanımı ciddi 2018 10,11,,12kadar bildirilen en sağlam protokolleri kullanarak 24 saat ötesine geçmez kültür, canlılık kısa süre ile sınırlı olmuştur.12 Bu sınırlama, dilimleri kültüre getirmek için hava-sıvı arabiriminin kullanımı ve kardiyak dokunun yüksek enerjik taleplerini desteklemeyen basit bir kültür ortamının kullanımı da dahil olmak üzere birden fazla faktörden kaynaklandı. Biz son zamanlarda sürekli elektrik stimülasyon sağlamak mümkün ve kadar 6 gün13için kardiyak doku dilimleri canlı tutmak için kültür medya bileşenleri optimize bir batık kültür sistemi geliştirdik. Bu kültür sistemi preklinik ve klinik test sonuçları arasındaki boşluğu kapatmak için akut kardiyotoksisite testi için yerinde güçlü bir tahmine sahip insan olma potansiyeline sahiptir. Mevcut makalede, bir örnek olarak bir domuz kalbi kullanarak kalp dilimleri dilimleme ve kültüriçin protokol ayrıntılı vardır. Aynı işlem insan, köpek, koyun veya kedi kalpleri için de uygulanır. Bu protokolle, teknolojiyi bilim camiasındaki diğer laboratuvarlara yaymayı umuyoruz.
Tüm hayvan prosedürleri Louisville Üniversitesi'nin kurumsal yönergelerine uygun olarak ve Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanmıştır.
1. Dilimleme için hazırlık (Dilimlemeden Bir Gün Önce)
2. Domuz Kalp Perfüzyon
3. Domuz Kalp Dokusu Dilimleme
4. Culturing Kalp Dilimleri
Aynı anda sekiz 6 kuyu plakaları barındırabilir bir ticari hücre kültürü elektrik uyarıcı kullanarak, fizyolojik frekansta elektriksel stimülasyon indükleyerek yetişkin kardiyak ortam taklit (1.2 Hz), ve kültür fonksiyonel domuz kalp dilimleri süresini uzatmak için temel orta bileşenleri için taranmış13. Domuz ve insan kalpleri boyutu ve anatomi15benzer olduğundan, biz domuz kalpleri kullanarak bir biyomimetik kalp dilimi kültür sistemi geliştirdi ve daha sonra insan kalp dilimleri içinde doğruladı. Burada, insan kalp dilimleme ve kültür için aynı prosedür domuz kalp dilimleri için protokol ayrıntılı. Burada açıklanan yeni biyomimetik kültür kurulumu, MTT tsurel tarafından değerlendirildiği gibi 6 gün boyunca domuz kalp dilimlerinin canlılığını korudu (Şekil 1A). Kalsiyum homeostazlarını ve kontraktil kuvvetlerini değerlendirerek bu dilimlerin 6 gün boyunca fonksiyonel canlılığını doğruladık. İlk 6 gün içinde kardiyomiyositlerde spontan kalsiyum geçiciliği yoktur ve kardiyomiyositler eksternal elektriksel stimülasyona ve taze kalp dilimlerine benzer β-adrenerjik stimülasyona yanıt verecektir(Şekil 1B). Buna ek olarak, kontraktil kuvvet ve izoproterenol yanıtları kadar kültürlü kalp dilimleri tutulur 6 gün, taze kalp dilimleri benzer(Şekil 1C,D).
<!--
-->

Şekil 1: Domuz kalp dilimi kültürünün canlılığının ve işlevselliğinin doğrulanması. (A) Kalp diliminin zaman içinde ölçülmesi, optimize edilmiş ortamda uyarılmış veya uyarılmamış kültür sisteminde MTT testi kullanılarak ölçülebilir (n = 5 domuz kalbi her biri triplicate olarak, SEM hata çubukları olarak temsil edilir; gruplar arasında karşılaştırmak için iki yönlü ANOVA testi yapılmıştır, *p < 0.05). (B) Temsili kalsiyum sinyali taze bir kalp dilimi (gün 0) ve kültür de 6 gün sonra (gün 6) ve 1 μM izoproterenol olmadan (Iso) stimülasyonu. Geçici ler kalp dilimlerifluo-4 kalsiyum boya ile yüklendikten ve kayıt sırasında 1 Hz/20 V elektriksel stimülasyon kullanılarak kaydedildi. İzoproterenol ile kalsiyum sinyal genliği ve stimülasyon olmadan sayısallaştırma kültürde 0 ve gün 6 'da benzer bir kalsiyum geçici desen gösterir (n = 4 domuz kalpleri, Her birinde analiz edilen 10−15 hücre, SEM hata çubukları olarak temsil edilir; gruplar arasında karşılaştırma yapmak için iki yönlü ANOVA testi yapılmıştır, *p < 0.05 bazini aynı anda Iso stimülasyonuile karşılaştırarak, p-değeriD0 vs D6 = 0,95 ve p-değeriD0 Iso vs D6 Iso = 0,93) yapılmıştır. (C) Sözleşmeli kuvvet değerlendirme kurulumu (sol panel); kalp dilimi (HS) elektriksel stimülasyon için iki elektrik elektrot (EE) arasında bir kuvvet dönüştürücü (FT) ve kararlı bir direğine (P) asılıdır. Uyarılma üzerine, dilim sözleşmeleri ve kasılmalar belirlenen yazılım (sağ panel) kullanılarak kaydedilir. (D) Çubuk grafiği, taze domuz kalp dilimleri (gün 0) tarafından oluşturulan izoproterenol (İso) varlığında veya yokluğunda ve biyomimetik kültürde 6 gün sonra (n = 4 domuz kalbi her biri triplicate olarak, SEM hata çubukları olarak temsil edilir; gruplar arasında karşılaştırma kkarşılaştırmak için iki yönlü ANOVA testi yapılmıştır, *p < 0.05 bazçizgisini aynı anda Iso stimülasyonla karşılaştırarak, seğirme kuvveti: p-değeriD0 vs D6 = 0,96, p-değeriD0 Iso vs D6 Iso = 0,81; zaman P gevşeme: p-değeri D0 vs D6 = 0.47, p-değeriD0 Iso vs D6 Iso = 0.43). Bu rakam Ou ve ark.13'tendeğiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Durum | Fischer ve ark.16 | Ou ve ark.13 |
| Tür | Insan | Domuz ve insan |
| Hastalığı | Başarısız kalpler | Normal sağlıklı kalpler |
| Koruma | Korunmuş doku | Taze doku |
| Dilim kalınlığı | 300 μm | 300 μm |
| Orta Oksijenlenme | № | Aralıklı oksijenlenme |
| Kültür Orta | M199/ITS | M199/ITS/FBS/VEGF/FGF |
| Ajitasyon | Evet | № |
| Pacing oranı | 0.2 Hz | 1.2 Hz |
| Kültürün süresi | Uzlaşma ile 4 ay | 6 gün ödün vermeden |
| Cuture Sıcaklık | 37 | 37 |
| Mekanik yükleme | yardımcı yükleme | yükleme yok |
| Taze kalp dilimiile karşılaştırıldığında gen ekspresyonunda değişiklik olmayan test edilmiş zaman noktaları | Yok | 2 ve 6 gün |
| Gen ekspresyonundaki değişimi göstermek için ilk test edilen zaman noktası | 8. Gün | 10. Gün |
Tablo 1: Fischer ve ark.16 ve Ou ve ark.13'tekullanılan dilimleme ve dilimleme koşulları arasında karşılaştırma .
TMAM Tenaya Therapeutics'de hisse senedi sahibidir. Diğer yazarlar çakışma bildirmez.
Bu protokol, 6 gün boyunca fizyolojik koşullar altında kalp dokusunun nasıl dilimlenir ve kültürlenir. Bu kültür sistemi yeni kalp yetmezliği terapötik etkinliğini test etmek için bir platform olarak yanı sıra bir 3D kalp modelinde akut kardiyotoksisite güvenilir test olarak kullanılabilir.
TMAM NIH hibe P30GM127607 ve Amerikan Kalp Derneği hibe 16SDG29950012 tarafından desteklenir. RB P01HL78825 ve UM1HL113530 tarafından desteklenir.
| 1.000 mL, 0.22 ve mikro; m, Vakum Filtresi/Depolama Sistemleri | VWR | 28199-812 | |
| 2,3-Bütandion monoksit (BDM) | Fisher | AC150375000 | |
| 500 mL, 0.22 & m, Vakum Filtresi/Depolama Sistemleri | VWR | 28199-788 | |
| 6 kuyulu C-Çanak Kapağı (elektrik-stimülasyon-plaka-kapak) | İyon Optix | CLD6WFC | |
| 6 kuyulu plakalar | Fisher | 08-772-1B | |
| Agarose | Bioline USA | BIO-41025 | |
| Antibiyotik-Antimikotik | Termo | 15-240-062 | |
| C-Pace EM ( hücre kültürü-elektrik-stimülatörü) | İyon Optix | CEP100 | |
| Kalsiyum Klorür (CaCl2) | Fisher | C79-500 | |
| Titreşimli Mikrotom için Seramik Bıçaklar | Campden Instruments | 7550-1-C | |
| Cooley Göğüs Ekartörü | Millennium Surgical | 63-G5623 | |
| D-Glikoz | Fisher | D16-1 | |
| Tek Kullanımlık Neşter #20 | Biologyproducts.com | DS20X | |
| Falcon Hücre Süzgeçleri, Steril, Corning | VWR | 21008-952 | |
| Fetal Sığır Serumu | Termo | A3160502 | |
| Graefe Forseps | Fisher | NC9475675 | |
| Heparin sodyum tuzu | Sigma-Aldrich | H3149-50KU | |
| HEPES | Balıkçı | BP310-1 | |
| Histoakril MAVİ Doku yapıştırıcısı | Amazon | https://www.amazon.com/HISTOACRYL-FLEXIBLE-1051260P-Aesculap-Adhesive/dp/B074WB5185/ | |
| İris Yaylı makas | Fisher | NC9019530 | |
| İris Düz Makas | Fisher | 731210 | |
| İzofluran, USP | Piramal | NDC 66794-017-25 | |
| ITS Sıvı Medya Takviyesi | Sigma-Aldrich | I3146-5ML | |
| Ketamin HCl (500 mg / 10 mL) | West-Ward | NDC 0143-9508 | |
| Magnezyum Klorür (MgCl2< / sub>) | Fisher | M33-500 | |
| Mayo SuperCut Cerrahi Makas | AROSurgical Instruments Corporation | AROSuperCut & trade; 07.164.17 | |
| Orta 199, Earle's Salts | Thermo | 11-150-059 | |
| Oksijen regülatörü | Praxair | ||
| Oksijen tankları - | Praxair | ||
| Plastik Pasteur pipetleri | Fisher | 13-711-48 | |
| Potasyum Klorür (KCl) | Fisher | AC193780010 | |
| Yazıcı Triger Kayışı | Amazon | https://www.amazon.com/Uxcell-a14081200ux0042-PRINTER-Precision-Timing/dp/B00R1J3KDC/ | |
| Jiletli dikdörtgen bıçaklar | Fisher | 12-640 | |
| Rekombinant İnsan FGF temel | R& D Sistemleri | 233-FB-025/CF | |
| Rekombinant İnsan VEGF | Ar-Ge D Systems | 293-VE-010 / CF | |
| Geri çekilebilir neşterler | Fisher | 22-079-716 | |
| Sodyum Bikarbonat (NaHCO3< / sub>) | Fisher | AC217125000 | |
| Sodyum Klorür (NaCl) | Fisher | AC327300010 | |
| Titreşimli Mikrotom | Campden Instruments | 7000 SMZ-2 | |
| Ksilazin HCl (100 mg / mL) | Heartland Veteriner Malzemeleri | NADA 139-236 |