Name: preclinical cardiac electrophysiology assessment by dual voltage and calcium optical mapping of human organotypic cardiac slices
Uploaded: 2020-06-16T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preclinical Cardiac Electrophysiology Assessment by Dual Voltage and Calcium Optical Mapping of Human Organotypic Cardiac Slices at JoVE.com

التمويل من قبل المعاهد القومية للصحة (المنح R21 EB023106، R44 HL139248، وR01 HL126802)، من قبل مؤسسة Leducq (مشروع الإيقاع) وجمعية القلب الأمريكية زمالة ما بعد الدكتوراه (19POST34370122) هي المعترف بها بامتنان.

وقد تم تنفيذ جميع الأساليب الموصوفة وفقا لجميع المبادئ التوجيهية المؤسسية والوطنية والدولية المتعلقة برفاه الإنسان. تمت الموافقة على البحوث من قبل مجلس مراجعة المؤسسات (IRB) في جامعة جورج واشنطن.
ملاحظة: تم الحصول على قلوب بشرية مانحة من مجتمع واشنطن الإقليمي لزرع الأعضاء ك?...

<ol>
	<li>Ericsson, A. C., Crim, M. J., Franklin, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+brief+history+of+animal+modeling.">A brief history of animal modeling.</a> Missouri Medicine. 110 (3), 201-205 (2013).</li><li>Choudhary, A., Ibdah, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+in+today's+translational+medicine+world.">Animal models in today's translational medicine world.</a> Missouri Medicine. 110 (3), 220-222 (2013).</li><li>Perlman, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouse+models+of+human+disease:+An+evolutionary+perspective.">Mouse models of human disease: An evolutionary perspective.</a> Evolution, Medicine, and Public Health. 2016 (1), 170-176 (2016).</li><li>Milani-Nejad, N., Janssen, P. M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+and+large+animal+models+in+cardiac+contraction+research:+advantages+and+disadvantages.">Small and large animal models in cardiac contraction research: advantages and disadvantages.</a> Pharmacology &amp; Therapeutics. 141 (3), 235-249 (2014).</li><li>Green, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Why+do+neuroprotective+drugs+that+are+so+promising+in+animals+fail+in+the+clinic?+An+industry+perspective.">Why do neuroprotective drugs that are so promising in animals fail in the clinic? An industry perspective.</a> Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology. 29 (11), 1030-1034 (2002).</li><li>Shinnawi, R., Gepstein, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=iPCS+cell+modeling+of+inherited+cardiac+arrhythmias.">iPCS cell modeling of inherited cardiac arrhythmias.</a> Current Treatment Options in Cardiovascular Medicine. 16 (9), 331 (2014).</li><li>Morimoto, Y., Mori, S., Sakai, F., Takeuchi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+induced+pluripotent+stem+cell-derived+fiber-shaped+cardiac+tissue+on+a+chip.">Human induced pluripotent stem cell-derived fiber-shaped cardiac tissue on a chip.</a> Lab on a Chip. 16 (12), 2295-2301 (2016).</li><li>Wang, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+the+mitochondrial+cardiomyopathy+of+Barth+syndrome+with+induced+pluripotent+stem+cell+and+heart-on-chip+technologies.">Modeling the mitochondrial cardiomyopathy of Barth syndrome with induced pluripotent stem cell and heart-on-chip technologies.</a> Nature Medicine. 20 (6), 616-623 (2014).</li><li>Ben-Ari, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developmental+changes+in+electrophysiological+characteristics+of+human-induced+pluripotent+stem+cell-derived+cardiomyocytes.">Developmental changes in electrophysiological characteristics of human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes.</a> Heart Rhythm. 13 (12), 2379-2387 (2016).</li><li>Goversen, B., van der Heyden, M. A. G., van Veen, T. A. B., de Boer, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+immature+electrophysiological+phenotype+of+iPSC-CMs+still+hampers+in+vitro+drug+screening:+Special+focus+on+IK1.">The immature electrophysiological phenotype of iPSC-CMs still hampers in vitro drug screening: Special focus on IK1.</a> Pharmacology &amp; Therapeutics. 183, 127-136 (2018).</li><li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dedifferentiation+and+proliferation+of+mammalian+cardiomyocytes.">Dedifferentiation and proliferation of mammalian cardiomyocytes.</a> PloS One. 5 (9), 12559 (2010).</li><li>Watson, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimetic+electromechanical+stimulation+to+maintain+adult+myocardial+slices+in+vitro.">Biomimetic electromechanical stimulation to maintain adult myocardial slices in vitro.</a> Nature Communications. 10, 2168 (2019).</li><li>Fischer, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+functional+and+structural+preservation+of+precision-cut+human+myocardium+under+continuous+electromechanical+stimulation+in+vitro.">Long-term functional and structural preservation of precision-cut human myocardium under continuous electromechanical stimulation in vitro.</a> Nature Communications. 10, 117 (2019).</li><li>Ou, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+Biomimetic+Culture+System+for+Pig+and+Human+Heart+Slices.">Physiological Biomimetic Culture System for Pig and Human Heart Slices.</a> Circulation Research. 125 (6), 628-642 (2019).</li><li>Qiao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiparametric+slice+culture+platform+for+the+investigation+of+human+cardiac+tissue+physiology.">Multiparametric slice culture platform for the investigation of human cardiac tissue physiology.</a> Progress in Biophysics and Molecular Biology 2. 144, 139-150 (2019).</li><li>Kang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+Organotypic+Cultured+Cardiac+Slices:+New+Platform+For+High+Throughput+Preclinical+Human+Trials.">Human Organotypic Cultured Cardiac Slices: New Platform For High Throughput Preclinical Human Trials.</a> Scientific Reports. 6, 28798 (2016).</li><li>Camelliti, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adult+human+heart+slices+are+a+multicellular+system+suitable+for+electrophysiological+and+pharmacological+studies.">Adult human heart slices are a multicellular system suitable for electrophysiological and pharmacological studies.</a> Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 51 (3), 390-398 (2011).</li><li>Brandenburger, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organotypic+slice+culture+from+human+adult+ventricular+myocardium.">Organotypic slice culture from human adult ventricular myocardium.</a> Cardiovascular Research. 93 (1), 50-59 (2012).</li><li>Watson, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+viable+adult+ventricular+myocardial+slices+from+large+and+small+mammals.">Preparation of viable adult ventricular myocardial slices from large and small mammals.</a> Nature Protocols. 12 (12), 2623-2639 (2017).</li><li>Halbach, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ventricular+slices+of+adult+mouse+hearts+-+A+new+multicellular+in+vitro+model+for+electrophysiological+studies.">Ventricular slices of adult mouse hearts - A new multicellular in vitro model for electrophysiological studies.</a> Cellular Physiology and Biochemistry. 18 (1-3), 1-8 (2006).</li><li>Wang, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+tissue+slices:+preparation,+handling,+and+successful+optical+mapping.">Cardiac tissue slices: preparation, handling, and successful optical mapping.</a> American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 308 (9), 1112-1125 (2015).</li><li>Bussek, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+tissue+slices+with+prolonged+survival+for+in+vitro+drug+safety+screening.">Cardiac tissue slices with prolonged survival for in vitro drug safety screening.</a> Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 66 (2), 145-151 (2012).</li><li>Watson, S. A., Terracciano, C. M., Perbellini, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myocardial+Slices:+an+Intermediate+Complexity+Platform+for+Translational+Cardiovascular+Research.">Myocardial Slices: an Intermediate Complexity Platform for Translational Cardiovascular Research.</a> Cardiovascular Drugs and Therapy. 33 (2), 239-244 (2019).</li><li>Rouwkema, J., Koopman, B. F. J. M., Blitterswijk, C. A. V., Dhert, W. J. A., Malda, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supply+of+nutrients+to+cells+in+engineered+tissues.">Supply of nutrients to cells in engineered tissues.</a> Biotechnology and Genetic Engineering Reviews. 26 (1), 163-178 (2009).</li><li>Lang, D., Sulkin, M., Lou, Q., Efimov, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+mapping+of+action+potentials+and+calcium+transients+in+the+mouse+heart.">Optical mapping of action potentials and calcium transients in the mouse heart.</a> Journal of Visualized Experiments. (55), e3275 (2011).</li><li>Brianna, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Open-Source+Multiparametric+Optocardiography.">Open-Source Multiparametric Optocardiography.</a> Scientific Reports. 9, 721 (2019).</li><li>George, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulating+cardiac+conduction+during+metabolic+ischemia+with+perfusate+sodium+and+calcium+in+guinea+pig+hearts.">Modulating cardiac conduction during metabolic ischemia with perfusate sodium and calcium in guinea pig hearts.</a> American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. 316 (4), 849-861 (2019).</li><li>Kawara, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+delay+after+premature+stimulation+in+chronically+diseased+human+myocardium+relates+to+the+architecture+of+interstitial+fibrosis.">Activation delay after premature stimulation in chronically diseased human myocardium relates to the architecture of interstitial fibrosis.</a> Circulation. 104 (25), 3069-3075 (2001).</li><li>Qu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Action+potential+recording+and+pro-arrhythmia+risk+analysis+in+human+ventricular+trabeculae.">Action potential recording and pro-arrhythmia risk analysis in human ventricular trabeculae.</a> Frontiers in Physiology. 5 (8), 1109 (2018).</li><li>Franz, M. R., Swerdlow, C. D., Liem, L. B., Schaefer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cycle+length+dependence+of+human+action+potential+duration+in+vivo.+Effects+of+single+extrastimuli,+sudden+sustained+rate+acceleration+and+deceleration,+and+different+steady-state+frequencies.">Cycle length dependence of human action potential duration in vivo. Effects of single extrastimuli, sudden sustained rate acceleration and deceleration, and different steady-state frequencies.</a> Journal of Clinical Investigation. 82 (3), 972-979 (1988).</li><li>Lou, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transmural+heterogeneity+and+remodeling+of+ventricular+excitation-+contraction+coupling+in+human+heart+failure.">Transmural heterogeneity and remodeling of ventricular excitation- contraction coupling in human heart failure.</a> Circulation. 123 (17), 1881-1890 (2011).</li></ol>

هنا، ونحن نقدم خطوة بخطوة أساليب للحصول على شرائح القلب قابلة للحياة من القلب العضوب العضوبوق البشرية وتوصيف وظيفيا شرائح باستخدام رسم الخرائط البصرية المزدوجة من إمكانات عبر مومبيبرين والكالسيوم داخل الخلايا. مع الحفاظ على البيئة خارج الخلية والخلايا الأصلية اقتران الخلية، يمكن استخد...

وقد كانت النماذج الحيوانية أداة قيمة تستخدم لفهم الآليات الكامنة في علم وظائف الأعضاء البشرية والفيزيولوجيا المرضية، فضلا عن منصة للاختبار الأولي للعلاجات لعلاج الأمراض المختلفة1. وقد اتخذت خطوات كبيرة في مجال البحوث الطبية الحيوية استنادا إلى هذه الدراسات الحيوانية2. ومع ذلك، توجد اختلافات كبيرة بين الأنواع بين علم وظائف الأعضاء البشرية والحيوانية، بما في ذلك الفئران والجرذان والخنازير الغينية والأرانب والأغنام والخنازير والكلاب3،4. ونتيجة لذلك، كان هناك العديد من الأدوية، الجينات، والعلاجات الخلية التي أظهرت الوعد خلال مرحلة اختبار الحيوانات ولكن فشلت في الارتقاء إلى مستوى النتائج في التجارب السريرية5. ولسد هذه الفجوة، تم تطوير الخلايا القلبية المعزولة والخلايا الجذعية متعددة القدرات التي يسببها الإنسان (iPSCs) كنماذج لاختبار استجابة علم وظائف الأعضاء البشرية لمختلف الأدوية والأمراض6. وقد استخدمت الخلايا الجذعية المشتقة cardiomyocytes على نطاق واسع في الجهاز على رقاقة النظم كبديل للقلب6,7,8. ومع ذلك، فإن فائدة القلب القلبي المشتق من iPSC (iPSC-CMs) تعوقها نوعها الظاهري غير الناضج نسبيًا وعدم تمثيل السكان الفرعيين في القلب و القلب؛ عضلة القلب ناضجة عبارة عن بنية معقدة تتألف من عدة أنواع الخلايا المتعايشة مثل الخلايا الليفية، والخلايا العصبية، الضامة، والخلايا البطانية. من ناحية أخرى ، تكون الخلايا القلبية البشرية المعزولة ناضجة كهربائيًا ، ويمكن الحصول على التشكيلات الفرعية القلبية المختلفة عن طريق تغيير معلمات الاستزراع9. لا يزال، هذه myocytes عموما عرض العمل المحتملة morphologies بسبب عدم وجود اقتران الخلية الخلية، سريع دي التمايز، وحدوث سلوك proarrhythmic في المختبر10،11. تم معالجة بعض القيود من قبل نماذج ثقافة الخلايا ثلاثية الأبعاد من iPSC-CMs و myocytes القلبية. هذه النماذج، التي تشمل spheroids، سقالة هيدروجيل مغلفة الثقافات 3D، أنسجة القلب المهندسة (EHTs)، وأنظمة القلب على رقاقة، واستخدام مجموعات الخلايا القلبية متعددة مثل خلايا القلب، الخلايا الليفية، والخلايا البطانية. إما أنها ذاتية التجمع أو التجمع على طول سقالة لتشكيل هياكل 3D، وبعض حتى إعادة إنتاج الطبيعة المعقدة أنيسروبيك من عضلة القلب. وقد تم الإبلاغ عن هذه النماذج أن يكون خلايا من الأنماط الظاهرية ناضجة، وخصائص انقباضية، وملامح الجزيئية مماثلة للأنسجة القلب. كما يسمح نظام القلب على رقاقة بدراسة الآثار النظامية في اختبار المخدرات ونماذج الأمراض. ومع ذلك، في النماذج المستندة إلى الخلايا في المختبر تفتقر إلى مصفوفة خارج الخلية الأصلي وبالتالي لا يمكن تقليد بدقة الجهاز مستوى الفيزيولوجيا الكهربائية. شرائح القلب البشري، على النقيض من ذلك، لديها مصفوفة خارج الخلية سليمة والمخالط الأصلية من الخلايا إلى الخلية، مما يجعلها مفيدة لمزيد من التدقيق في فحص خصائص عدم انتظام ضربات القلب البشرية.
وقد طور الباحثون شرائح الجهاز القلبي البشري كمنصة قبل كلينية فسيولوجية لاختبار الأدوية الحادة والمزمنة ودراسة الفيزيولوجيا الكهربائية القلبية وتطور أمراض القلب12,13,14,15,16,17,18,19. بالمقارنة مع الخلايا القلبية المشتقة من iPSC ، فإن شرائح القلب البشرية تكرر بأمانة أكبر أمراض القلب البشرية البالغة مع النمط الظاهري للقلب الناضج. بالمقارنة مع خلايا القلب البشرية المعزولة، شرائح القلب المعرض فترات العمل الفسيولوجية المحتملة بسبب اقتران الخلايا المحفوظة جيدا والوجود الجوهري لبيئاتهم داخل وخارج الخلية الأصلية.
يصف هذا البروتوكول عملية توليد شرائح القلب البشرية من قلوب المتبرعين بالكامل، وأداء دراسات حادة (أي ساعات طويلة) ومزمنة (أي أيام) لاختبار بارامترات الفيزيولوجيا الكهربائية القلبية عن طريق رسم الخرائط البصرية. في حين أن هذا البروتوكول يصف فقط استخدام أنسجة البطين الأيسر (LV) ، فقد تم تطبيقه بنجاح على مناطق أخرى من القلب وكذلك أنواع أخرى مثل الفئران والجرذان والخنازير الغينيةوالخنازير 14،20،21،22. يستخدم مختبرنا قلوب المتبرعين البشريين بالكامل التي تم رفضها للزرع على مدى السنوات الخمس الماضية ، ولكن من الممكن تنفيذ هذه الإجراءات نفسها على أي أنسجة عينة قلب متبرع تم الحصول عليها بوسائل بديلة (على سبيل المثال ، جهاز المساعدة البطيني الأيسر [LVAD] زرع ، خزعات ، استئصالات myectomies) طالما أن الأنسجة لديها القدرة على أن تكون مقطعة إلى مكعبات. يستخدم رسم الخرائط البصرية للتحليل في هذه الدراسة نظرا لقدرته على رسم خريطة في وقت واحد إمكانات العمل البصري والكالسيوم العابرين مع ارتفاع المكانية (100 × 100 بكسل) والزمانية (> 1000 إطار / ق) القرار. ويمكن أيضاً استخدام طرق بديلة، مثل صفيفات multielectrode (الاتفاقات المتعددة الأعراق) أو ميكروليكتروديس، ولكن هذه التقنيات محدودة بسبب دقة مكانيتها المنخفضة نسبياً. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم الاتفاقات MEA للاستخدام مع الثقافات الخلية، ويتم إدارة microelectrodes حادة أكثر سهولة للاستخدام مع قلوب كاملة أو أسافين الأنسجة الكبيرة.
الهدف من هذه المادة هو تمكين المزيد من الباحثين من استخدام أنسجة القلب البشرية لدراسات الفيزيولوجيا الكهربائية القلبية. وتجدر الإشارة إلى أن التكنولوجيا المذكورة في هذه المقالة بسيطة نسبيا ومفيدة للدراسات قصيرة الأجل (على سبيل ترتيب عدة ساعات إلى أيام). وقد نوقشت الثقافة الحيوية الفسيولوجية أكثر للدراسات على المدى الطويل (على ترتيب أسابيع) ووصفها عدد من الدراسات الأخرى12,18,23. التحفيز الكهربائي، والتحميل الميكانيكي، وتمتد الأنسجة هي آليات تكييف مفيدة التي يمكن أن تساعد على الحد من بداية في الأنسجة في المختبر إعادة عرض12،18،23.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1mL BD Syringe</td>
			<td>Thomas Scientific</td>
			<td>309597</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2,3-butanedione monoxime</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>B0753</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6 well culture plates</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3516</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biosafety cabinet</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>1377</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blebbistatin</td>
			<td>Cayman</td>
			<td>13186</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bubble Trap</td>
			<td>Radnoti</td>
			<td>130149</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C1016</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning Cell Strainers</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>07-201-432</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Di-4-ANEPPS</td>
			<td>Biotium</td>
			<td></td>
			<td>stock solution at 1.25 mg/mL in DMSO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D2650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #3c Forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11231-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Emission dichroic mirror</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>T630LPXR-UF1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Emission filter (RH237)</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>ET690/50m</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Emission Filter (Rhod2AM)</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>ET590/33m</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excitation dichroic mirror</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>T550LPXR-UF1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excitation Filter</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>ET500/40x</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon 50mL Conical Centrifuge Tubes</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-959-49A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G8270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heat exchanger</td>
			<td>Radnoti</td>
			<td>158821</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H3375</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubator</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>50145502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin Transferrin Selenium (ITS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I3146</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED excitation light source</td>
			<td>Prizmatix</td>
			<td>UHP-Mic-LED-520</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnessium chloride hexahydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M9272</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medium 199</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>11150059</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micam Ultima L type CMOS camera</td>
			<td>Scimedia</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Minutien Pins</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>26002-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pennicillin-Streptomycin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P4333</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peristaltic Pump</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>EW-07522-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Platinum pacing wire</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>43275</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pluronic F127</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>P6867</td>
			<td>nonionic, surfactant polyol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P3911</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Powerlab data acquisition and stimulator</td>
			<td>AD Instruments</td>
			<td>Powerlab 4/26</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RH237</td>
			<td>Biotium</td>
			<td>61018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhod2AM</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>R1245MP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhod-2AM</td>
			<td>Invitrogen, Carlsbad, CA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S6014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S9625</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterilizer, dry bead</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z378550</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stone Oxygen Diffuser</td>
			<td>Waterwood</td>
			<td>B00O0NUVM0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TissueSeal - Histoacryl Topical Skin Adhesive</td>
			<td>gobiomed</td>
			<td>AESCULAP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UltraPure Low Melting Point Agarose</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>16520100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasound sonicator</td>
			<td></td>
			<td>Branson 1800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vibratome</td>
			<td>Campden Instruments</td>
			<td>7000 smz</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preclinical cardiac electrophysiology assessment by dual voltage and calcium optical mapping of human organotypic cardiac slices

وقد تم مؤخرا تطوير الاستعدادات شريحة القلب الإنسان كمنصة لدراسات علم وظائف الأعضاء البشرية واختبار العلاج لسد الفجوة بين التجارب الحيوانية والسريرية. وقد استخدمت العديد من نماذج الحيوانات والخلايا لدراسة آثار المخدرات، ولكن هذه الاستجابات غالبا ما تختلف في البشر. تقدم شرائح القلب البشرية ميزة لاختبار المخدرات من حيث أنها مشتقة مباشرة من قلوب الإنسان قابلة للحياة. بالإضافة إلى الحفاظ على هياكل متعددة الخلايا، اقتران الخلايا الخلية، وبيئات مصفوفة خارج الخلية، يمكن استخدام شرائح الأنسجة القلبية البشرية لاختبار مباشر تأثير الأدوية التي لا تعد ولا تحصى على وظائف الأعضاء القلبية البشرية الكبار. ما يميز هذا النموذج عن غيرها من الاستعدادات القلب، مثل قلوب كاملة أو أسافين، هو أن شرائح يمكن أن تخضع للثقافة على المدى الطويل. على هذا النحو، تسمح شرائح القلب لدراسة الآثار الحادة والمزمنة للأدوية. وعلاوة على ذلك، فإن القدرة على جمع عدة مئات إلى ألف شريحة من قلب واحد يجعل هذا نموذجا عالي الإنتاجية لاختبار العديد من الأدوية بتركيزات وتركيبات مختلفة مع أدوية أخرى في نفس الوقت. يمكن إعداد الشرائح من أي منطقة معينة من القلب. في هذا البروتوكول، ونحن وصف إعداد شرائح البطين الأيسر عن طريق عزل مكعبات الأنسجة من الجدار الأيسر خالية البطين وجزئتها إلى شرائح باستخدام microtome تهتز عالية الدقة. ويمكن بعد ذلك أن تخضع هذه الشرائح لتجارب حادة لقياس الوظيفة الكهروفسية القلبية الأساسية أو مثقفة لدراسات المخدرات المزمنة. يصف هذا البروتوكول أيضا رسم الخرائط البصرية المزدوجة لشرائح القلب للتسجيلات المتزامنة لإمكانات الميكروم عبر الخلايا وديناميات الكالسيوم داخل الخلايا لتحديد آثار الأدوية التي يجري التحقيق فيها.

تم جمع شرائح الأعضاء البشرية من البطين الأيسر من قلب الإنسان المانح وفقا للبروتوكول مفصلة أعلاه ويتضح فيالشكل 1. كاميرا مزدوجة نظام رسم الخرائط الضوئية مثل ذلك فيالشكل 2تم استخدامه في تكوين التصوير تستقيم لأداء رسم الخرائط البصرية في وقت واحد من الجهد والك...

Watch this Scientific Journal Video about Preclinical Cardiac Electrophysiology Assessment by Dual Voltage and Calcium Optical Mapping of Human Organotypic Cardiac Slices at JoVE.com

Preclinical Cardiac Electrophysiology Assessment by Dual Voltage and Calcium Optical Mapping of Human Organotypic Cardiac Slices

يصف هذا البروتوكول الإجراء الخاص بالقطع و زراعة شرائح القلب البشرية لاختبار الأدوية قبل الفحص، وتفاصيل استخدام الخرائط البصرية لتسجيل الجهد عبر المُجمب وإشارات الكالسيوم داخل الخلايا في وقت واحد من هذه الشرائح.

تقييم الكهربائيات القلبية قبل الاحتكين بواسطة الجهد المزدوج ورسم الخرائط البصرية الكالسيوم لشرائح القلب العضوية البشرية

Human cardiac slice preparations have recently been developed as a platform for human physiology studies and therapy testing to bridge the gap between ...

هذا البروتوكول مهم لأنه يوفر للباحثين المهارات اللازمة لتوظيف قلوب الإنسان المانحة لاختبار المخدرات الفسيولوجية قبل السريرية. يستخدم هذا النسيج كل من صبغات الجهد والكالسيوم للتوصيف المتزامن لإمكانات عمل القلب وعابرين الكالسيوم داخل الخلايا في شرائح الأنسجة البشرية. لإقامة نظام رسم الخرائط البصرية، إرفاق حمام الأنسجة مع طبقة هلام البوليديميثيلسيلوكسيان السفلي إلى نظام الضخ وتعميم لتر واحد من محلول الاسترداد في 37 درجة مئوية أكسجين مع 100٪ الأكسجين من خلال نظام الضخ بمعدل تدفق سريع بما يكفي للحفاظ على درجة الحرارة ومنع تراكم الاستحمام.ثم استخدام هدف لضبط التركيز والمحاذاة من اثنين من كاميرات CMOS واستخدام مصدر الضوء LED الخضراء مع 520 زائد أو ناقص خمسة نانومتر الطول الموجي لإثارة الجهد الحساسة والكالسيوم مؤشر الأصباغ في وقت واحد. قبل الحصول على أقسام الأنسجة، مزيج حل القلب نوبجيا المجمدة والسائلة ووضع أنسجة القلب في حمام القلب البارد الجليد وتحديد الجدار الحر البطيني الأيسر. الغراء هلام agarose مسبق الصنع إلى الجزء الخلفي من حاملي الأنسجة المعدنية من الهزاز.قطع كتل مكعبة سنتيمتر واحد من الأنسجة في محلول القلب النابل البارد واستخدام لاصق الجلد الموضعي لتركيب بسرعة كتل الأنسجة على أصحاب الأنسجة المعدنية مع الأسطح بطانة القلب التي تواجه ما يصل. نقل أصحاب المعادن في حمام هزاز من الجليد الباردة الأوكسجين تقطيع حل بحيث يتم غمر الأنسجة تماما ونقل النصل إلى الحافة الأمامية من الأنسجة. بدوره على هزاز لبدء تشريح مع المعلمات مسبقا، والتخلص من الشرائح عدة الأولى حتى نصل إلى ما وراء trabeculae في الأنسجة بطانة القلب على نحو سلس.عندما تم الوصول إلى الأنسجة التجريبية، نقل بعناية كل شريحة إلى 100 ميكرومتر شبكة مصافي خلايا النايلون في طبق ثقافة تحتوي على درجة حرارة الغرفة حل الانتعاش التيرود الأكسجين وتغطية الشرائح مع غسالات شبكة للحفاظ على شرائح الأنسجة من الشباك. عندما تم جمع جميع الشرائح، نقل بعناية كل شريحة في آبار فردية من لوحة ستة جيدا تحتوي على ثلاثة ملليلتر من برنامج تلفزيوني في بئر. شطف شريحة مع هزاز لطيف وتكرار هذه العملية ثلاث مرات مع برنامج تلفزيوني عقيمة جديدة قبل نقل العينات إلى آبار فردية من لوحة ستة جيدا تحتوي على ثلاثة ملليلتر من 37 درجة مئوية ثقافة المتوسطة في بئر.ثم ضع اللوحة على شاكر مداري بمعدل 20 ثورة في الدقيقة في حاضنة مرطبة عند 37 درجة، و30٪ أوكسجين، و5٪ ثاني أكسيد الكربون. بعد 20 دقيقة من الحضانة في حل الانتعاش لشرائح قطع طازجة أو مباشرة بعد الاستزراع، نقل بعناية شريحة من الفائدة إلى حمام الأنسجة نظام ضخ دبوس أسفل الزوايا الأربع إلى طبقة هلام مع تطبيق الحد الأدنى تمتد إلى الأنسجة. السماح لشرائح للراحة في هذا الحمام مع تعميم حل الانتعاش لمدة 10 دقائق تقريبا قبل إضافة 0.3 إلى 0.5 ميكرولترات من المخزون Blebbistatin إلى خزان حل الانتعاش.في حين أن شريحة هو احتضان في Blebbistatin، إعادة تشكيل 30 ميكرولترات من الأسهم الجهد صبغة حساسة في ملليلتر واحد من حل الانتعاش في 37 درجة. بعد 10 دقائق من العلاج Blebbistatin، إيقاف المضخات وتحميل ببطء 0.2 إلى 0.3 ملليلتر من حل صبغة العمل على سطح شريحة على مدى فترة 30 ثانية. بعد 90 ثانية، قم بتشغيل المضخات لغسل أي صبغة زائدة.بعد الموت شريحة مع مؤشر الكالسيوم الأسهم كما أظهرت للتو، والتركيز على الكاميرات على شريحة وسرعة شريحة في هرتز واحد مع اثنين من مللي ثانية مدة عرض نبض في 1.5 مرات من السعة من عتبة سرعة محددة سلفا. ضع غطاء على شريحة الأنسجة وأضيئ الشريحة بمصدر ضوء الإثارة LED. ثم سجل إشارات الجهد والكالسيوم المنبعثة مع الكاميرات في 1،000 لقطة في الثانية الواحدة.لشرط الجهد والكالسيوم بيانات الخرائط البصرية، في برنامج التحليل المناسب، انقر فوق المعلمات شرط وإزالة الخلفية. ثم ضبط معلمات تكييف إشارة للحصول على إمكانات العمل الأمثل وآثار عابرة الكالسيوم. لحساب سرعة التشغيل، حدد خريطة التنشيط وأدخل وقت البداية والانتهاء ليشمل إمكانية إجراء واحد في التتبع.ثم انقر على الخريطة الإقليمية وحدد المنطقة التي تهمك لعرض خريطة التنشيط للمنطقة المحددة. بعد ذلك، حدد خريطة سرعة التشغيل وحدد أوقات البداية والنهاية. ضبط قيم الدقة بين البكسل استناداً إلى الإعداد حسب الضرورة.انقر فوق إنشاء خريطة متجه لتحديد منطقة ذات أهمية وعرض متجهات سرعة الاتّقل داخل تلك المنطقة. وسيُعرض متوسط ناقلات سرعة الاتّرَح، ومتوسطها، والانحراف المعياري، وعددها، وكذلك زاوية الانتشار المتوسطة لمتجهات سرعة الاتّّرَيْن في المنطقة المختارة. لحساب مدة الإجراء المحتملة، حدد مدة الإجراء المحتملة، وخريطة مدة الكالسيوم العابرة وحدد أوقات البدء والانتهاء لتشمل إمكانية إجراء واحدة كاملة.ثم انقر فوق حساب المدة المحتملة للعمل الإقليمي لتحديد منطقة ذات أهمية وإنشاء خريطة المدة المحتملة للإجراء. لتحديد وقت الارتفاع، حدد وقت الارتفاع وحدد أوقات البداية والنهاية لتحديد ضربة أعلى لإمكانية إجراء واحد أو عابر الكالسيوم. أدخل قيم نسبة البداية والنهاية وانقر فوق حساب لتحديد المنطقة ذات الأهمية وتحديد الوسط، المتوسط، الانحراف المعياري، وعدد البيكسلات المضمنة في تحليل وقت الارتفاع.لتحديد تسوس الكالسيوم، حدد تسوس الكالسيوم وأدخل أوقات البداية والنهاية لتشمل جزء الاضمحلال بأكمله من إشارة عابرة واحدة من الكالسيوم. ثم انقر فوق حساب تاو لتحديد المنطقة ذات الأهمية وتحديد الوسط، المتوسط، الانحراف المعياري، وعدد وحدات البكسل المضمنة في تحليل ثابت وقت اضمحلال الكالسيوم. في هذه التجربة التمثيلية، كانت إمكانات العمل وآثار الكالسيوم العابرة مشروطة بإشارة.تم تحديد أوقات التنشيط لكل بكسل وخرائط العصور المُتَعَبَّدة لأوقات التفعيل تم رسمها من آثار الجهد والكالسيوم المُشروطة. تم حساب ناقلات سرعة التشغيل باستخدام أوقات التنشيط ودقة البكسل المعروفة. تم قياس ثابت اضمحلال الكالسيوم العابر عن طريق تركيب متعدد الحدود إلى الجزء المتحلل من آثار الكالسيوم.تم قياس المدة المحتملة للعمل ومدة الكالسيوم العابرة كمدة زمنية بين وقت التنشيط ونسبة مئوية محددة من إزالة إعادة الاستقطاب أو الكالسيوم من السيتوبلازم على التوالي. كما تم قياس و تعيين أوقات صعود آثار الجهد والكالسيوم. في هذا التحليل التمثيلي، تم اختبار تأثير دوكسوروبيسين على عقد القلب مما أدى إلى انخفاض سرعة الإرسالية.من المهم التأكد من أن الشرائح في القبض الكامل cardioplegic لتقليل الضرر الذي يلحق بالأنسجة أثناء عملية التقطيع والحصول على شرائح قابلة للحياة. في نهاية البروتوكول، يمكن تجميد الشرائح أو إصلاحها للتقييم الجزيئي. ويمكن بعد ذلك تحديد المسارات الميكانيكية التي تشارك في ظاهرة الفيزيولوجيا الكهربائية من الفائدة.وقد سمح تطوير هذا النموذج شريحة القلب البشرية دراسة الاستجابات للعلاجات والأمراض في أنسجة القلب البشري سد الفجوة بين الدراسات الحيوانية والسريرية. عند العمل مع الأنسجة البشرية أثناء تنفيذ هذه التقنية، تأكد من ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة واتخاذ أي احتياطات السلامة اللازمة الأخرى.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Optical Mapping of Action Potentials and Calcium Transients in the Mouse Heart

رسم الخرائط البصرية إمكانيات العمل والعابرون الكالسيوم في القلب ماوس

The mouse heart is a popular model for cardiovascular studies due to the existence of low cost technology for genetic engineering in this species. ...

Construction of Defined Human Engineered Cardiac Tissues to Study Mechanisms of Cardiac Cell Therapy

بناء المهندسة القلب الأنسجة تعريف الإنسان لدراسة آليات العلاج الخلوي القلب

Human cardiac tissue engineering can fundamentally impact therapeutic discovery through the development of new species-specific screening systems that ...

Automated Contraction Analysis of Human Engineered Heart Tissue for Cardiac Drug Safety Screening

تحليل الآلي تقلص الإنسان المهندسة القلب الأنسجة للفحص القلب سلامة الأدوية

Cardiac tissue engineering describes techniques to constitute three dimensional force-generating engineered tissues. For the implementation of these ...

Using Extraordinary Optical Transmission to Quantify Cardiac Biomarkers in Human Serum

استخدام الإرسال الضوئي غير عادية لقياس المؤشرات الحيوية القلب في مصل الدم البشري

For a biosensing platform to have clinical relevance in point-of-care (POC) settings, assay sensitivity, reproducibility, and ability to reliably monitor ...

Assessing Collagen and Elastin Pressure-dependent Microarchitectures in Live, Human Resistance Arteries by Label-free Fluorescence Microscopy

تقييم الكولاجين والايلاستين ميكروارتشيتيكتوريس تعتمد على الضغط في الشرايين المقاومة البشرية، والعيش بالفحص المجهري Fluorescence تسمية خالية

The pathogenic contribution of resistance artery remodeling is documented in essential hypertension, diabetes and the metabolic syndrome. Investigations ...

Protocol for MicroRNA Transfer into Adult Bone Marrow-derived Hematopoietic Stem Cells to Enable Cell Engineering Combined with Magnetic Targeting

بروتوكول لنقل ميكرورنا إلى المشتقة من نخاع العظام المكونة للدم الخلايا الجذعية البالغة لتمكينها هندسة الخلايا جنبا إلى جنب مع استهداف المغناطيسي

While CD133+ hematopoietic stem cells (SCs) have been proven to provide high potential in the field of regenerative medicine, their low retention rates ...

A Net Mold-based Method of Scaffold-free Three-Dimensional Cardiac Tissue Creation

أسلوب صافي المستندة إلى القالب لإنشاء أنسجة القلب خالية من السقالة ثلاثي الأبعاد

This protocol describes a novel and easy net mold-based method to create three-dimensional (3-D) cardiac tissues without additional scaffold material. ...

Optical Imaging of Isolated Murine Ventricular Myocytes

التصوير البصري لخلايا البطين البطيني المعزولة

The ability to isolate adult cardiac myocytes has permitted researchers to study a variety of cardiac pathologies at the single cell level. While advances ...

Fabrication of 3D Cardiac Microtissue Arrays using Human iPSC-Derived Cardiomyocytes, Cardiac Fibroblasts, and Endothelial Cells

تصنيع صفائف الأنسجة الدقيقة القلبية 3D باستخدام الخلايا العضلية القلبية المشتقة من iPSC البشرية ، والخلايا الليفية القلبية ، والخلايا البطانية

Generation of human cardiomyocytes (CMs), cardiac fibroblasts (CFs), and endothelial cells (ECs) from induced pluripotent stem cells (iPSCs) has provided ...

Developing 3D Organized Human Cardiac Tissue within a Microfluidic Platform

تطوير أنسجة القلب البشرية المنظمة ثلاثية الأبعاد ضمن منصة ميكروفلويديك

The leading cause of death worldwide persists as cardiovascular disease (CVD). However, modeling the physiological and biological complexity of the heart ...