Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Burada özellikle ventriküler benzeri indüklenmiş pluripotent kök hücre kaynaklı cardiomyocytes içinde optik görüntü Aksiyon potansiyelleri, bir yöntem mevcut. Bu yöntem bir voltaj duyarlı floresan protein organizatörü tahrik ifade üzerinde dayanır.
İnsan indüklenmiş pluripotent kök hücrelerden (IPSC-CMs) oluşturulan Cardiomyocytes kardiyovasküler araştırmalarında ortaya çıkan bir araçlardır. Hücreleri homojen bir nüfusa olmak yerine, geçerli farklılaşma iletişim kuralları tarafından oluşturulan IPSC CMs ventrikül hücrelerle karışımı temsil eder-, atriyal-ve fenotipik analizlerini zorlaştırmaktadır nodal benzeri fenotipleri. Burada, ventrikül benzeri IPSC-CMs özellikle optik kayıt Aksiyon potansiyelleri için bir yöntem sunulur. Bu bir genetik olarak kodlanmış voltaj göstergesi ventrikül özgü organizatörü öğe kontrolü altında olduğu bir yapı ile lentiviral iletim tarafından sağlanır. Ne zaman IPSC-CMs sahip bu yapı transduced, Gerilim Algılayıcısı hızlandırılmış floresans mikroskobu kullanarak alt türü özel optik membran potansiyeli kayıtları etkinleştirme sadece ventrikül benzeri hücrelerde, ifade edilir.
İndüklenmiş pluripotent kök hücrelerden (iPSCs) elde edilen Cardiomyocytes (CMs) olumsuz kalp ilaç etkileri1,2 kalp hastalığı yeni tedaviler, araştırmak için ve ekran için moleküler mekanizmaları incelemek için gelişmekte olan bir araçlardır ,3. En başından beri channelopathies gibi Aritmojenik hastalıklar bu araştırma alanı4önemli bir odak noktası olmuştur. Sonuç olarak, CMs, elektrik fenotipleri aritmiler veya Aksiyon potansiyeli (AP) türleri morfoloji, değişimler gibi araştırmak için bu teknolojiyi kalbinde yöntemlerdir.
Bir önemli dikkate IPSC-CMs uygulamada geçerli kardiyak farklılaşma protokolleri hücreleri homojen bir nüfusa neden olur. Bunun yerine, onlar, daha doğrusu sinüs düğümü, atriyal, andıran hücreler ve olgunlaşma5,6,7,8farklı düzeylerde ventrikül CMs bir karışımıdır. Bu heterojenlik ilgili bir kaynak olabilir deneysel değişkenliği, özellikle AP süresi (APD) gibi parametreleri incelenmiştir, hangi özünde farklı CM alt türleri arasında (Örneğin, APD içinde daha kısa ventrikül CMS atriyal). Bu sorunu çözmek için geleneksel yaklaşım tek IPSC-CMs yama kelepçe yöntemi kullanarak araştırmak için ise her hücre nodal olarak sınıflandırmak için-, atriyal-, veya ventriküler benzeri, onun AP morfoloji9dayalı. Daha sonraki herhangi bir analiz sonra CM alt faiz türünü temsil eden hücrelere kısıtlanabilir. Bu stratejinin önemli dezavantajı onun sınırlı performans ve ölçeklenebilirlik eksikliği var. Ayrıca, yama kelepçe Elektrofizyoloji invaziv doğası aynı hücreleri görüntüleme uzun süreler boyunca sırayla izin vermez.
Burada, biz optik APs IPSC-CMs belirli alt görüntü için geliştirilmiş bir yöntem10 deneysel ayrıntılar sağlar. Bu alt tür heterojenite sorununun üstesinden gelir ve daha fazla işlem hacmi IPSC-CMs genetik varyantların taşıyan veya maruz farmakolojik ajanlar olmak hızlı fenotipleme izin geleneksel yöntemlerle karşılaştırıldığında önemli ölçüde artırır.
Alt tür özel optik görüntüleme yaklaşım genel bakış
Depolarizasyon ve hücre zarının repolarization floresans özelliklerini değiştirmek, bir genetik olarak kodlanmış voltaj göstergesi (GEVI), optik görüntü değişiklikleri membran potansiyeli CMS için kullanılır. Burada uygulanan GEVI gerilim algılamalı floresan VSFP-CR11çifti bir yeşil (Yonca) ve kırmızı (mRuby2) Floresan protein (Şekil 1A) erimiş bir gerilim algılamalı transmembran etki alanı oluşur, proteindir. İki fluorophores yakın yakınlığı nedeniyle, bir kısmını kırmızı floresan protein üzerinden için Förster rezonans enerji transferi (FRET) aktarılan uyarma enerji yeşil flüoresan protein uyarma sonuçlanır. Bu nedenle, salma yeşil ve kırmızı floresan proteinler (Şekil 1A, üst panel) uyarma yeşil flüoresan protein sonuçlanır. Hücre depolarizes, Gerilim Algılayıcısı bir yapısal yeniden FRET verimliliği arttırma iki floresan protein bir hale gelmesini çeviren oluşur. Böylece, daha uyarma enerji yeşil kırmızı floresan protein için (Şekil 1A, alt panel) aktarılır. Sonuç olarak, depolarized hücrede yeşil floresans emisyon dimmer ise kırmızı floresans emisyon hücre membran potansiyeli (Şekil 1B) dinlenme, daha parlak.
Şekil 1: membran VSFP-iade ile potansiyel optik görüntüleme VSFP-CR gösterilir voltaj duyarlı floresan protein eylem tasvir eden (A) A şematik. Hücre zarının depolarizasyon gerilim algılamalı transmembran etki alanındaki yapısal yeniden yeşil (GFP) ve kırmızı (RFP) Floresan protein, intramolecular Förster verimliliğini artırma hale gelmesini çevirir. rezonans enerji transferi (FRET). (B) emisyon spectra, GFP istirahat membran potansiyeli (üst paneli) hücreleri ve depolarized hücreleri (alt paneli) uyarma üzerine bir VSFP tasvir edilmektedir. Spektral değişiklik depolarizasyon üzerine netlik için abartılı olduğunu. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Kırmızı ve yeşil floresans emisyon ayıran ve onları iki bitişik alanları projeleri bir resim splitter ile donatılmış bir floresan mikroskop kullanarak potansiyel membran dalgalanmaları yansıtma FRET verimliliği değişimler görüntüsü bir sCMOS kamera (Şekil 2) çip. Bu kurulum ile iki farklı dalga boyu bantları, floresans emisyon aynı anda, her zaman hata bir dizi suretinde potansiyel membran yansıtacak şekilde kırmızı yeşil floresans oranında hesaplanması sağlayan kaydedilebilir.
Şekil 2: görüntüleme sisteminin yapılandırmasını. Görüntüleme sistemi, asıl bileşenleri yüksek zamansal çözünürlükte membran olası değişiklikleri yansıtması voltaj duyarlı floresan protein spektral değişiklikleri tasvir edilir görüntü için kullanılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
VSFP-CR CMS ifade lentiviral iletim tarafından sağlanır. CM alt türü ifade ilgi yönlendirmek için özellikle transkripsiyon ventrikül benzeri IPSC-CMs10sürücüler bir organizatörü öğesi ( MLC2v artırıcı) lentivirus içeriyor. Ne zaman bir karışımı atriyal benzeri, nodal benzeri ve ventrikül benzeri hücre temsil IPSC-CMs ile bu lentivirus transduced, VSFP-CR sadece ventrikül benzeri hücrelerde ifade edilir. Optik Aksiyon potansiyeli görüntüleme bu floresan sensörüne bağlı olduğundan, kaydedilen Aksiyon potansiyelleri sadece CM alt faiz (Şekil 3) türünü temsil eder.
Şekil 3: organizatörü tahrik VSFP ifade alt türü özel membran potansiyeli görüntüleme için. (bir) cardiomyocyte alt türü özel optik Aksiyon potansiyeli kayıtları nasıl elde bu şematik gösterir. (b) IPSC-CMs ventrikül özgü MLC2v artırıcı kontrol altında bir VSFP ile enfekte gösterilir. Gerilim Algılayıcısı ifade sadece ventrikül benzeri CMs GFP kanal (sol panelde) olarak görülmektedir. Faz kontrast (orta Masası) ve Bindirme görüntüsünü (doğru kapı aynası) de temin edilmektedir. Beyaz noktalı çizgiler hücre sınırları işaretleyin. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. hazırlanması IPSC kaynaklı Cardiomyocytes görüntüleme
Not: Yöntem IPSC kültür ve kardiyak farklılaşması için12,13,14 önce yayınlandı ve burada ayrıntılı olarak ele değil. Arıtma IPSC-CMS manuel mikrodiseksiyon, manyetik hücre ayırma veya laktat seçim tarafından kullanılan farklılaşma iletişim kuralı bağlı olarak tavsiye edilir. Aşağıdaki iletişim kuralı için oluşturulan alanları, dayak üzerinden microdissected explants monolayer farklılaşma Protokolü13kullanarak, kardiyak ayırt etme günü 15 ve fibronektin kaplı plakalar üzerinde 30 güne kadar açıklandığı gibi kültürlü 10' dan önce.
2. optik membran potansiyeli kayıtları
3. analiz
> Not: (Bu genellikle kamera veya görüntüleme sistemi bütün floresans üreticisi tarafından sağlanan bir özel mülk yazılım paketi), kullanılan görüntüleme yazılımı üzerinde bağlı olarak kısmen alınan görüntülerin çözümlemeler, hatta mümkün olabilir tamamen bu yazılım paketinin içinde. Ancak, burada bir iş akışını ile gerçekleştirilen görüntü analizi ve açık kaynak yazılım (yani, görüntü analiz platformu ImageJ) elverişli bir konuma sahip gibi Fiji17ve R paket için bir dağıtım kullanılarak yüklenebilir16, istatistiksel bilgi işlem18 açıklanır. Kısaca, hücreleri veya arka plan gösteren faiz (ROIs) bölgelerinde ImageJ içinde çekilir ve zaman içinde bu ROIs içinde floresans demek o zaman, daha fazla R veya alternatif olarak, elektronik tablo yazılımı ile analiz edilecek bir dosyaya dışa aktarılır.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Şekil 4a, bir temsilcisi tek IPSC CM RFP (sol taraf) ve GFP (sağ tarafta) kanal görüntüleme analizi sırasında çizilmiş yatırım getirisi işaretleme beyaz noktalı çizgilerle resmedilmiş. RFP kanal sinyalini her aksiyon potansiyeli sırasında (Şekil 4b, üst panel) Floresan yoğunluğu düzenli bir artış gösterir. Giriş bölümünde açıklandığı gibi bu zarda potansiyel (Şekil 1
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Burada açıklanan yöntemi APs optik bir kayıt belirli alt türü (yani, ventrikül benzeri hücreler) CMs insan iPSCs oluşturulan üzerinden sağlar. İnsan IPSC-CMs büyük çeşitli biyolojik ve tıbbi sorunları çözmek için ortaya çıkan bir araç, ve farklılaşma farklı CM alt türlerinden için deneysel değişkenlik önemli bir kaynağıdır. Belirli organizatörü öğeleri kullanarak, bir GEVI ifade özellikle optik yansıma sonra alt faiz, türünü temsil eden CMs içinde elde edilir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarlar ifşa gerek yok.
Bu eser Alman Araştırma Vakfı (Si 1747/1-1), başka Kröner-Fresenius-Stiftung ve Deutsche Stiftung für Herzforschung gelen hibe tarafından desteklenmiştir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
ß-Mercaptoethanol | Invitrogen | 21985023 | |
DMEM-F12 Medium | Invitrogen | 21331046 | |
FBS (Fetal Bovine Serum) | Invitrogen | 16141079 | |
MEM Non-Essential Amino Acids | Invitrogen | 11140050 | |
GlutaMax-I Supplement | Invitrogen | 35050061 | alternative L-Glutamine |
Penicillin-Streptomycin | Invitrogen | 15140122 | |
Fibronectin bovine plasma | Sigma-Aldrich | F1141 | |
Collagenase type II | Worthington Biochem | LS004174 | |
Hexadimethrine Bromide (Polybrene) | Sigma-Aldrich | H9268 | enhancing lentiviral infection |
3.5 cm glass-bottom microdishes | MatTek corporation, Ashland, MA, USA | P35G-1.5-14-C | |
Microscope stand | Leica Microsystems, Wetzlar, Germany | DMI6000B | |
Microscope objective | Leica Microsystems, Wetzlar, Germany | HCX PL APO 63X/1.4-0.6 Oil | |
sCMOS camera | Andor Technology, Belfast, UK | Zyla V | |
Microscope filter cube: excitation filter | Chroma Technology Corp, Bellows Falls, VT, USA | ET480/40X | bandpass 480/40 |
Microscope filter cube: dichroic mirror | Chroma Technology Corp, Bellows Falls, VT, USA | T505lpxr | longpass 505 nm |
Image splitter | Cairn Research, Faversham, UK | OptoSplit II | |
Image splitter filter cube: dichroic mirror | AHF Analysentechnik GmbH, Tübigen, Germany | 568LPXR | longpass 568 nm |
Image splitter filter cube: emission filter 1 (GFP emission) | AHF Analysentechnik GmbH, Tübigen, Germany | 520/28 BrightLine HC | bandpass 520/28 nm |
Image splitter filter cube: emission filter 2 (RFP emission) | AHF Analysentechnik GmbH, Tübigen, Germany | 630/75 ET Bandpass | bandpass 630/75 nm |
Pacing inset | Warner Instruments, Hamden, CT, USA | RC-37FS |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır