Wir möchten Dr. Claycomb für die Bereitstellung von HL-1 Zellen und detaillierte Wartungsprotokoll zu danken. Wir würden auch gerne an Frau Elena Carrillo und Dr. Seth Robia für ihre Unterstützung bei der Erzeugung der Zell Film und Mr. Pete Caron für seine Unterstützung bei der Herstellung von ein paar Accessoires für unsere Dual-Channel-optische Abbildungssystem danken. Diese Arbeit wurde von der American Heart Association (10GRNT3770030 &amp; 12GRNT12050478 zu XA), National Institutes of Health (HL113640 XA) und Loyola University Research Development Fund (XA) unterstützt.

1. Herstellung der Lösung <ol><li> Norepinephrin (NP) Lösung <ol><li> Man löst 40 mg NP in 25 ml 30 mM Ascorbinsäure (0,1475 g Ascorbinsäure in 25 ml gereinigtem Milli-Q (MQ) Wasser. Vermeiden Sie direkte Lichteinwirkung während dieser Mittelaufbereitung, weil Noradrenalin (NP) ist lichtempfindlich. </li><li> Filtern der NP-Lösung mit einem 0,22 um-Spritzenfilter. Aliquot der Lösung in 1 ml sterile Reaktionsgefäße und bei -20 ° C. Einmal eingefroren, ist NP für einen Monat stabil. </li></ol></li><li> Ergänzte Wash und Final Claycomb Medien <ol><li> Beginnen mit 43,5 ml Claycomb Medium und Ergänzung mit 5 ml fötales Rinderserum (FBS), 0,5 ml Penicillin / Streptomycin, 0,5 ml NP und 1: 100 verdünnt, L-Glutamin in 50 ml final ergänzt Claycomb Medium. Vermeiden Sie direkte Lichteinwirkung während dieser Mittelaufbereitung, weil Claycomb Medium ist lichtempfindlich. </li><li> Bereiten Sie die Wasch Claycomb Medium mit dem gleichen Rezept wie die supgänzt Claycomb Medium außer plus 5% FBS und lassen Sie den NP und L-Glutamin-Komponenten. HINWEIS: Der Abschluss ergänzt und Wash Claycomb Medien sind gut für zwei Wochen bei 4 ° C ohne direkte Belichtung gespeichert. </li></ol></li><li> Sojabohnen-Trypsin-hemmende Lösung <ol><li> Man löst 25 mg Sojabohnen-Trypsininhibitor in 100 ml Ca-frei und magnesiumfreien Dulbeccos phosphatgepufferter Salzlösung (PBS). </li><li> Filtern der Lösung unter Verwendung eines 0,22 um-Spritzenfilter. HINWEIS: Die sterilisierte Lösung wird für einen Monat bei Lagerung bei 4 ° C gelagert. </li></ol></li><li> Gelatine / Fibronektin Gericht Beschichtungslösung <ol><li> Man löst 0,1 g Gelatine in 500 ml Wasser MQ bis 0,02% Gelatine machen. </li><li> Autoklaven, dann verdünnt 1 ml Fibronektin in 199 ml von 0,02% Gelatine und vorsichtig mischen. </li><li> Aliquoten 6 ml Gelatinelösung in getrennten Röhren und bei -20 ° C. </li></ol></li><li> Hanks-Salzlösung <ol><li> Mit AufsehenPlatte, lösen die folgenden Salze in MQ Wasser (mmol / l), NaCl (136,9), KCl (5,366), KH 2 PO 4 (0,4409), NaH 2 PO 4 (0,4000), MgSO 4 (0,8142), D-Glc (5,051), NaHCO 3 (4,162), HEPES (5,042), CaCl 2 (1,261). </li></ol></li><li> Calcium-empfindlichen Farbstoff (Rhod2) Lösung <ol><li> Gebrauchslösung: 1 mg Rhod2 Trockenpulver in 400 ul 20% Pluronic F-127 in DMSO, um eine Rhod2 Farbstoffstammlösung und bei -20 ° C. </li><li> Verdünnen Sie diese Stammlösung 1: 1000 mit Hanks-Salzlösung, um eine endgültige Arbeitslösung vor Beginn des Versuchs zu machen. </li></ol></li><li> Spannungsempfindlichen Farbstoff (Rh237) Lösung <ol><li> Verdünnen Sie 5 mg Rh237 mit 2 ml DMSO-Stammlösung und bei -20 ° C zu machen. Von der Stammlösung 1: 1000 mit Hanks-Salzlösung, um eine endgültige Arbeitslösung vor Beginn des Versuchs zu machen. </li></ol></li></ol> &amp; #160; HINWEIS: 1-4 Lösungen basieren auf der Claycomb HL-1-Zellkultur-Protokoll mit geringen Modifikationen basiert. 2. Passagieren und Kultivierung HL-1 Vorhofmyozyten auf Deckgläser HINWEIS: Die HL-1 Zellen können aus Dr. Claycomb (Louisiana State University) bezogen werden. <ol><li> Wachsen HL-1 Zellen in T25-Kolben und füttern mit 5 ml ergänzt Claycomb Medium täglich. Passage der Zellen in T25-Kolben alle fünf Tage nach der Claycomb HL-1-Zellkultur-Protokoll (unten beschrieben) 10. </li><li> Platz runden Deckgläsern (20 mm Durchmesser) in 12-Well-Kulturplatten 24 Stunden bevor die Zellen in der T25-Flasche vollständig konfluenten und bereit, passagiert werden und dann die Abdeckung die Deckgläser mit Gelatine / Fibronektin über Nacht bei 37 ° C. </li><li> Am nächsten Tag absaugen und entsorgen Sie die Gelatine / Fibronektin aus den Kulturplatten und ersetzen mit 1,5 ml ergänzt Schluss Claycomb Medium in jedem Well. </li><li> Split Zellen aus einem T25 culture-Kolben nach Erreichen der vollen Zusammenfluss an Tag 5. Saugen Sie das Medium aus dem T25 Kolben mit dem konfluenten Kultur und spülen Sie die Kultur kurz mit PBS bei 37 ° C. </li><li> Aspirat PBS und 3 ml von 0,05% Trypsin / EDTA bei 37 ° C durch Pipettieren der Trypsin / EDTA auf die Unterseite des T25-Kolben zur direkten Kontakt mit den Zellen zu vermeiden. Bei 37 ° C für 1 min. </li><li> Entfernen Trypsin / EDTA durch Aspiration und fügen Sie eine weitere 1,3 ml Trypsin / EDTA pro T25-Flasche. Inkubiere bei Raumtemperatur für 1 min. Untersuchen unter dem Mikroskop und wenn Zellen sind immer noch mit dem Kolben verbunden, tippen Sie auf, um vollständig zu entfernen übrigen Zellen. </li><li> Hinzufügen 1,3 ml Sojabohnen-Trypsininhibitor für die Zellen und Übertragungszellen aus dem Kolben in ein 15 ml Zentrifugenröhrchen. Die leere Flasche mit 5 ml Wasch Claycomb Medium spülen. Hinzuzufügen, um die Spülung der Zellen in dem 15 ml Zentrifugenröhrchen. Zentrifuge bei 500 × g für 5 min. </li><li> Nach dem Zentrifugieren den Überstand aspirieren und sanft resuspendieren Zellpelletin 6 ml ergänzt Schluss Claycomb Medium. </li><li> Saatgut jede Vertiefung einer Platte mit 12 Vertiefungen mit 0,5 ml Zellsuspension aus Zell Passagierung. Führen Sie die Zellen mit frischem supplementierten Schluss Claycomb Medium täglich. HINWEIS: das Wachstum der Zellen genau zu überwachen, in der Regel die Zellmonoschichten zu erreichen konfluent Status an Tag 4 und die spontane Aktivitäten sichtbar bleiben. Dann wird die kultivierte Mono bereit für optische Mapping am Tag 4-5 ist. </li></ol> 3. Laden Calcium und spannungsempfindliche Farbstoffe zu den Zellen <ol><li> Für optische Abbildung Studien, entfernen Sie das Deckglas aus der 12-Well-Zellkulturplatte und spülen Sie mit Hanks-Salzlösung. </li><li> Zellen mit Ca-empfindlichen Farbstoff Rhod2 färben, Inkubation der Zell-Monoschicht auf dem Deckglas mit 3 ml des oxygenierten (Blasen mit 5% CO 2/95% O 2 -Gas) Rhod2 Arbeitslösung bei 37 ° C in einem Wasserbad für 30 min . </li><li> Um die Zellen mit V m empfindlichen Farbstoff färbenRh237, tauchen Sie die Rhod2 geladen Zellmonolayer in 3 ml sauerstoffhaltigen Rh237 Arbeitslösung bei 37 ° C in einem Wasserbad für weitere 15 Minuten. </li></ol> 4. Dual Channel Optical Mapping <ol><li> Setzen Sie den Zellrasen, der mit V m und Ca Farbstoffe doppelgefärbt ist, in eine Umlaufkammer auf einem invertierten Fluoreszenzmikroskop. Verwenden Sie einen beheizten Kreislaufsystem, um die Temperatur der Zellkammer bei 35 ± 1 ° C zu halten. Die Temperatur des Perfusats sorgfältig zu steuern, indem die Geschwindigkeit des Umlaufflusses durch die Kammer, um einen Gradienten von mehr als 0,3 ° C in der Kammer zu vermeiden. <ol><li> Vor der Aufnahme V m / Ca-Signale, waschen Sie die Zellschicht mit frischen Hanks-Lösung für ca. 5 min, um den restlichen Farbstoff aus den vorherigen Färbeschritte entfernen. </li></ol></li><li> Pace gesunde Zellmonoschichten mit einer bipolaren Elektrode eines Glaspipette mit Hanks-Salzlösung und eine Silv gefüllt ister Draht um die Pipettenspitze aufgerollt, wie zuvor beschrieben 12,17. </li><li> Pace gesunde Zellmonoschichten mit einer Zykluslänge von 200-500 msec und einer Impulsbreite von 2 msec, erwartet eine Reizschwelle bei etwa 1 mV. HINWEIS: Für jede Charge von gezüchteten Monoschichten, mindestens zwei nicht-behandelten Monoschichten verwendet, um den Zustand der Zelle Charge prüfen. Gesunden Kontrollmonoschichten sollten in der Lage, durch elektrische Stimulation bei Zykluslängen von 200 bis 500 ms erfasst werden können. Wenn die Kontrollmonoschichten elektrisch stimuliert werden versagen, bedeutet dies, dass die gesamte Zelle Charge möglicherweise nicht geeignet für optische Abbildungs ​​Versuche. </li><li> Sowohl V m und Ca empfindliche Farbstoffe anzuregen, eine LED-Lichtquelle (520 nm Wellenlänge) gekoppelt, mit einem Anregungsfilter (510 nm / 40) und einen dichroitischen Spiegel (561 nm). <ol><li> Sammeln Sie die Fluoreszenzsignale von den Zellen über einen 40X-Objektiv und Split mit einem dichroitischen Spiegel (594 nm) in eine V m-Komponente und einer Ca-Komponente emittiert.Filtern des emittierten Lichts in der V m Kanal mit einem Langpass-Filter (700 nm) und das emittierte Licht in der Ca-Kanal mit einem Bandpassfilter (585/40 nm). </li><li> Sammeln Sie die gefilterte Fluoreszenzlicht mit zwei CCD-Kameras (80 x 80 Pixel, 1.000 fps; Redshirt Imaging). </li><li> Um Farbstoff Ausbleichen zu vermeiden, sollten Aufnahmen für weniger als 2 Sekunden auf jedem Blickfeld, um die Zeit der Belichtung zu begrenzen. Hier, in der Regel vier verschiedene Bildbereiche für jede Monoschicht. </li></ol></li></ol> 5. Datenverarbeitung von V m oder Ca Recordings <ol><li> Sowohl V m und Ca-Signale (80 x 80 Pixel), ist der Mittelwert der Intensitätswerte der fünfundzwanzig (5 x 5) benachbarten Pixeln in einem Intensitätswert an unterschiedlichen Aufzeichnungszeitpunkten, um Hintergrundrauschen zu reduzieren. HINWEIS: Nach der Datenmittelung, die jeweils die Aufnahmezeit Punkt eines individuellen Aktionspotential oder Ca-Transienten ergibt eine Datenmatrix, die 16 x 16 gemittelten Intensitätswerte (gemitteltDatenkanälen) mit einer räumlichen Auflösung von 50 um. </li><li> Definieren Aktivierungszeit (AT) der aufgezeichneten V m oder Ca-Signale. <ol><li> Um eine Aktivierungszeit (AT) eines einzelnen Aktionspotentials oder Ca transienten definieren, bestimmen die Zeit von 50% der Spitzenamplitude des V m oder Ca-Signale unter Verwendung einer maßgeschneiderten MATLAB-basierten Algorithmus, wie vorher beschrieben. 12 </li><li> Manuelle Korrektur gelesen das analysierte ATs, um alle Fehler, die während der Programmanalyse auftreten können, zu beseitigen. </li><li> Bewahren Sie die definierten AT-Matrix (16 x 16 gemittelten Daten Kanäle) der aufgezeichneten Aktionspotential und Calciumtransienten jeweils in der verwendeten Software. </li></ol></li><li> Berechnen Aktionspotential oder Calciumtransienten Leitungsgeschwindigkeit (CV) Vektoren auf der AT-Matrix mit dem Vektorfeld-Analyseverfahren wie zuvor mit geringen Modifikationen 12,18 beschrieben. <ol><li> Berechnen der CV Vektor eines Datenkanals relativ zu seiner Umgebung AT Datenpunkte (5 ×; 5 benachbarten gemittelten Datenkanäle), um eine glatte Oberfläche des Polynoms Aktivierungszeiten (AT Fläche simulieren) unter Verwendung eines Least-Square-Algorithmus innerhalb der MATLAB-Programm 12,18. </li><li> Berechnen Leitungsvektor mit Hilfe der nachstehenden Formeln Formel 1: <img alt="Gleichung 1" fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/52542/52542eq1.jpg" /> Formel 2: θ = arctan [(dy / dt) / (dx / dt)] HINWEIS: Ve ist ein CV Vektor an x- und y-Achse projiziert wird; dx / dT ist die Projektion des Vektors in CV x-Achse; dy / dt ist die Projektion der CV Vektor in y-Achse. T ist die an der Oberfläche; x, y beziehen sich auf die 2-D-Koordinaten; T x = ∂T / ∂x ist die partielle Ableitung T in Bezug auf x; T y = ∂T / ∂y die partielle Ableitung der T in Bezug auf Y ist; θ ist der letzte Richtung eines CV-Vektor. </li><li> Gruppe alle Vektoren der AT-Matrix in 36 Bahnen, von denen jede umfasst einen Zehn-Grad-Sektor auf dem Kompass. &lt;/ Li&gt; <li> Wählen Sie den Weg, der die größte Bevölkerung der CV-Vektoren unter den 36 Leitungsbahnen. Berechnen Sie die durchschnittliche CV dieses Weges, um den Lebenslauf der Monoschicht zu vertreten. </li></ol></li></ol> 6. Visualisierung der Wellenfrontausbreitung <ol><li> Normalisieren der Signalintensität eines einzelnen Aktionspotential oder Ca-Transienten an verschiedenen Aufnahmezeitpunkten relativ zu seinem Spitzenwert mit MATLAB-Software. </li><li> Vorübergehend die normierten Intensitätsdaten eines jeden aufgezeichneten Zeitpunkt in eine 16 x 16 Matrix-Intensität in der MATLAB-Software zu speichern. </li><li> Konstruieren Sie eine farbkodierte Intensitätskarte aus der gespeicherten Intensitätsmatrix jedes Aufzeichnungszeitpunkt mit dem surf.m Funktion. HINWEIS: In der Intensitätskarte, rot steht für hohe Intensität der V m oder Ca-Signale und Blau reflektiert geringe Intensität der Fluoreszenzsignale. </li><li> Erstellen Sie eine .avi-Datei mit Hilfe des avifile.m Funktion. </li><li> Speichern Sie alle das intensity Karten bei unterschiedlichen Aufnahmezeitpunkte des Aktionspotentials oder Ca-Transienten mit dem addframe.m Funktion. HINWEIS: An dieser Stelle werden zwei separate AVI-Dateien von V m und Ca Fortpflanzung erzeugt werden. </li></ol>

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No conflicts of interest declared.

Dieser Artikel beschreibt die wichtigsten Aspekte der optischen Abbildung in einer kultivierten HL-1 Vorhof Myozyten-Monolayer mit Kalzium und spannungsempfindlichen fluoreszierenden Farbstoffen gefärbt. Es umfasst das Kultivieren eines optimalen HL-1-Zellmonoschicht, die Konfiguration des Abbildungsausrüstung, Abbilden eines kultivierten Monoschicht, und die Datenanalyse. Um erfolgreich map kultivierten Zellen, ist der Schlüssel zu einer gleichmäßig verteilten Zellrasen vorzubereiten. ...

Eine einzigartige Calcium (Ca) und Spannung (V m) Dual-Channel-Mapping-Technik optische 1-5 wird als effizientes Werkzeug, um gleichzeitig aufnehmen V m und Ca-Signale sowohl in intakten Herzen und kultivierten Zellmonoschichten entstehen. Diese Technik ermöglicht es, leistungsfähige Informationen bezüglich der Beziehung zwischen Calciumtransienten und Aktionspotentiale, die zugrunde liegenden Mechanismen der elektro Herzarrhythmien besseres Verständnis zu erhalten. Kultivierte Zellmonoschichten haben sich als nützliche zelluläre Modell Herz-Elektrophysiologie und den zugrundeliegenden Mechanismus Arrhythmien studieren. 4,6-8 HL-1-Zellen sind eine gut charakterisierte atrialen Myozyten Kulturlinie. HL-1-Zellen halten auch ein einzigartig differenzierte Genotyp und Phänotyp, die morphologischen, elektrophysiologischen und pharmakologischen Eigenschaften von Erwachsenen Vorhofmyozyten umfasst. Diese Zellen exprimieren Herz Gene und Proteine, einschließlich important kardialen Ionenkanäle (dh, L- und T-Typ-Calciumkanäle) 9 und reifen Isoformen sarkomerischen kontraktilen Proteine ​​in der Regel in der Erwachsenen Vorhofmyozyten als Anderen gefunden und wir bereits berichtet haben. 10-13 Zusätzlich HL-1-Zellen sein können kultiviert, um einen 2-dimensionalen (2-D) Myozyten Monoschicht zu bilden. Somit werden die Vorteile der Verwendung von kultivierten HL-1 Monoschichten umfassen: 1) relativ niedrige Kosten und eine einfacher Myozyten Kulturlinie als Isolierung und Kultivierung primärer neonatalen Myocyten zu erhalten; 2) eine konfluente Monoschicht von Zellen verringert die strukturelle Komplexität, die aus dem 3-D-Struktur des Herzens führen; 3) eine Zellschicht kann die Interferenz interstitielle Fibrose, die in der intakten Herzens auftritt eliminieren. Dies kann verwendet werden, um bestimmte elektrophysiologische Funktionen aus einer Gruppe von Myozyten ohne Störung von Fibroblasten und interstitiellen Matrix zu zerlegen ist; 4) Bewertung der funktionellen Konsequenzen von pharmakologischen oder genetische Manipulation in culrierte Zellmonoschichten können effektiv erreicht werden. Deshalb haben HL-1-Zellen zu einem weit verbreiteten Zellmodell zur Untersuchung diverse Aspekte der Myozyten Physiologie sowie Schrittmacher-induzierte abnorme elektrische Aktivitäten. 13-16 ist jedoch eine besondere Handhabung und Pflege der Kultur erforderlich gesunde Zellmonoschichten, die mit externen antworten elektrische Stimulation für die optische Abbildung Studien. Zusätzlich können doppelte fluoreszierende Farbstoff Färbeverfahren leicht zu einer Beschädigung der Integrität der kultivierte konfluente Zellmonoschichten. So Durchführung V m / CA Dual-Channel-optische Abbildung in kultivierten HL-1 Monoschichten war eine große Herausforderung. Das Ziel dieser Methode ist es, die wichtigsten Schritte für die erfolgreiche Durchführung zweikanaligen optischen Abbildungs ​​in kultivierten HL-1 Monoschichten bereitzustellen. Hier haben wir umfangreiche Informationen zu einem optimierten Protokoll für HL-1-Zellmonolayer Vorbereitung, Dual-Channel-optische Abbildung eines kultivierten Zellschicht und Mapping der Datenverarbeitung zur Verfügung gestellt.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="756">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:367px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:103px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rhod2 dry powder</td>
			<td style="width:103px;">&#160;AAT Bioquest</td>
			<td style="width:119px;">21062</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">pluronic</td>
			<td style="width:103px;">AAT Bioquest</td>
			<td style="width:119px;">20050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:367px;">DMSO</td>
			<td style="width:103px;">sigma</td>
			<td style="width:119px;">276855</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rh237</td>
			<td style="width:103px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:119px;">&#160;S-1109</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NaCl</td>
			<td style="width:103px;">sigma</td>
			<td style="width:119px;">S7653</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">KCl</td>
			<td style="width:103px;">sigma</td>
			<td style="width:119px;">P3911</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">KH2PO4&#160;</td>
			<td style="width:103px;">sigma</td>
			<td style="width:119px;">P0662</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NaH2PO4</td>
			<td style="width:103px;">sigma</td>
			<td style="width:119px;">S9638</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MgSO4&#160;</td>
			<td style="width:103px;">sigma</td>
			<td style="width:119px;">M7506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">D-Glucose</td>
			<td style="width:103px;">sigma</td>
			<td style="width:119px;">G8270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NaHCO3</td>
			<td style="width:103px;">sigma</td>
			<td style="width:119px;">S6014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">CaCl2</td>
			<td style="width:103px;">sigma</td>
			<td style="width:119px;">C3881</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HEPEs</td>
			<td style="width:103px;">sigma</td>
			<td style="width:119px;">H3375</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

voltage and calcium dual channel optical mapping of cultured hl-1 atrial myocyte monolayer

Optische Abbildungs ​​hat sich als eine wertvolle Technik, um die elektrische Herzaktivität sowohl intakte ex vivo Herzen und in kultivierten Myozyten-Monoschichten zu erkennen. HL-1-Zellen wurden in großem Umfang als ein 2-dimensionales zelluläres Modell zur Untersuchung diverse Aspekte der Herzphysiologie verwendet. Allerdings war es eine große Herausforderung, optisch Karte Calcium (Ca) Transienten und Aktionspotentiale gleichzeitig über dieselbe Sichtfeld in einer kultivierten HL-1 Vorhofzellmonolayer. Dies liegt daran, eine spezielle Handhabung und Pflege ist erforderlich, um gesunde Zellen, die elektrisch erfasst werden kann und optisch abgebildet vorzubereiten. Wir haben daher eine optimale Arbeitsprotokoll zur zweikanaligen optischen Abbildungs ​​entwickelt. In diesem Manuskript haben wir im Detail beschrieben, wie Sie den Dual-Channel-optische Mapping Experiment durchzuführen. Dieses Protokoll ist ein nützliches Tool, um das Verständnis der Aktionspotentialausbreitung und Ca Kinetik in Arrhythmie Entwicklung zu verbessern.

Eine kultivierte Monolayer weist eine regelmäßige Eigenrhythmus wie im Film 1 gezeigt. Wir haben dann ausgeführt V m / Ca Dual-Channel-optische Abbildung in einem vollständig zusammenfließenden HL-1-Monoschicht. 1A zeigt beispielsweise Spuren von V m und Ca-Signale von einem aufgezeichneten Einzel schlagen. Repräsentative isochronen Karten gleichmäßig ausgebreitet V m und Ca-Signale unter Verwendung der zweikanaligen optischen Abbildungssystems s...

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Voltage and Calcium Dual Channel Optical Mapping of Cultured HL-1 Atrial Myocyte Monolayer

This article describes the technique used to perform dual channel optical mapping in cultured HL-1 atrial cell monolayers. This unique protocol allows the simultaneous visualization of both calcium (Ca) and voltage (Vm) activity in the same area for the detailed detection and analysis of electrophysiological properties of culture monolayers.

Spannung und Calcium Dual Channel Optical Mapping von Cultured HL-1 Vorhofmuskelzellen Monolayer

Optical mapping has proven to be a valuable technique to detect cardiac electrical activity on both intact ex vivo hearts and in cultured myocyte ...

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Research

JoVE Journal

Biology

10.2K Aufrufe.  Loyola University Chicago. This article describes the technique used to perform dual channel optical mapping in cultured HL-1 atrial cell monolayers. This unique protocol allows the simultaneous visualization of both calcium (Ca) and voltage (Vm) activity in the same area for the detailed detection and analysis of electrophysiological properties of culture monolayers.

Serie: Voltage and Calcium Dual Channel Optical Mapping of Cultured HL-1 Atrial Myocyte Monolayer

Proper Care and Cleaning of the Microscope

Keeping the microscope optics clean is important for high-quality imaging. Dust, fingerprints, excess immersion oil, or mounting medium on or in a microscope causes reduction in contrast and resolution. DIC is especially sensitive to contamination and scratches on the lens surfaces. This protocol details the procedure for keeping the microscope clean.

Keeping the microscope optics clean is important for high-quality imaging. Dust, fingerprints, excess immersion oil, or mounting medium on or in a microscope causes reduction in contrast and resolution. DIC is especially sensitive to contamination and scratches on the lens surfaces. This protocol details the procedure for keeping the microscope clean.

Richtige Pflege und Reinigung des Mikroskops

Keeping the microscope optics clean is important for high-quality imaging. Dust, fingerprints, excess immersion oil, or mounting medium on or in a ...

Forschung

Biologie

Phase Contrast and Differential Interference Contrast (DIC) Microscopy

Phase-contrast microscopy is often used to produce contrast for transparent, non light-absorbing, biological specimens. The technique was discovered by Zernike, in 1942, who received the Nobel prize for his achievement. DIC microscopy, introduced in the late 1960s, has been popular in biomedical research because it highlights edges of specimen structural detail, provides high-resolution optical sections of thick specimens including tissue cells, eggs, and embryos and does not suffer from the  phase halos  typical of phase-contrast images. This protocol highlights the principles and practical applications of these microscopy techniques.

Phase Contrast and Differential Interference Contrast DIC Microscopy

This protocol highlights the principles and practical applications of Phase and Differential Interference Contrast (DIC) Microscopy

Phasenkontrast und Differential Interferenz Kontrast (DIC) Mikroskopie

Phase-contrast microscopy is often used to produce contrast for transparent, non light-absorbing, biological specimens. The technique was discovered by ...

Optical Mapping of Langendorff-perfused Rat Hearts

Optical mapping of the cardiac surface with voltage-sensitive fluorescent dyes has become an important tool to investigate electrical excitation in experimental models that range in scale from cell cultures to whole-organs[1, 2]. Using state-of-the-art optical imaging systems, generation and propagation of action potentials during normal cardiac rhythm or throughout initiation and maintenance of arrhythmias can be visualized almost instantly[1]. The latest commercially-available systems can provide information at exceedingly high spatiotemporal resolutions and were based on custom-built equipment initially developed to overcome the obstacles imposed by more conventional electrophysiological methods[1]. Advancements in high-resolution and high-speed complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) cameras and intensely-bright, light-emitting diodes (LEDs) as well as voltage-sensitive dyes, optics, and filters have begun to make electrical signal acquisition practical for cardiovascular cell biologists who are more accustomed to working with microscopes. Although the newest generation of CMOS cameras can acquire 10,000 frames per second on a 16,384 pixel array, depending on the type of sample preparation, long-established fluorescence acquisition technologies such as photodiode arrays, laser scanning systems, and cooled charged-coupled device (CCD) cameras still have some distinct advantages with respect to dynamic range, signal-to-noise ratio, and quantum efficiency[1, 3]. In the present study, Lewis rat hearts were perfused ex vivo with a crystalloid perfusate (Krebs-Henseleit solution) at 37&deg;C on a modified Langendorff apparatus. After a 20 minute stabilization period, the hearts were intermittently perfused with 11 mMol/L 2,3-butanedione monoxime to eliminate contraction-associated motion during image acquisition. For optical mapping, we loaded hearts with the fast-response potentiometric probe di-8-ANEPPS[4] (5 &mu;Mol/L) and briefly illuminated the preparation with 475&plusmn;15 nm excitation light. During a typical 2 second period of illumination, &gt;605 nm light emitted from the cardiac preparation was imaged with a high-speed CMOS camera connected to a horizontal macroscope. For this demonstration, hearts were paced at 300 beats per minute with a coaxial electrode connected to an isolated electrical stimulation unit. Simultaneous bipolar electrographic recordings were acquired and analyzed along with the voltage signals using readily-available software. In this manner, action potentials on the surface of Langendorff-perfused rat hearts can be visualized and registered with electrographic signals.

This article describes a high temporal and spatial resolution technique to optically image action potential movement on the surface of Langendorff-perfused rat hearts using a potentiometric dye (di-8-ANEPPS).

Optische Abbildung von Langendorff-perfundierten Rattenherzen

Optical mapping of the cardiac surface with voltage-sensitive fluorescent dyes has become an important tool to investigate electrical excitation in ...

Optical Recording of Electrical Activity in Guinea-pig Enteric Networks using Voltage-sensitive Dyes

The enteric nervous system (ENS) is a self-contained network with identified functions, capable of performing complex behaviors in isolation. Its neurons (10 to 25 &mu;m in diameter) are arranged in plexuses that are confined to distinct planes of the gut wall 1; the myenteric plexus can be found between the longitudinal and circular muscle layers, and the submucous plexus between the circular muscle layer and the mucosa. Since the effector systems for these plexuses (transporting epithelium, endocrine cells, immune elements, blood vessels and smooth muscle) are also contained within the gut wall, semi-intact preparations can be dissected that preserve individual components of different reflex pathways. The behavior of the effector systems is controlled by the submucous and myenteric plexuses acting in concert. Therefore, detailed knowledge of synaptic interactions within and between ganglia, and of communication between the plexuses, is essential for understanding normal gastrointestinal function. The ENS, as an intact nervous system, is a unique experimental model in which one can correlate molecular and cellular events with the electrical behavior of the neuronal network and its physiological outputs. Because of the quasi-two-dimensional organization of its plexuses, the ENS is particularly well suited for the study of neural networks using multiple site optical recording techniques that employ voltage-sensitive dyes 2,7,8,9. We will illustrate here the use of a relatively new naphthylstyryl-pyridinium dye (di-4-ANEPPDHQ) 3 that offers multiple advantages over its predecessors, including very low phototoxicity, slow rate of internalization, and remarkable chemical stability. When used in conjunction with a camera that permits sub-millisecond time resolution, this dye allows us to monitor the electrical activity of all the neurons in the field of view with a maximal spatial resolution of ~ 2.5 &mu;m at 100X magnification. At lower magnification (10X or 20X), the sacrifice of single-cell resolution is compensated by a gain in perspective, revealing the intricacies of the inter-ganglionic circuitry.

This protocol illustrates how voltage-sensitive dyes enable optical recording of electrical activity from intact neural networks such as the plexuses of the guinea-pig enteric nervous system, with an adjustable resolution that ranges from single-cells to multi-ganglionic circuitry.

Optische Erfassung der elektrischen Aktivität in Guinea-pig Enteric Networks mit spannungsabhängigen Farbstoffen

The enteric nervous system (ENS) is a self-contained network with identified functions, capable of performing complex behaviors in isolation. Its neurons ...

Photoconversion of Purified Fluorescent Proteins and Dual-probe Optical Highlighting in Live Cells

Photoconvertible fluorescent proteins (pc-FPs) are a class of fluorescent proteins with "optical highlighter" capability, meaning that the color of fluorescence can be changed by exposure to light of a specific wavelength. Optical highlighting allows noninvasive marking of a subpopulation of fluorescent molecules, and is therefore ideal for tracking single cells or organelles.
Critical parameters for efficient photoconversion are the intensity and the exposure time of the photoconversion light. If the intensity is too low, photoconversion will be slow or not occur at all. On the other hand, too much intensity or too long exposure can photobleach the protein and thereby reduce the efficiency of photoconversion.
This protocol describes a general approach how to set up a confocal laser scanning microscope for pc-FP photoconversion applications. First, we describe a procedure for preparing purified protein droplet samples. This sample format is very convenient for studying the photophysical behavior of fluorescent proteins under the microscope. Second, we will use the protein droplet sample to show how to configure the microscope for photoconversion. And finally, we will show how to perform optical highlighting in live cells, including dual-probe optical highlighting with mOrange2 and Dronpa.

This protocol describes a general approach to perform photoconversion of fluorescent proteins on a confocal laser scanning microscope. We describe procedures for the photoconversion of puried protein samples, as well as for dual-probe optical highlighting in live cells with mOrange2 and Dronpa.

Photokonversion von gereinigtem fluoreszierende Proteine ​​und Dual-Sonde Optische Hervorhebung in lebenden Zellen

Photoconvertible fluorescent proteins (pc-FPs) are a class of fluorescent proteins with "optical highlighter" capability, meaning that the color of ...

Fluorescence-based Measurement of Store-operated Calcium Entry in Live Cells: from Cultured Cancer Cell to Skeletal Muscle Fiber

Store operated Ca2+ entry (SOCE), earlier termed capacitative Ca2+ entry, is a tightly regulated mechanism for influx of extracellular Ca2+ into cells to replenish depleted endoplasmic reticulum (ER) or sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ stores1,2. Since Ca2+ is a ubiquitous second messenger, it is not surprising to see that SOCE plays important roles in a variety of cellular processes, including proliferation, apoptosis, gene transcription and motility. Due to its wide occurrence in nearly all cell types, including epithelial cells and skeletal muscles, this pathway has received great interest3,4. However, the heterogeneity of SOCE characteristics in different cell types and the physiological function are still not clear5-7.
The functional channel properties of SOCE can be revealed by patch-clamp studies, whereas a large body of knowledge about this pathway has been gained by fluorescence-based intracellular Ca2+ measurements because of its convenience and feasibility for high-throughput screening. The objective of this report is to summarize a few fluorescence-based methods to measure the activation of SOCE in monolayer cells, suspended cells and muscle fibers5,8-10. The most commonly used of these fluorescence methods is to directly monitor the dynamics of intracellular Ca2+ using the ratio of F340nm and F380nm (510 nm for emission wavelength) of the ratiometric Ca2+ indicator Fura-2. To isolate the activity of unidirectional SOCE from intracellular Ca2+ release and Ca2+ extrusion, a Mn2+ quenching assay is frequently used. Mn2+ is known to be able to permeate into cells via SOCE while it is impervious to the surface membrane extrusion processes or to ER uptake by Ca2+ pumps due to its very high affinity with Fura-2. As a result, the quenching of Fura-2 fluorescence induced by the entry of extracellular Mn2+ into the cells represents a measurement of activity of SOCE9. Ratiometric measurement and the Mn+2 quenching assays can be performed on a cuvette-based spectrofluorometer in a cell population mode or in a microscope-based system to visualize single cells. The advantage of single cell measurements is that individual cells subjected to gene manipulations can be selected using GFP or RFP reporters, allowing studies in genetically modified or mutated cells. The spatiotemporal characteristics of SOCE in structurally specialized skeletal muscle can be achieved in skinned muscle fibers by simultaneously monitoring the fluorescence of two low affinity Ca2+ indicators targeted to specific compartments of the muscle fiber, such as Fluo-5N in the SR and Rhod-5N in the transverse tubules9,11,12.

The extent of store-operated Ca2+ entry (SOCE) can be monitored using fluorescent Ca2+ indicators. Mn2+ quenching of such indicators assays SOCE in cultured cells and skeletal muscle fibers. A technique allowing spatial and temporal resolution of SOCE by confocal imaging of mechanically skinned muscle fibers is also described.

Fluoreszenz-basierte Messung von Calcium-Shop-Eintrag in lebenden Zellen: aus kultivierten Krebszelle zu Skelettmuskelfaser

Store operated Ca2+ entry (SOCE), earlier termed capacitative Ca2+ entry, is a tightly regulated mechanism for influx of extracellular Ca2+ into cells to ...

Isolation and Kv Channel Recordings in Murine Atrial and Ventricular Cardiomyocytes

KCNE genes encode for a small family of Kv channel ancillary subunits that form heteromeric complexes with Kv channel alpha subunits to modify their functional properties. Mutations in KCNE genes have been found in patients with cardiac arrhythmias such as the long QT syndrome and/or atrial fibrillation. However, the precise molecular pathophysiology that leads to these diseases remains elusive. In previous studies the electrophysiological properties of the disease causing mutations in these genes have mostly been studied in heterologous expression systems and we cannot be sure if the reported effects can directly be translated into native cardiomyocytes. In our laboratory we therefore use a different approach. We directly study the effects of KCNE gene deletion in isolated cardiomyocytes from knockout mice by cellular electrophysiology - a unique technique that we describe in this issue of the Journal of Visualized Experiments. The hearts from genetically engineered KCNE mice are rapidly excised and mounted onto a Langendorff apparatus by aortic cannulation. Free Ca2+ in the myocardium is bound by EGTA, and dissociation of cardiac myocytes is then achieved by retrograde perfusion of the coronary arteries with a specialized low Ca2+ buffer containing collagenase. Atria, free right ventricular wall and the left ventricle can then be separated by microsurgical techniques. Calcium is then slowly added back to isolated cardiomyocytes in a multiple step comprising washing procedure. Atrial and ventricular cardiomyocytes of healthy appearance with no spontaneous contractions are then immediately subjected to electrophysiological analyses by patch clamp technique or other biochemical analyses within the first 6 hours following isolation.

Kv channel dysfunction is associated with cardiac arrhythmias. In order to study the molecular mechanisms that lead to such arrhythmias we utilize a systematic protocol for isolation of atrial and ventricular cardiomyocytes from Kv channel ancillary subunit knockout mice. Isolated cardiomyocytes can then immediately be used for cellular electrophysiological studies, biochemical or immunofluorescence (IF) assays.

Isolierung und Kv Kanal Recordings in Murine atriale und ventrikuläre Kardiomyozyten

KCNE genes encode for a small family of Kv channel ancillary subunits that form heteromeric complexes with Kv channel alpha subunits to modify their ...

Reconstitution of a Transmembrane Protein, the Voltage-gated Ion Channel, KvAP, into Giant Unilamellar Vesicles for Microscopy and Patch Clamp Studies

Giant Unilamellar Vesicles (GUVs) are a popular biomimetic system for studying membrane associated phenomena. However, commonly used protocols to grow GUVs must be modified in order to form GUVs containing functional transmembrane proteins. This article describes two dehydration-rehydration methods &#8212; electroformation and gel-assisted swelling &#8212; to form GUVs containing the voltage-gated potassium channel, KvAP. In both methods, a solution of protein-containing small unilamellar vesicles is partially dehydrated to form a stack of membranes, which is then allowed to swell in a rehydration buffer. For the electroformation method, the film is deposited on platinum electrodes so that an AC field can be applied during film rehydration. In contrast, the gel-assisted swelling method uses an agarose gel substrate to enhance film rehydration. Both methods can produce GUVs in low (e.g., 5 mM) and physiological (e.g., 100 mM) salt concentrations. The resulting GUVs are characterized via fluorescence microscopy, and the function of reconstituted channels measured using the inside-out patch-clamp configuration. While swelling in the presence of an alternating electric field (electroformation) gives a high yield of defect-free GUVs, the gel-assisted swelling method produces a more homogeneous protein distribution and requires no special equipment.

The reconstitution of the transmembrane protein, KvAP, into giant unilamellar vesicles (GUVs) is demonstrated for two dehydration-rehydration methods &#8212; electroformation, and gel-assisted swelling. In both methods, small unilamellar vesicles containing the protein are fused together to form GUVs that can then be studied by fluorescence microscopy and patch-clamp electrophysiology.

Rekonstitution der ein Transmembranprotein, das spannungsgesteuerten Ionenkanal, KvAP, in Riesen unilamellare Vesikel für Mikroskopie und Patch-Clamp-Studien

Giant Unilamellar Vesicles (GUVs) are a popular biomimetic system for studying membrane associated phenomena. However, commonly used protocols to grow ...

Single-channel Analysis and Calcium Imaging in the Podocytes of the Freshly Isolated Glomeruli

Podocytes (renal glomerular epithelial cells) are known to regulate glomerular permeability and maintain glomerular structure; a key role for these cells in the pathogenesis of various renal diseases has been established since podocyte injury leads to proteinuria and foot process effacement. It was previously reported that various endogenous agents may cause a dramatic overload in intracellular Ca2+ concentration in podocytes, presumably leading to albuminuria, and this likely occurs via calcium-conducting ion channels. Therefore, it appeared important to study calcium handling in the podocytes both under normal conditions and in various pathological states. However, available experimental approaches have remained somewhat limited to cultured and transfected cells. Although they represent a good basic model for such studies, they are essentially extracted from the native environment of the glomerulus. Here we describe the methodology of studying podocytes as a part of the freshly isolated whole glomerulus. This preparation retains the functional potential of the podocytes, which are still attached to the capillaries; therefore, podocytes remain in the environment that conserves the major parts of the glomeruli filtration apparatus. The present manuscript elaborates on two experimental approaches that allow 1) real-time detection of calcium concentration changes with the help of ratiometric confocal fluorescence microscopy, and 2) the recording of the single ion channels activity in the podocytes of the freshly isolated glomeruli. These methodologies utilize the advantages of the native environment of the glomerulus that enable researchers to resolve acute changes in the intracellular calcium handling in response to applications of various agents, measure basal concentration of calcium within the cells (for instance, to evaluate disease progression), and assess and manipulate calcium conductance at the level of single ion channels.

Changes in the intracellular calcium levels in the podocytes are one of the most important means to control the filtration function of glomeruli. Here we explain a high-throughput approach that allows detection of real-time calcium handling and single ion channels activity in the podocytes of the freshly isolated glomeruli.

Einkanal-Analyse und Calcium Imaging in den Podozyten der frisch isolierten Glomeruli

Podocytes (renal glomerular epithelial cells) are known to regulate glomerular permeability and maintain glomerular structure; a key role for these cells ...

Optical Mapping of Intra-Sarcoplasmic Reticulum Ca2+ and Transmembrane Potential in the Langendorff-perfused Rabbit Heart

Sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ handling plays a key role in normal excitation-contraction coupling and aberrant SR Ca2+ handling is known to play a significant role in certain types of arrhythmia. Because arrhythmias are spatially distinct, emergent phenomena, they must be investigated at the tissue level. However, methods for directly probing SR Ca2+ in the intact heart remain limited. This article describes the protocol for dual optical mapping of transmembrane potential (Vm) and free intra-SR [Ca2+] ([Ca2+]SR) in the Langendorff-perfused rabbit heart. This approach takes advantage of the low-affinity Ca2+ indicator Fluo-5N, which has minimal fluorescence in the cytosol where intracellular [Ca2+] ([Ca2+]i) is relatively low but exhibits significant fluorescence in the SR lumen where [Ca2+]SR is in the millimolar range. In addition to revealing SR Ca2+ characteristics spatially across the epicardial surface of the heart, this approach has the distinct advantage of simultaneous monitoring of Vm, allowing for investigations into the bidirectional relationship between Vm and SR Ca2+ and the role of SR Ca2+ in arrhythmogenic phenomena.

Optical Mapping of Intra-Sarcoplasmic Reticulum Ca2+ and Transmembrane Potential in the Langendorff-perfused Rabbit Heart

This article describes the detailed protocol and equipment necessary for dual optical mapping of transmembrane potential (Vm) and free intra-sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ in the Langendorff-perfused rabbit heart. This method allows for direct observation and quantification of Vm and SR Ca2+ dynamics in the intact heart.

Optische Kartierung der Intra-Retikulum Ca<sup&gt; 2+</sup&gt; Und Transmembranpotential in der Langendorff-perfundierten Kaninchen Herz

Sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ handling plays a key role in normal excitation-contraction coupling and aberrant SR Ca2+ handling is known to play a ...

Methods Article

Spannung und Calcium Dual Channel Optical Mapping von Cultured HL-1 Vorhofmuskelzellen Monolayer