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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Los distintos efectos de los diferentes grados de hipotermia en la protección miocárdica no han sido evaluados a fondo. El objetivo del presente estudio era cuantificar los niveles de muerte celular tras diferentes tratamientos de hipotermia en un modelo humano basado en cardiomiocitos, sentando las bases para futuras investigaciones moleculares en profundidad.
La disfunción miocárdica derivada de la isquemia/reperfusión es un escenario clínico común en pacientes después de una cirugía cardíaca. En particular, la sensibilidad de los cardiomiocitos a lesiones isquémicas es mayor que la de otras poblaciones celulares. En la actualidad, la hipotermia ofrece una protección considerable contra un insulto isquémico esperado. Sin embargo, las investigaciones sobre cambios moleculares complejos inducidos por hipotermia siguen siendo limitadas. Por lo tanto, es esencial identificar una condición de cultivo similar a las condiciones in vivo que pueden inducir daños similares a los observados en la condición clínica de una manera reproducible. Para imitar condiciones similares a la isquemia in vitro, las células de estos modelos fueron tratadas por la privación de oxígeno/glucosa (OGD). Además, aplicamos un protocolo estándar de temperatura de tiempo utilizado durante la cirugía cardíaca. Además, proponemos un enfoque para utilizar un método simple pero completo para el análisis cuantitativo de la lesión miocárdica. La apoptosis y los niveles de expresión de proteínas asociadas a la apoptosis fueron evaluados por la citometría de flujo y utilizando un kit ELISA. En este modelo, probamos una hipótesis sobre los efectos de diferentes condiciones de temperatura en la apoptosis cardiomiocito in vitro. La fiabilidad de este modelo depende de un estricto control de temperatura, procedimientos experimentales controlables y resultados experimentales estables. Además, este modelo se puede utilizar para estudiar el mecanismo molecular de cardioprotección hipotérmica, que puede tener implicaciones importantes para el desarrollo de terapias complementarias para su uso con hipotermia.
La disfunción miocárdica derivada de la isquemia/reperfusión es un escenario clínico común en pacientes después de la cirugía cardíaca1,2. Durante la perfusión de bajo flujo nopulsatile y los períodos de detención circulatoria total, todavía se producen daños que involucran todo tipo de células cardíacas. En particular, la sensibilidad de los cardiomiocitos a lesiones isquémicas es mayor que la de otras poblaciones celulares. En la actualidad, la hipotermia terapéutica (TH) ofrece una protección sustancial contra un insulto isquémico esperado en pacientes sometidos a cirugía cardíaca3,4. TH se define como una temperatura corporal central de 14-34 °C, aunque no existe consenso con respecto a una definición de enfriamiento durante la cirugía cardíaca5,6,7. En 2013, un panel internacional de expertos propuso un sistema de presentación de informes estandarizado para clasificar varios rangos de temperatura de la detención circulatoria hipotérmica sistémica8. Basándose en estudios de electroencefalografía y metabolismo del cerebro, dividieron la hipotermia en cuatro niveles: hipotermia profunda (≤ 14 °C), hipotermia profunda (14.1-20 °C), hipotermia moderada (20.1-28 °C) e hipotermia leve (28.1-34 °C). El consenso de expertos proporcionó una clasificación clara y uniforme, permitiendo que los estudios fueran más comparables y proporcionaran resultados más relevantes clínicamente. Esta protección otorgada por TH se basa en su capacidad para reducir la actividad metabólica de las células, limitando aún más su tasa de consumo de fosfatos de alta energía9,10. Sin embargo, el papel de la TH en la protección miocárdica es controvertido y puede tener múltiples efectos dependiendo del grado de hipotermia.
La E/R miocárdica es bien conocida por el aumento de la apoptisis celular11. Informes recientes han observado que la muerte programada de cardiomiocitos aumenta durante la cirugía a corazón abierto, y puede coincidir con necrosis, aumentando así el número de células miocárdicas muertas12. Por lo tanto, reducir la apoptosis cardiomiocito es un enfoque terapéutico útil en la práctica clínica. En el modelo de cardiomiocito HL-1 auricular del ratón, se demostró hipotermia terapéutica para reducir la liberación mitocondrial de citocromo c y factor inductor de apoptosis (AIF) durante la reperfusión13. Sin embargo, el efecto de la temperatura en la regulación de la apoptosis es controvertido y parece depender del grado de hipotermia. Cooper y sus colegas observaron que en comparación con un grupo de control de bypass cardiopulmonar normotérmico, la tasa de apoptosis de tejido miocárdico de cerdos con el arresto circulatorio hipotérmico profundo se incrementó14. Además, los resultados de algunos estudios han sugerido que la hipotermia profunda puede activar la vía de la apoptosis, mientras que la hipotermia menos agresiva parece inhibir la vía12,15,16. La razón de este resultado puede deberse a efectos confusos asociados con lesiones isquémicas y la falta de comprensión de los mecanismos por los cuales la temperatura afecta el tejido miocárdico. Por lo tanto, los límites de temperatura en los que se mejora o atenua la apoptosis deben definirse con precisión.
Para obtener una mejor comprensión de los mecanismos asociados con la eficacia de la hipotermia y proporcionar una base racional para su implementación en seres humanos, es esencial identificar una condición de cultivo similar a las condiciones in vivo que pueden producir daños similares a los observados para la condición clínica de una manera reproducible. Un paso esencial hacia la consecución de este objetivo es establecer las condiciones óptimas para inducir la apoptosis cardiomiocito. En consecuencia, en el presente estudio, exploramos los detalles metodológicos con respecto a los experimentos de privación de oxígeno y glucosa con células cultivadas, un modelo in vitro fácil de isquemia-reperfusión. Además, evaluamos el efecto de diferentes tiempos hipoxico-isquémicos en la apoptosis cardiomiocito, y verificamos nuestra hipótesis sobre el efecto de diferentes condiciones de temperatura en la apoptosis celular in vitro.
La información relativa a los reactivos e instrumentos comerciales figura en la Tabla de Materiales.
La línea celular cardiomiocito humano AC16 se derivó de la fusión de células primarias del tejido cardíaco ventricular adulto con fibroblastos humanos transformados en SV4017,que fueron comprados a BLUEFBIO (Shanghai, China). La línea celular desarrolla muchas características bioquímicas y morfológicas características de los miomiocitos. Además, la línea celular se utiliza ampliamente para evaluar el daño miocárdico y la función miocárdica in vitro18,19.
1. Cultivo celular
NOTA: El medio de cultivo basal consiste en el medio de águila modificado (DMEM) de Dulbecco sin suero, 10% suero bovino fetal (FBS), 1% suplemento de crecimiento de miocitos cardíacos, y 1% solución de penicilina/estreptomicina. Guarde el medio a 4 °C y prewarm a 37 °C antes de su uso.
2. Establecimiento de un modelo de privación de oxígeno y glucosa (OGD)
NOTA: Dos horas antes del período de estudio, reemplace el medio de crecimiento por medio libre de suero, y las células fueron recubinadas en una incubadora humidificada durante 2 h a 37 °C bajo una atmósfera con 5% deCO2.
3. Protocolo de temperatura de tiempo
NOTA: Se utiliza un protocolo estándar de temperatura-tiempo durante la cirugía cardíaca, como se describió anteriormente por otros20,21. Tratar HCMs según el protocolo siguiente (Figura 1): el punto de tiempo 1 (T1) indica el final de la inducción, el punto de tiempo 2 (T2) indica el final del mantenimiento y el punto de tiempo 3 (T3) indica el final del reajuste. Analizar las células de control mantenidas en condiciones normotérmicas continuas (37 °C). Las condiciones de temperatura se crean utilizando una incubadora de tres gases, que permite una regulación precisa de la temperatura.
4. Ensayo de viabilidad CCK-8
5. Cytometría de flujo para análisis de apoptosis
6. Evaluación de la despolarización mitocondrial
7. Ensayo reactivo de especies de oxígeno
8. Medición de Caspase 3/ Caspase 8 Actividad
El efecto de la exposición a OGD en la viabilidad de los HHCM fue determinado por el ensayo CCK-8. En comparación con la observada en el grupo de control, la viabilidad celular se redujo significativamente de manera dependiente del tiempo (Figura 2A). Las tasas de apoptosis de los HHCM en diferentes momentos después de la reperfusión mostraron una tendencia específica, donde de 0 a 16 h, las tasas de apoptosis aumentaron gradualmente y alcanzaron la tasa máxima en el punto de tiempo de...
Las complejidades de los animales intactos, incluidas las interacciones entre diferentes tipos de células, a menudo impiden estudios detallados de componentes específicos de lesiones de E/S. Por lo tanto, es necesario establecer un modelo celular in vitro que pueda reflejar con precisión los cambios moleculares después de la isquemia in vivo. La investigación sobre modelos OGD se ha divulgado previamente13,22, y muchos métodos sofisticados se han establecid...
Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo fue financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (81970265, 81900281,81700288), la Fundación china de ciencias postdoctorales (2019M651904); y el Programa Nacional clave de investigación y desarrollo de China (2016YFC1101001, 2017YFC1308105).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Annexin V-FITC cell apoptosis detection kit | Bio-Technology,China | C1062M | |
Cardiac myocyte growth supplement | Sciencell,USA | 6252 | |
Caspase 3 activity assay kit | Bio-Technology,China | C1115 | |
Caspase 8 activity assay kit | Bio-Technology,China | C1151 | |
DMEM, no glucose | Gibco,USA | 11966025 | |
Dulbecco's modified eagle medium | Gibco,USA | 11960044 | |
Fetal bovine serum | Gibco,USA | 16140071 | |
Flow cytometry | CytoFLEX,USA | B49007AF | |
Human myocardial cells | BLUEFBIO,China | BFN60808678 | |
Mitochondrial membrane potential assay kit with JC-1 | Bio-Technology,China | C2006 | |
Penicillin/Streptomycin solution | Gibco,USA | 10378016 | |
Reactive oxygen species assay kit | Bio-Technology,China | S0033S | |
Three-gas incubator | Memmert,Germany | ICO50 | |
Trypsin-EDTA (0.25%) | Gibco,USA | 25200056 |
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