Los conocimientos actuales sobre las bases celulares de las enfermedades cardiacas se basa principalmente en estudios sobre modelos animales. Aquí describimos y validar un nuevo método para obtener cardiomiocitos viables individuales de pequeñas muestras quirúrgicas de miocardio ventricular humano. Miocitos ventriculares humanos pueden ser utilizados para estudios electrofisiológicos y las pruebas de drogas.
Los cardiomiocitos de corazones enfermos son sometidos a procesos de remodelación de complejos que implican cambios en la estructura celular, contracción de acoplamiento excitación y corrientes iónicas de membrana. Esos cambios son probable que sea responsable del aumento del riesgo arritmogénica y las alteraciones contráctiles conducen a la disfunción sistólica y diastólica en pacientes cardíacos. Sin embargo, más información sobre las alteraciones de la función de los miocitos en enfermedades cardíacas ha llegado a partir de modelos animales.
Aquí describimos y validar un protocolo para aislar miocitos viables desde pequeñas muestras quirúrgicas de miocardio ventricular de los pacientes sometidos a operaciones de cirugía cardiaca. El protocolo se describe en detalle. Mediciones electrofisiológicas y de calcio intracelulares se presentan para demostrar la viabilidad de un número de mediciones de células individuales en cardiomiocitos ventriculares humanos obtenidos con este método.
El protocolo informó élre pueden ser útiles para futuras investigaciones sobre las bases celulares y moleculares de las alteraciones funcionales del corazón humano en la presencia de diferentes enfermedades cardiacas. Además, este método puede ser usado para identificar nuevas dianas terapéuticas a nivel celular y para probar la eficacia de nuevos compuestos en cardiomiocitos humanos, con valor de traslación directa.
La disección de las propiedades electrofisiológicas del miocardio ha progresado notablemente después el desarrollo de técnicas para el solo aislamiento de miocitos cardiacos. También se han hecho posible los avances recientes en la comprensión de la excitación cardíaca contracción de acoplamiento (EC-Acoplamiento) por la capacidad de aislar los cardiomiocitos viables individuales que conservan todas las propiedades fisiológicas del tejido intacto. Métodos de fijación Patch se emplean rutinariamente para estudiar la función y la modulación farmacológica de las corrientes de iones sarcolema cardíaco. Grabaciones de la dinámica del calcio intracelular con Ca 2 + tintes sensibles también se llevan a cabo regularmente en los miocitos cardíacos individuales de una variedad de modelos sanos y enfermos, proporcionar datos vitales sobre la fisiología de la CE-acoplamiento, así como en las alteraciones patológicas de la intracelular de Ca 2 + homeostasis que conlleva un deterioro mecánico y aumento de la carga de las enfermedades cardíacas arritmogénica. Información de estos estudios es fundamental para la comprensión de los efectos mecánicos y electrofisiológicos de las drogas en el ámbito clínico. Sin embargo, hay diferencias entre especies específicas en las corrientes transmembrana y en las proteínas CE-acoplamiento que dan cuenta de las características específicas de potencial de acción cardíaco y la mecánica cardíaca. Por lo tanto, mientras que los estudios de miocitos aislados de mamíferos no humanos han dilucidado las propiedades biofísicas y funciones fisiológicas de los canales iónicos transmembrana específicos y proteínas CE-acoplamiento, que no proporcionan necesariamente modelos pertinentes de miocitos cardiacos humanos. Por lo tanto, el aislamiento de miocitos viables de miocardio humano es esencial para entender completamente la fisiopatología de las enfermedades cardíacas y validar nuevos enfoques terapéuticos.
Tejido auricular humano es fácilmente disponible como apéndices auriculares son a menudo descartados durante los procedimientos quirúrgicos. Estudios cuantitativos iniciales de los potenciales de acción cardiaco humanos adultos y cu iónicarrents emplean células auriculares enzimáticamente aislados 1-4. Las grabaciones de los potenciales o corrientes a partir de células humanas adultas ventriculares aislados de acción han sido posteriormente reportado 3,5-10. La mayoría de estos estudios se han utilizado células obtenidas de corazones explantados y utilizados ya sea colagenasa de perfusión de un segmento de la arteria coronaria o la exposición de cantidades relativamente grandes de tejido extirpado a la colagenasa para obtener células aisladas. Estos estudios permiten una caracterización detallada de un número de corrientes de iones transmembrana de los cardiomiocitos ventriculares humanos de corazones sanos y de pacientes con insuficiencia cardiaca terminal. Grabaciones de L-tipo Ca 2 + actual (I Ca-L) 5-7, corriente hacia el exterior de potasio transitoria (I) 8, la corriente de entrada del rectificador de potasio (I κ1) 8, los diferentes componentes de la corriente de potasio rectificadora retardada (I κ ) 9 han sido reportados. Avances y refinación deel procedimiento de aislamiento 10, permite una caracterización clara de la base iónica del aumento del potencial arritmogénica en la insuficiencia cardíaca terminal, que comprende la acción potencial de prolongación 11, retrasó después de despolarizaciones 12 y aumentó divertido corriente 13 que conduce a la despolarización diastólica y latidos prematuros.
Miocitos cardíacos adultos normalmente están aislados de animales pequeños por perfusión retrógrada de todo el corazón con diferentes mezclas de enzimas, una técnica que produce altos rendimientos de Ca 2 +-células tolerantes 14. Aislamiento de miocitos cardiacos a partir de fragmentos de tejido es inherentemente menos éxito probablemente a causa de la limitación del acceso de las enzimas a miocitos individuales en comparación con la alcanzada por la perfusión de las arterias coronarias. Debido a la limitada disponibilidad de los corazones de donantes no utilizadas, la única forma práctica de obtener células ventriculares humanos normales sobre una base regular es por digestio enzimátican de los fragmentos muy pequeños a menudo tejidos extirpados durante los procedimientos quirúrgicos electivos. El único modelo de enfermedad humana que se ha caracterizado a fondo a nivel celular es la insuficiencia cardíaca terminal, debido a la accesibilidad a los corazones trasplantados. Sin embargo, la insuficiencia cardíaca terminal se produce en una minoría de los pacientes y a menudo implica una vía común de la remodelación severa de las células del miocardio, que es relativamente independiente de la causa subyacente 15. La capacidad de evaluar la función de los cardiomiocitos individuales de los pacientes en una etapa anterior no no de la enfermedad es crucial para entender la patofisiología específica de diferentes enfermedades hereditarias o adquiridas. La miocardiopatía hipertrófica (MCH) es un ejemplo elocuente. HCM es un frecuente (1/500 personas) condición cardiaca hereditaria caracterizada por hipertrofia cardiaca, aumento de alteraciones de riesgo y contráctiles arritmogénicas debido a la obstrucción del tracto de salida y la disfunción diastólica 16. Los cardiomiocitos de corazones HCM undergo unos complejos procesos de remodelación que implican cambios en la estructura celular (hipertrofia, desorganización miofibrilar) y CE-Acoplamiento 17. Sin embargo, la mayoría de la información de la disfunción de los miocitos en HCM ha venido de modelos animales transgénicos. Dado que sólo una minoría de pacientes con MCH evoluciona hacia la insuficiencia cardíaca terminal y requiere de un trasplante cardíaco, el corazón de HCM son muy rara vez están disponibles para el aislamiento de células con los métodos estándar. Sin embargo, al menos el 30% de los pacientes con MCH presentan síntomas obstructivos debido al flujo de sangre del tracto de salida alteración hipertrofia septal masiva durante la sístole (HCM) 18. La opción terapéutica disponible más eficaz para el alivio de la obstrucción en la MCH es la miectomía septal quirúrgica: durante este procedimiento quirúrgico, una porción de tamaño variable del tabique superior se elimina por vía aórtica trans. Esta porción de tabique hipertrofiado es, por tanto, disponible para el aislamiento de células del tejido fresco.
Un método para el aislamiento de ventricula humanar miocitos de pequeñas muestras endomiocárdicas individuales, transvenosos biopsia se ha desarrollado y publicado previamente 19. Hemos implementado un método para aislar miocitos septales individuales de las muestras de miocardio ventricular de los pacientes sometidos a cirugía cardíaca, incluyendo pacientes con HCM sometidos miectomía septal y los pacientes sometidos a procedimientos de reemplazo de válvulas. Además de una descripción detallada del protocolo de aislamiento, electrofisiológicos representativa y Ca 2 + fluorescencia se presentan las mediciones, lo que demuestra la viabilidad de los miocitos ventriculares aislados humanos y la viabilidad de patch clamp e intracelulares de Ca 2 + Estudios.
Hemos descrito y validado un método para aislar miocitos viables a partir de muestras quirúrgicas de miocardio ventricular humano. A partir de los protocolos descritos anteriormente que había sido utilizado con éxito para células aisladas a partir de muestras quirúrgicas auriculares, la técnica para permitir la separación de los miocitos viables individuales de miocardio ventricular enferma fue desarrollado y afinado. Los primeros informes mostraron que el aislamiento de los cardiomiocitos individuales de trozos…
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue apoyado por la Unión Europea (PEIF Proyecto 241577 "gran corazón", 7 º Programa Marco Europeo, CP), Menarini Internacional Luxemburgo Operaciones (AM), Teletón GGP07133 (CP) y Gilead Sciences (AM).
Potassium phosphate monobasic (KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P9791 | |
Magnesium sulfate heptahydrate(MgSO4 * 7H2O) | Sigma-Aldrich | M1880 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
Adenosine | Sigma-Aldrich | A9251 | |
D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | |
Mannitol | Sigma-Aldrich | M4125 | |
Taurine | Sigma-Aldrich | T0625 | |
Potassium hydroxide (KOH) | Sigma-Aldrich | P5958 | |
Sodium chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich | S7653 | |
Potassium chloride (KCl) | Sigma-Aldrich | P9333 | |
Sodium phosphate dibasic (Na2HPO4) | Sigma-Aldrich | S7907 | |
Sodium bicarbonate (NaHCO3) | Sigma-Aldrich | S6297 | |
Potassium bicarbonate (KHCO3) | Sigma-Aldrich | 237205 | |
Sodium pyruvate | Sigma-Aldrich | P2256 | |
2,3-Butanedione monoxime | Sigma-Aldrich | B0753 | |
Sodium hydroxide(NaOH) | Sigma-Aldrich | S8045 | |
L-Glutamic acid monopotassium salt monohydrate | Sigma-Aldrich | 49601 | |
Pyruvic acid | Sigma-Aldrich | 107360 | |
3-Hydroxybutyric acid | Sigma-Aldrich | 166898 | |
Adenosine 5′-triphosphate dipotassium salt dihydrate (K2-ATP) | Sigma-Aldrich | A8937 | |
Creatine | Sigma-Aldrich | C0780 | |
Succinic Acid | Sigma-Aldrich | S3674 | |
Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N′,N′-tetraacetic acid (EGTA) | Sigma-Aldrich | E0396 | |
Albumin from bovine serum | Sigma-Aldrich | A0281 | |
Magnesium chloride (MgCl2) | Sigma-Aldrich | M8266 | |
Collagenase from Clostridium histolyticum, Type V | Sigma-Aldrich | C9263 | |
Proteinase, Bacterial, Type XXIV | Sigma-Aldrich | P8038 | |
Calcium chloride solution, ~1 M in H2O | Sigma-Aldrich | 21115 | |
Calcium chloride 0.1 M solution | Sigma-Aldrich | 53704 | |
Potassium methanesulfonate | Sigma-Aldrich | 83000 | |
FluoForte Reagent | Enzo Life Sciences | ENZ-52015 | |
Powerload concentrate, 100X | Life Technologies | P10020 | |
Perfusion Fast-Step System | Warner Instruments | VC-77SP | |
Amphotericin B solubilized | Sigma-Aldrich | A9528 | |
Multiclamp 700B patch-clamp amplifier | Molecular Devices | ||
Digidata 1440A | Molecular Devices | ||
pClamp10.0 | Molecular Devices | ||
Digestion Device | CUSTOM | CUSTOM | The device is custome made in our laboratory using plastic tubes, cast Sylgard and a motor; it is described in detail in Fig 1 C-D and in Fig.7. We can provide further details if requested |
Silicone elastomer for the digestion device's brushes | Dow Corning | SYLGARD® 184 | |
Variable speed rotating motor for the digestion device | Crouzet | Crouzet 178-4765 | |
Mold for brushes casting | N.A. | N.A. | The mold is custom made from standard PTFE 2.5 cm diameter rods |