Method Article
* These authors contributed equally
Bu protokol, 6 gün boyunca fizyolojik koşullar altında kalp dokusunun nasıl dilimlenir ve kültürlenir. Bu kültür sistemi yeni kalp yetmezliği terapötik etkinliğini test etmek için bir platform olarak yanı sıra bir 3D kalp modelinde akut kardiyotoksisite güvenilir test olarak kullanılabilir.
Birçok yeni ilaçlar şu anda mevcut in vitro tahliller ve in vivo hayvan modelleri kötü insan kardiyak yükümlülüklerini tahmin olarak kardiyotoksik yan etkileri nedeniyle klinik çalışmalarda başarısız, ilaç endüstrisi üzerinde multi-milyar dolarlık bir yük poz. Bu nedenle, pahalı ve zaman alıcı 'insan ilk' denemeler üstlenmeden önce ilaç kardiyotoksisite belirlemek için daha iyi yaklaşımlar için dünya çapında karşılanmamış tıbbi ihtiyaç vardır. Şu anda, sadece olgunlaşmamış kalp hücreleri (insan kaynaklı pluripotent kök hücre kaynaklı kardiyomiyositler [hiPSC-CMs]) onlar uzun süre kültürlenebilir tek insan kalp hücreleri olarak terapötik verimlilik ve ilaç toksisitesi test etmek için kullanılır uyuşturucu etkinliğini ve toksisitesini test etmek için gereklidir. Ancak, tek bir hücre tipi birden fazla hücre tipi oluşan karmaşık 3D kalp dokusunun fenotip kopyalayamaz. Daha da önemlisi, ilaçların etkisi yetişkin kardiyomiyositler üzerinde test edilmesi gerekir, hangi farklı özellikleri ve toksisite yanıtları olgunlaşmamış hiPSC-CMs ile karşılaştırıldığında. Bu teknoloji, insan kalp dokusunu taklit eden ve insan miyokardinin fizyolojik veya patolojik koşullarını yansıtan tam bir çok hücreli sisteme erişim sağlar. Son zamanlarda, kültür medya bileşenlerinin optimizasyonu ve kültür koşulları nın 1.2 Hz'de sürekli elektriksel uyarımı ve kültür ortamının aralıklı oksijenletılmasını içermesi ile, yaşanabilirliği koruyan yeni bir kültür sistemi kurulumu geliştirdik. ve kültürde 6 gün boyunca insan ve domuz kalp dilimleri işlevselliği. Mevcut protokolde, domuz kalbini dilimleme ve dilimleme yöntemini örnek olarak ayrıntılı olarak açıklıyoruz. Aynı protokol insan, köpek, koyun veya kedi kalplerinden gelen kültür dilimleri için kullanılır. Bu kültür sistemi preklinik ve klinik test sonuçları arasındaki boşluğu kapatır akut kardiyotoksisite testi için yerinde güçlü bir tahmine sahip insan olma potansiyeline sahiptir.
İlaca bağlı kardiyotoksisite piyasa çekilmesi önemli bir nedenidir1. 20. yüzyılın son on yılında, sekiz non-kardiyovasküler ilaçlar piyasadan çekildi onlar ventriküler aritmiler nedeniyle ani ölümle sonuçlandı2. Buna ek olarak, çeşitli anti-kanser tedavileri (birçok durumda etkili iken) kardiyomiyopati ve aritmiler de dahil olmak üzere çeşitli kardiyotoksik etkilere yol açabilir. Örneğin, hem geleneksel (örneğin, antrasiklinler ve radyasyon) ve hedeflenen (örneğin, trastuzumab) meme kanseri tedavileri hastaların bir alt kümesinde kardiyovasküler komplikasyonlara neden olabilir3. Kardiyologlar ve onkologlar arasında yakın bir işbirliği ("kardiyo-onkoloji" gelişmekte olan alan üzerinden) hastaların etkili bir şekilde tedavi edilebilir sağlanması bu komplikasyonları yönetilebilir hale yardımcı oldu2. Her2 ve PI3K inhibitörleri de dahil olmak üzere yeni ajanların kardiyovasküler etkileri daha az belirgindir, özellikle tedaviler birlikte kullanıldığında. Bu nedenle, insan klinik çalışmalar öncesinde ortaya çıkan anti-kanser tedavileri ile ilişkili kardiyovasküler toksisite için güvenilir preklinik tarama stratejileri için artan bir ihtiyaç vardır. 24 saatten fazla işlevsel ve yapısal olarak uygulanabilir olan insan kalp dokusu için kültür sistemlerinin bulunmaması güvenilir kardiyotoksisite testi için sınırlayıcı bir faktördür. Bu nedenle, ilaç toksisitesi test etmek için fizyolojik koşullar altında insan kalp dokusu kültüriçin güvenilir bir sistem geliştirmek için acil bir ihtiyaç vardır.
Kardiyotoksisite testlerinde insan kaynaklı pluripotent kök hücre kaynaklı kardiyomiyositlerin (hiPSC-CMs) kullanımına yönelik son hamle, bu sorunu çözmek için kısmi bir çözüm sağlamıştır; ancak, hiPSC-CMs olgunlaşmamış doğası ve kalp dokusunun çok hücreli doğası ile karşılaştırıldığında doku bütünlüğünün kaybı bu teknolojinin önemli sınırlamalar vardır4. Yakın tarihli bir çalışma kısmen hidrojeller üzerinde hiPSC-CMs kardiyak dokuların imalatı ve zaman içinde elektriksel stimülasyon kademeli artışa tabi ile bu sınırlama üstesinden gelmiştir5. Ancak, elektromekanik özellikleri yetişkin insan miyokardinde görülen olgunluğa ulaşamadı. Ayrıca, kalp dokusu yapısal olarak daha karmaşıktır, endotel hücreleri de dahil olmak üzere çeşitli hücre tipleri oluşan, nöronlar ve stromal fibroblastlar çeşitli türleri ile birlikte hücre dışı matriks proteinlerinin çok özel bir karışımı ile bağlantılı6. Erişkin memeli kalpte kardiyomiyosit hücre popülasyonu7,8,9 bu heterojenlik tek tek hücre tipleri kullanılarak kalp dokusumodellemesinde önemli bir engeldir. Bu önemli sınırlamalar kalbin fizyolojik ve patolojik koşullarını içeren optimal çalışmalar için bozulmamış kardiyak doku kültürünü sağlamak için yöntemler geliştirmenin önemini vurgulamak5.
Culturing insan kalp dilimleri bozulmamış insan miyokardiyum umut verici bir modeldir. Bu teknoloji, insan miyokardinin fizyolojik veya patolojik koşullarını güvenilir bir şekilde yansıtabilecek insan kalp dokusuna benzeyen tam bir 3Boyutlu çok hücreli sisteme erişim sağlar. Ancak, kullanımı ciddi 2018 10,11,,12kadar bildirilen en sağlam protokolleri kullanarak 24 saat ötesine geçmez kültür, canlılık kısa süre ile sınırlı olmuştur.12 Bu sınırlama, dilimleri kültüre getirmek için hava-sıvı arabiriminin kullanımı ve kardiyak dokunun yüksek enerjik taleplerini desteklemeyen basit bir kültür ortamının kullanımı da dahil olmak üzere birden fazla faktörden kaynaklandı. Biz son zamanlarda sürekli elektrik stimülasyon sağlamak mümkün ve kadar 6 gün13için kardiyak doku dilimleri canlı tutmak için kültür medya bileşenleri optimize bir batık kültür sistemi geliştirdik. Bu kültür sistemi preklinik ve klinik test sonuçları arasındaki boşluğu kapatmak için akut kardiyotoksisite testi için yerinde güçlü bir tahmine sahip insan olma potansiyeline sahiptir. Mevcut makalede, bir örnek olarak bir domuz kalbi kullanarak kalp dilimleri dilimleme ve kültüriçin protokol ayrıntılı vardır. Aynı işlem insan, köpek, koyun veya kedi kalpleri için de uygulanır. Bu protokolle, teknolojiyi bilim camiasındaki diğer laboratuvarlara yaymayı umuyoruz.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Tüm hayvan prosedürleri Louisville Üniversitesi'nin kurumsal yönergelerine uygun olarak ve Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanmıştır.
1. Dilimleme için hazırlık (Dilimlemeden Bir Gün Önce)
2. Domuz Kalp Perfüzyon
3. Domuz Kalp Dokusu Dilimleme
4. Culturing Kalp Dilimleri
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Aynı anda sekiz 6 kuyu plakaları barındırabilir bir ticari hücre kültürü elektrik uyarıcı kullanarak, fizyolojik frekansta elektriksel stimülasyon indükleyerek yetişkin kardiyak ortam taklit (1.2 Hz), ve kültür fonksiyonel domuz kalp dilimleri süresini uzatmak için temel orta bileşenleri için taranmış13. Domuz ve insan kalpleri boyutu ve anatomi15benzer olduğundan, biz domuz kalpleri kullanarak bir biyomimetik kalp dili...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Burada basitleştirilmiş orta iş batışı (48 dilim/cihaza kadar süreçler) akut kardiyotoksisiteyi test etmek için yeterince uzun bir süre domuz kalp dilimleri kültürünü sağlayan yöntem için son zamanlarda yayınlanan yöntemimiz için ayrıntılı video protokolünü açıklıyoruz13. Önerilen koşullar, elektriksel stimülasyon sıklığı, besin kullanılabilirliği ve aralıklı oksijenasyon da dahil olmak üzere kalbin çevresini taklit eder. Biyomimetik uyarılmış kültürü...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
TMAM Tenaya Therapeutics'de hisse senedi sahibidir. Diğer yazarlar çakışma bildirmez.
TMAM NIH hibe P30GM127607 ve Amerikan Kalp Derneği hibe 16SDG29950012 tarafından desteklenir. RB P01HL78825 ve UM1HL113530 tarafından desteklenir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1,000 mL, 0.22 µm, Vacuum Filter/Storage Systems | VWR | 28199-812 | |
| 2,3-Butanedione monoxime (BDM) | Fisher | AC150375000 | |
| 500 mL, 0.22 µm, Vacuum Filter/Storage Systems | VWR | 28199-788 | |
| 6-well C-Dish Cover (electrical-stimulation-plate-cover) | Ion Optix | CLD6WFC | |
| 6-well plates | Fisher | 08-772-1B | |
| Agarose | Bioline USA | BIO-41025 | |
| Antibiotic-Antimycotic | Thermo | 15-240-062 | |
| C-Pace EM (cell-culture-electrical-stimulator) | Ion Optix | CEP100 | |
| Calcium Chloride (CaCl2) | Fisher | C79-500 | |
| Ceramic Blades for Vibrating Microtome | Campden Instruments | 7550-1-C | |
| Cooley Chest Retractor | Millennium Surgical | 63-G5623 | |
| D-Glucose | Fisher | D16-1 | |
| Disposable Scalpel #20 | Biologyproducts.com | DS20X | |
| Falcon Cell Strainers, Sterile, Corning | VWR | 21008-952 | |
| Fetal Bovine Serum | Thermo | A3160502 | |
| Graefe Forceps | Fisher | NC9475675 | |
| Heparin sodium salt | Sigma-Aldrich | H3149-50KU | |
| HEPES | Fisher | BP310-1 | |
| Histoacryl BLUE Tissue glue | Amazon | https://www.amazon.com/HISTOACRYL-FLEXIBLE-1051260P-Aesculap-Adhesive/dp/B074WB5185/ | |
| Iris Spring scissors | Fisher | NC9019530 | |
| Iris Straight Scissors | Fisher | 731210 | |
| Isoflurane, USP | Piramal | NDC 66794-017-25 | |
| ITS Liquid Media Supplement | Sigma-Aldrich | I3146-5ML | |
| Ketamine HCl (500 mg/10 mL) | West-Ward | NDC 0143-9508 | |
| Magnesium Chloride (MgCl2) | Fisher | M33-500 | |
| Mayo SuperCut Surgical Scissors | AROSurgical Instruments Corporation | AROSuperCut™ 07.164.17 | |
| Medium 199, Earle's Salts | Thermo | 11-150-059 | |
| Oxygen regulator | Praxair | ||
| Oxygen tanks - | Praxair | ||
| Plastic Pasteur pipettes | Fisher | 13-711-48 | |
| Potassium Chloride (KCl) | Fisher | AC193780010 | |
| Printer Timing Belt | Amazon | https://www.amazon.com/Uxcell-a14081200ux0042-PRINTER-Precision-Timing/dp/B00R1J3KDC/ | |
| Razor rectangle blades | Fisher | 12-640 | |
| Recombinant Human FGF basic | R&D Systems | 233-FB-025/CF | |
| Recombinant Human VEGF | R&D Systems | 293-VE-010/CF | |
| Retractable scalpels | Fisher | 22-079-716 | |
| Sodium Bicarbonate (NaHCO3) | Fisher | AC217125000 | |
| Sodium Chloride (NaCl) | Fisher | AC327300010 | |
| Vibrating Microtome | Campden Instruments | 7000 SMZ-2 | |
| Xylazine HCl (100 mg/mL) | Heartland Veterinary Supply | NADA 139-236 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission