A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
ריכוז Na+ התוך תאי ([Na+]i) במיוציטים לבביים משתנה במהלך מחלות לב. [Na+]i הוא מווסת חשוב של Ca2+ תוך-תאי. אנו מציגים גישה חדשה למדידת [Na+]i במיוציטים פרוזדורים של עכברים מבודדים טריים באמצעות מצלמת מכשיר מצמד טעון מכפיל אלקטרונים (EMCCD) ומאיר מהיר וניתן לשליטה.
ריכוז נתרן תוך-תאי ([Na+]i) הוא מווסת חשוב של Ca2+ תוך-תאי. המחקר שלו מספק תובנה לגבי הפעלת מחליף Na+/Ca2+ הסרקולמלי, ההתנהגות של ערוצי Na+ מגודרים במתח ו-Na+,K+-ATPase. איתות Ca2+ תוך תאי משתנה במחלות פרוזדורים כגון פרפור פרוזדורים. בעוד שרבים מהמנגנונים העומדים בבסיס הומאוסטזיס תוך-תאי Ca2+ מאופיינים היטב, תפקידו של [Na+]i וחוסר הוויסות שלו בפתולוגיות פרוזדורים אינו מובן היטב. [Na+]i במיוציטים פרוזדוריים עולה בתגובה לשיעורי גירוי הולכים וגדלים. לכן היענות לגירוי שדה חיצוני היא קריטית למדידות [Na+]i בתאים אלה. בנוסף, ההכנה הארוכה (העמסת צבע) ומשך הניסוי (כיול) דורשים פרוטוקול בידוד המניב מיוציטים פרוזדורים באיכות יוצאת דופן. בשל גודלה הקטן של עליית העכבר והרכב המטריצה הבין-תאית, קשה לבודד מיוציטים פרוזדורים בוגרים באיכות גבוהה. כאן, אנו מתארים פרוטוקול בידוד אופטימלי מבוסס לנגנדורף-זלוף המספק באופן עקבי תפוקה גבוהה של מיוציטים פרוזדורים של עכברים באיכות גבוהה.
איזופתלט בנזופורן קושר נתרן (SBFI) הוא אינדיקטור Na+ הפלואורסצנטי הנפוץ ביותר. ניתן לטעון SBFI לתוך מיוציט הלב בצורת המלח שלו דרך פיפטת זכוכית או כאסטר אצטוקסימתיל (AM) שיכול לחדור לקרום הסרקולמלי של המיוציטים. תוך תאית, SBFI-AM עובר דה-אסטריזציה על ידי אסטרזות ציטוזוליות. בשל שונות בחדירת הממברנה ודה-אסטריפיקציה ציטוזולית, יש לכייל כל תא באתרו. בדרך כלל, מדידות של [Na+]i באמצעות אפיפלואורסצנציה של תא שלם SBFI מבוצעות באמצעות שפופרת פוטו-מכפיל (PMT). מערך ניסיוני זה מאפשר למדוד רק תא אחד בבת אחת. בשל אורך טעינת הצבע של מיוציטים והכיול לאחר כל ניסוי, תפוקת הנתונים נמוכה. לכן פיתחנו טכניקה מבוססת מצלמה EMCCD למדידת [Na+]i. גישה זו מאפשרת מדידות [Na+]i בו זמנית במספר מיוציטים ובכך מגדילה משמעותית את תפוקת הניסוי.
במחלות פרוזדורים (למשל, פרפור פרוזדורים [AF]) איתות Ca2+ תוך תאי משתנה באופן עמוק1. בעוד שרבים מהמנגנונים הבסיסיים של איתות Ca2+ תוך-תאי 'מעוצב מחדש' ב-AF אופיינו היטב 2,3, התפקיד שריכוז נתרן תוך תאי שונה ([Na+]i) עשוי למלא אינו מובן היטב. [Na+]i הוא מווסת חשוב של Ca2+ תוך-תאי. המחקר של [Na+]i יכול לספק תובנה לגבי ההפעלה של מחליף Na+/Ca2+ (NCX), ההתנהגות של ערוצי Na+ ו-Na+,K+-ATPase (NKA)4. הראינו בעבר כי שיעורי הפעלה גבוהים של פרוזדורים, כפי שקורה במהלך AF, מובילים להפחתה משמעותית ב-[Na+]i 1. עבודות קודמות הראו עלייה בצפיפות זרם NCX (INCX) וברמות ביטוי החלבון ב-AF3. דווח גם על עלייה במרכיב המאוחר של זרם Na+ תלוי מתח (INa, מאוחר) במיוציטים פרוזדוריים מבודדים מחולים עם AF 5. לפיכך, ישנן עדויות לשינויים עמוקים בהומאוסטזיס Na+ תוך תאי ב-AF. לכן יש צורך במדידות אמינות וניתנות לשחזור של [Na+]i במיוציטים פרוזדורים מבודדים כדי לקדם את הבנתנו את הפתולוגיה של AF. כאן, אנו מדגימים כיצד לבודד באופן שחזורי מיוציטים פרוזדורים של עכברים באיכות גבוהה המתאימים למדידות של [Na+]i. מיקדנו את פרוטוקול בידוד תאי הפרוזדורים האופטימלי שלנו במיוציטים פרוזדורים של עכברים מכיוון שמודלים של עכברים טרנסגניים (TG) של פרפור פרוזדורים הפכו לחלק חיוני במחקר AF6. עכברים אלה זמינים לרוב רק במספרים מוגבלים והפרוזדורים הם לעתים קרובות פיברוטיים, מה שמוביל לאתגרים לבידוד התאים.
באופן כללי, ניתן למדוד [Na+]i בתאים ברי קיימא באמצעות אינדיקטורים פלואורסצנטיים 7,8, או עם סוגים שונים של מיקרו-אלקטרודות9. טכניקות מבוססות מיקרואלקטרודות דורשות חדירה של הממברנה הסרקולמלית. לכן טכניקה זו מוגבלת לתאים גדולים יותר ואינה מתאימה למיוציטים פרוזדורים קטנים וצרים ששלמות התאים שלהם נפגעת בקלות.
איזופתלט בנזופורן קושר נתרן (SBFI) הוא אינדיקטור פלואורסצנטי, העובר שינוי אורך גל גדול בעת קשירת Na+ 7. SBFI נרגש לסירוגין ב-340 ננומטר ו-380 ננומטר והפלואורסצנציה הנפלטת נאספת לאחר מעבר דרך מסנן פליטה (510 ננומטר). יחסי אותות בשני אורכי גל העירור (F340/380) יכולים לבטל את אורך הנתיב המקומי, ריכוז הצבע ושינויים בלתי תלויים באורך הגל בעוצמת התאורה וביעילות הזיהוי. כאשר מבוצע כיול באתרו באמצעות תמיסות עם ריכוז נתרן ידוע ([Na+]) בכל תא, יחס F340/380 המתקבל במהלך הניסוי מניב מדידות מדויקות ורגישות של [Na+]i. כמו כל מחווני Na+ , SBFI מציג גם זיקה מסוימת ל-K+. השימוש בשיטת הכיול המוצגת כאן מאפשר 'להדק' באופן אמין את [Na+]i ואת ריכוז האשלגן התוך-תאי ([K+]i) במהלך תהליך הכיול, כך שניתן יהיה לכייל באופן אמין את [Na+]i גם כאשר הוא <10% מ-[K+]i 10.
אנו מציגים טכניקה חדשה מבוססת מצלמת EMCCD למדידות רציומטריות של [Na+]i באמצעות SBFI. מצלמת EMCCD מאפשרת, לראשונה, מדידות [Na+]i בו זמנית (וכיול) במספר תאים. זה מועיל במיוחד בסביבה ניסויית שבה מספר בעלי החיים מוגבל (למשל, מודלים של עכברים טרנסגניים). בדרך כלל, מדידות [Na+]i באמצעות SBFI מבוצעות באמצעות שפופרת פוטו-מכפיל (PMT) כדי לאסוף אפיפלואורסצנציה של תא שלם 1,11. בעוד ש-PMTs מציעים רזולוציה זמנית טובה מאוד של אות הקרינה, הרזולוציה המרחבית נמוכה מאוד והניסויים מוגבלים לתא אחד בכל פעם.
הפרוטוקול החדשני שלנו מאפשר מדידות רגישות וניתנות לשחזור של [Na+]i. הוא מותאם לרכישה בו-זמנית של שינויים ב-[Na+]i במספר מיוציטים פרוזדוריים של עכברים, אך ניתן להתאמה לסוגי תאים רבים אחרים.
כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) של אוניברסיטת מרילנד, בולטימור.
1. בידוד מיוציטים פרוזדורים מלבבות עכברים בוגרים
2. הערכת איכות התא
3. טעינת אינדיקטור Na+ של מיוציטים פרוזדורים של עכברים מבודדים טריים
4. מכשור, מדידות [Na+]i וכיול [Na+]i
הערה: איור 3 מתאר את סכימת נתיב האור עבור המכשור הניסיוני.
5. כיול [Na+]i
הערכת איכות תאי הפרוזדורים
מיוציטים פרוזדורים שבודדו לאחרונה הוערכו על סמך מורפולוגיה של התא והיענות לגירוי שדה כמתואר בפרוטוקול בשישה בידודי תאי פרוזדורים רצופים. הנתונים המוצגים באיור 2 מראים אחוז גבוה מאוד של מיוציטים פ?...
כאן אנו מציגים טכניקה חדשה מבוססת מצלמת EMCCD למדידה כמותית בו-זמנית של [Na+]i במספר מיוציטים פרוזדורים ברי קיימא באמצעות איזופתלט בנזופורן קושר נתרן (SBFI). הגישה המתוארת כאן היא הראשונה המאפשרת מדידה בו זמנית של [Na+]i במספר תאים. היתרונות העיקריים שמציג ...
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי מענק פיתוח מדענים מאיגוד הלב האמריקאי (14SDG20110054) ל-MG; מענק ההכשרה הבין-תחומי של NIH בביולוגיה של השרירים (T32 AR007592) ומענק ההכשרה למחלות לב וכלי דם של NIH (2T32HL007698-22A1) ל-LG; מענק פיתוח מדענים מאיגוד הלב האמריקאי (15SDG22100002) ל-LB ועל ידי מענקי NIH R01 HL106056, R01 HL105239 ו-U01 HL116321 ל-WJL.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2,3-Butanedione monoxime (BDM) | Sigma-Aldrich | B0753 | |
340 Excitation Filter | Chroma | ET40X | 25 mm |
380 Excitation Filter | Chroma | ET80X | 25 mm |
510 Emission Filter | Chroma | ET510/80m | 25 mm |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A7906 | |
Bubble trap | BD Medical Technologies | 904477 | Custom made from a 5 ml Luer Lok Syringe, which is located in the tubing path from the perfusing solution to the cannula |
CaCl2 solution | Sigma-Aldrich | 21115 | |
Cannula | BD Medical Technologies | 305167 | Custom made from a 22 G x 1 1/2 inch needle. Cut to 1 inch and sand 1mm distal tip. |
Cell Chamber | Custom machined with an opening that can securely hold a 25 mm glass cover slip and with a cover that has an inlet and an outlet port for perfusion. | ||
Circulating Water Bath | VWR | ||
Collagenase II | Worthington | LS004176 | Specific activity 290 U/g |
Creatinine | Sigma-Aldrich | C0780 | |
DG5-plus illuminator | Sutter Instrument | Lambda DG-4/DG-5 Plus | |
DMSO | Thermo Fischer | BP231 | |
EGTA | Sigma-Aldrich | E4378 | |
EMCCD camera | Princeton Instruments | ProEM-HS | |
Fine Hemostats | Fine Science Tools | 130-20 | |
Fine Scissors | Fine Science Tools | 14060-10 | |
Forceps Supergrip | Fine Science Tools | 00632-11 | |
Glass Cover slips | VWR | 4838089 | 25 mm circle |
Glucose | Sigma-Aldrich | G7528 | |
Gramicidin D | Sigma-Aldrich | G5002 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
Inner silicon Tubing | VWR | VWRselect brand silicon tubing | |
Inverted microscope | Nikon Instruments | NikonTE 2000 U | |
Isolation Tools | |||
K Gluconate | Sigma-Aldrich | P1847 | |
KCI | Sigma-Aldrich | P5405 | |
KH2PO4 | Calbiochem | 529568 | |
Langendorff perfusion apparatus | |||
MgCl2.6H2O * | Sigma-Aldrich | M0250 | |
MyoPacer Cell Stimulator | IonOptix | ||
Na Gluconate | Sigma-Aldrich | S2054 | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S9888 | |
NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | S9390 | |
Natural Mouse Laminin | Thermo Fischer | 23017015 | 0.5-2.0 mg/ml |
Outer tubing | VWR | ||
Petri dish 35X10 mm | Falcon | 351008 | |
PowerLoad | Thermo Fischer | P10020 | |
Protease XXIV | Sigma-Aldrich | P8038 | |
SBFI-AM | Thermo Fischer | S1264 | |
Silk suture | Fine Science Tools | 18020-50 | 0.12 mm diameter |
Small Spring scissors | Fine Science Tools | 15000-03 | |
Standard Pattern Forceps | Fine Science Tools | 11000-12 | |
Strophanthidin | Sigma-Aldrich | G5884 | |
Surgical Scissors Tough Cut | Fine Science Tools | 14054-13 | |
Suture Tying Forceps | Fine Science Tools | 00272-13 | |
Taurine | Sigma-Aldrich | T0625 | |
Trisbase | Sigma-Aldrich | TRIS-RO | |
Trypsin | Sigma-Aldrich | T0303 | |
UVFS Reflective 0.1 ND Filter | Thorlabs | NDUV01B | 25 mm |
UVFS Reflective 0.2 ND Filter | Thorlabs | NDUV02B | 25 mm |
UVFS Reflective 0.3 ND Filter | Thorlabs | NDUV03B | 25 mm |
UVFS Reflective 0.5 ND Filter | Thorlabs | NDUV05B | 25 mm |
UVFS Reflective 1 ND Filter | Thorlabs | NDUV010B | 25 mm |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved