A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
מוצג הוא פרוטוקול לבידוד של קרדיומיוציטים חדריים אנושיים ובעלי חיים מפרוסות שריר הלב לחתוך vibratome. תפוקות גבוהות של תאים סובלניים סידן (עד 200 תאים / מ"ג) ניתן להשיג כמויות קטנות של רקמה (<50 מ"ג). הפרוטוקול ישים על שריר הלב החשוף לאישמיה קרה עד 36 שעות.
הבידוד של מיוציטים לבביים חדריים מלב בעלי חיים ולבבות אנושיים היא שיטה בסיסית במחקר לב. קרדיומיוציטים בעלי חיים מבודדים בדרך כלל על ידי עירוי כלילית עם אנזימי עיכול. עם זאת, בידוד cardiomyocytes אנושי הוא מאתגר כי דגימות שריר הלב האנושי בדרך כלל אינם מאפשרים זינגה כלילית, פרוטוקולי בידוד חלופי לגרום לתשואות נמוכות של תאים קיימא. בנוסף, דגימות שריר הלב האנושי הן נדירות ותו זמינות רק באופן קבוע במוסדות עם ניתוח לב באתר. זה פוגע בתרגום של ממצאים מהחיות לקרדיומיוציטים אנושיים. מתואר כאן הוא פרוטוקול אמין המאפשר בידוד יעיל של מיוציטים חדריים מגוף שריר הלב אנושי ובעלי חיים. כדי להגדיל את יחס פני השטח לנפח תוך מזעור נזק לתא, רקמת שריר הלב פרוסות 300 μm עבה נוצרים מדגימות שריר הלב עם ויברטום. פרוסות רקמות מתעכלות לאחר מכן עם פרוטאז וcollagenase. עכברוש שריר הלב שימש כדי לבסס את הפרוטוקול ולכרות את התשואות של מיוציטים קיימא, סידן סובלני על ידי ספירת תאים ציטומטרי זרימה. השוואה עם שיטת נתח רקמות הנפוץ הראה תשואות גבוהות באופן משמעותי של cardiomyocytes בצורת מוט (41.5 ± 11.9 לעומת 7.89 ± 3.6%, p < 0.05). הפרוטוקול תורגם לכישלון ולא נכשל שריר הלב האנושי, שם התשואות היו דומות כמו שריר הלב חולדה, ושוב, גבוה באופן ניכר מאשר עם שיטת נתח רקמות (45.0 ± 15.0 לעומת 6.87 ± 5.23 תאים / מ"ג, p < 0.05). במיוחד, עם הפרוטוקול שהוצג ניתן לבודד מספרים סבירים של cardiomyocytes אנושי קיימא (9-200 תאים / מ"ג) מכמויות מינימליות של רקמה (<50 מ ג). לפיכך, השיטה ישימה על שריר הלב בריא ונכשל הן מלבבות האדם והן מלב בעלי החיים. יתר על כן, ניתן לבודד מיוציטים מרגשים והתכווצות מדגימות רקמות אנושיות המאוחסנים עד 36 שעות בתמיסה קרדיופלגית קרה, מה שהופך את השיטה שימושית במיוחד עבור מעבדות במוסדות ללא ניתוח לב באתר.
טכניקה שסללה את הדרך לתובנות חשובות על פיזיולוגיה cardiomyocyte היא הבידוד של cardiomyocytes חדרי חיים מלבבות שלמים1. cardiomyocytes מבודד יכול לשמש כדי ללמוד מבנה תאי נורמלי ותפקוד, או את ההשלכות של ניסויי vivo; לדוגמה, כדי להעריך שינויים אלקטרופיזיולוגיה תאית או צימוד התכווצות-ריתוך במודלים של בעלי חיים של מחלות לב. בנוסף, cardiomyocytes מבודד יכול לשמש עבור תרבות תאים, התערבויות תרופתיות, העברת גנים, הנדסת רקמות, ויישומים רבים אחרים. לכן, שיטות יעילות לבידוד cardiomyocyte הן בעל ערך בסיסי למחקר לב בסיסי ותרגום.
קרדיומיוציטים מיונקים קטנים, כגון מכרסמים, ומיונקים גדולים יותר, כגון חזירים או כלבים, מבודדים בדרך כלל על ידי תסיסה כלילית של הלב עם פתרונות המכילים קולאזנס גולמי ו/או פרוטאזים. זה תואר כשיטה "תקן זהב" לבידוד cardiomyocyte, וכתוצאה מכך תשואות של עד 70% של תאים קיימא2. הגישה שימשה גם עם לב אנושי, וכתוצאה מכך ניבים cardiomyocyteמקובל 3,,4,5. עם זאת, מכיוון שזמיה כלילית אפשרית רק אם הלב השלם או טריז שריר הלב הגדול המכיל ענף עורק כלילי זמין, רוב דגימות הלב האנושיות אינן מתאימות לגישה זו בשל גודלן הקטן והיעדר כלי דם מתאימים. לכן, הבידוד של קרדיומיוציטים אנושיים הוא מאתגר.
דגימות שריר הלב האנושי מורכבות בעיקר נתחי רקמה בגודל משתנה (כ 0.5 x 0.5 x 0.5 ס"מ עד 2 x 2 ס"מ), שהושגו באמצעות ביופסיות אנדומיוקרדיאליות6, myectomiesמחיצה 7, השתלות VAD8, אומלבבות מושתלים 9. ההליכים הנפוצים ביותר לבידוד cardiomyocyte להתחיל עם טחינה הרקמה באמצעות מספריים או אזמל. מגעים מתא לתא משובשים לאחר מכן על ידי טבילה במאגרי סידן או סידן נמוך. זה מלווה שלבי עיכול מרובים עם תמציות אנזים גולמי או אנזימים מטוהרים כמו פרוטאזים (למשל, שלושה נסיפסין), קולגן, היאלורונידאז, או אלסטאז, וכתוצאה מכך התפוררות של מטריצה חוץ תאית ושחרור של קרדיומיוציטים. בשלב סופי וקריטי, יש לשחזר בזהירות ריכוז סידן פיזיולוגי, או שנגרם נזק תאי בשל פרדוקסהסידן 10,,11,,12. גישת בידוד זו נוחה אך בדרך כלל לא יעילה. לדוגמה, מחקר אחד מצא כי כמעט 1 גרם של רקמת שריר הלב נדרש כדי להשיג מספר מספיק של cardiomyocytes מתאים לניסויים הבאים13. סיבה אפשרית לתשואות נמוכות היא השיטה הקשה יחסית של טחנת הרקמה. זה עלול לגרום נזק במיוחד cardiomyocytes ממוקם בשולי הנתח למרות מיוציטים אלה נוטים ביותר להשתחרר על ידי עיכול אנזימטי.
היבט נוסף שעשוי להשפיע על יעילות הבידוד ואיכות התאים המתקבלים מדגימות אנושיות הוא משך הזמן של איסכמיה של רקמות. רוב הפרוטוקולים מזכירים זמני הובלה קצרים למעבדה כתור מוקדם לתוצאות טובות. זה מגביל את המחקר של קרדיומיוציטים חדריים אנושיים למעבדות עם מתקני ניתוח לב בקרבת מקום. יחד, הגבלות אלה פוגעות באימות ממצאים חשובים ממודלים של בעלי חיים בקרדיומיוציטים אנושיים. פרוטוקולי בידוד משופרים המאפשרים תפוקות קרדיומיוציט גבוהות מכמויות קטנות של רקמות, רצוי ללא נזק רציני לאחר זמני הובלה ממושכים, ולכן רצויים.
מתואר כאן פרוטוקול בידוד המבוסס על העיכול האנזימטי של פרוסות רקמת שריר הלב דקה שנוצר עם vibratome14,15. אנו מוכיחים כי בידוד מפרוסות רקמות הוא הרבה יותר יעיל מזה מחתיכות רקמה טחון עם מספריים. השיטה המתוארת לא רק מאפשרת תפוקה גבוהה של cardiomyocytes אנושי קיימא מכמויות קטנות של רקמת שריר הלב, אלא גם ישימה דגימות המאוחסנות או מועברות בתמיסה קרדיופלגית קרה עד 36 שעות.
כל הניסויים בחולדות אושרו על ידי הוועדה לטיפול בבעלי חיים ושימוש Mittelfranken, בוואריה, גרמניה. איסוף ושימוש בדגימות רקמת לב אנושית אושר על ידי ועדות הביקורת המוסדיות של אוניברסיטת ארנגן-נירנברג ואוניברסיטת רוהר בוכום. מחקרים נערכו על פי הנחיות הצהרת הלסינקי. המטופלים נתנו את הסכמתם הכתובה לפני איסוף רקמות.
חולדות Wistar נקבה (150-200 גרם) הושגו מסחרית, מותאם על ידי הזרקת 100 מ"ג/ק"ג של תיופנטל נתרן תוך-פריצינלי, והמתת חסד על ידי נקע צוואר הרחם ואחריו ניקור חזה וחתך של הלב. דגימות רקמת לב אנושית נאספו מהליבה השמאלית-חדרית במהלך השתלת מכשירי סיוע מכניים, מניתוח מיסטרה של מחיצה, מטטרולוגיה של ניתוח מתקן של פאלוט, או מקיר החדר השמאלי החופשי של לבבות שנשתלו. הפרוטוקול הבא מתאר את הבידוד מרקמות חדר האדם. הבידוד של קרדיומיוציטים חולדה בוצע בהתאם, אבל עם אנזימים שונים (ראה טבלת חומרים). זרימת עבודה סכמטית של הפרוטוקול מאוירת באות 1.
1. הכנת מאגרים, פתרונות ואנזימים
2. אחסון והובלה של רקמת שריר הלב
3. עיבוד וחיתוך של הרקמה
הערה: הפרוטוקול לחיתוך רקמות עוקב פישר ואח'15.
4. עיכול רקמות
5. ניתוב רקמות
6. שיקום ריכוז הסידן הפיזיולוגי
7. הסרת סוכן ניתק מכני
כדי לאמת את יעילות הבידוד, הפרוטוקול שימש עם שריר הלב חולדה ומספר המיוציטים קיימא כתוצאה מכך הושווה למספרים שהושגו על ידי בידוד באמצעות זביה כלילית ועל ידי בידוד מחתיכות רקמות קטנות (בידוד נתחים, איור 2). בידוד נתחים ובידוד מפרוסות רקמות בוצעו מאותם לבבות. לבידוד באמצעות עי...
למרות הבידוד של cardiomyocytes חיים הוקמה לפני יותר מ 40 שנים והוא עדיין תנאי מוקדם עבור גישות ניסיוניות רבות במחקר לב, זה נשאר טכניקה קשה עם תוצאות בלתי צפויות. בידוד Cardiomyocyte באמצעות שאיפה של העורקים הכליליים עם תמיסת אנזים משמש בדרך כלל עבור לבבות של בעלי חיים קטנים ומניב מספר גדול של תאים קיימא. ...
לסופרים אין מה לחשוף.
ברצוננו להודות לאנדראס דנדורפר ממרכז וולטר-ברנדל לרפואה ניסיונית, LMU מינכן, על העזרה בפרוטוקול החיתוך. על מתן דגימות רקמת שריר הלב האנושית ברצוננו להודות Ghazali Minabari וכריסטיאן היים מהמחלקה לכירורגיית לב, בית החולים האוניברסיטאי Erlangen, הנדריק Milting מן אריך & חנה קלסמן מכון, Ruhr-אוניברסיטת בוכום מוהנד Alkassar מהמחלקה לקרדיולוגיה ילדים, בית החולים האוניברסיטאי Erlangen. לתמיכה עם ציתום זרימה ברצוננו להודות סיימון Völkl ועמיתיו ממרכז המחקר תרגום (TRC), בית החולים האוניברסיטאי Erlangen. ברצוננו גם להודות לורנץ מקארגו וסלין גרינינגר מהמכון לפיזיולוגיה תאית ומולקולרית ארנגן על תמיכה טכנית מצוינת.
עבודה זו נתמכה על ידי DZHK (המרכז הגרמני לחקר לב וכלי דם), על ידי המרכז הבינתחומי למחקר קליני (IZKF) בבית החולים האוניברסיטאי של אוניברסיטת Erlangen-Nürnberg, ואוניברסיטת Erlangen-Nürnberg.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Chemicals | |||
2,3-butanedionemonoxime | Carl Roth | 3494.1 | Purity>99% |
Bovine serum albumin | Carl Roth | 163.2 | |
CaCl2 | Carl Roth | 5239.2 | |
Creatine monohydrate | Alfa Aesar | B250009 | |
Glucose | Merck | 50-99-7 | |
HEPES | Carl Roth | 9105.3 | |
KCl | Carl Roth | P017.1 | |
KH2PO4 | Carl Roth | 3904.2 | |
L-glutamic acid | Fluka Biochemica | 49450 | |
Low melting-point agarose | Carl Roth | 6351.5 | |
MgCl2 x 6H2O | Carl Roth | A537.1 | |
MgSO4 | Sigma Aldrich | M-7506 | |
NaCl | Carl Roth | 9265.1 | |
NaHCO3 | Carl Roth | 8551.2 | |
Paraformaldehyde | Sigma Aldrich | P6148 | |
Taurine | Sigma Aldrich | T8691 | |
Dyes | |||
Di-8-ANEPPS | Thermo Fisher Scientific | D3167 | |
Fluo-4 AM | Thermo Fisher Scientific | F14201 | |
FluoVolt | Thermo Fisher Scientific | F10488 | |
Enzymes | |||
Collagenase CLS type I | Worthington | LS004196 | Used for human tissue at 4 mg/mL (activity: 280 U/mg) |
Collagenase CLS type II | Worthington | LS004176 | Used for rat tissue at 1.5 mg/mL (activity 330 U/mg) |
Protease XIV | Sigma Aldrich | P8038 | Used for rat tissue at 0.5 mg/mL (activity ≥ 3.5 U/mg) |
Proteinase XXIV | Sigma Aldrich | P5147 | Used for human tissue at 0.5 mg/mL (activity: 7-14 U/mg) |
Material | |||
Cell analyzer (LSR Fortessa) | BD Bioscience | 649225 | |
Centrifuge tube, 15 mL | Corning | 430790 | |
Centrifuge tube, 50 mL | Corning | 430829 | |
Compact shaker | Edmund Bühler | KS-15 B control | Agitation direction: horizontal |
Disposable plastic pasteur-pipettes | Carl Roth | EA65.1 | For cell trituration use only pipettes with an inner tip diameter ≥2 mm |
Forceps | FST | 11271-30 | |
Heatblock | VWR | BARN88880030 | |
Nylon net filter, 180 µm | Merck | NY8H04700 | |
TC Dish 100, Standard | Sarstedt | 83.3902 | |
TC Dish 35, Standard | Sarstedt | 83.3900 | |
TC Dish 60, Standard | Sarstedt | 83.3901 | |
Vibratome (VT1200S) | Leica | 1491200S001 | Includes VibroCheck for infrared-assisted correction of z-deflection |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved