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方法证实,用于从膜片钳电生理学或成像研究成年小鼠窦房结细胞(自组装膜)的分离。分离的细胞可以直接使用,也可以在培养物中保持,以允许所关注的蛋白质,如遗传编码的记者的表达。
窦房结细胞(SAMS)作为心脏的起搏器自然,倡导通过产生自发的动作电位(APS)击败每一个心脏。这些起搏器的AP反映许多膜电流和细胞内钙循环的协调活动。然而,推动自发起搏器活动地对空导弹的确切机制仍然难以实现。急性分离的地对空导弹是实验解剖心脏起搏的分子基础的必要准备。然而,模糊的解剖,显微解剖复杂和挑剔的酶消化条件阻碍了广泛使用急性分离地对空导弹。此外,方法无法获得直到最近允许地对空导弹的长期培养的蛋白表达研究。在这里,我们提供了地对空导弹从成年小鼠中分离了一步一步的协议和视频演示。方法也证明了体外和expressi维持成年小鼠地对空导弹通过对腺病毒感染外源性蛋白质。急性分离,并通过这些方法制备培养的地对空导弹是适用于各种电生理和影像学检查。
在心脏的窦房结起搏细胞(窦房结细胞"地对空导弹")产生自发的,有节奏的动作电位(APS),通过心肌传播发起每次心跳。使用急性分离地对空导弹许多种实验已经为有助于心脏起搏器活动的产生机制,阐明至关重要。地空导弹是从他们的心房和心室肌同行中的形态,功能和表达方面有很大不同高度专业化的心肌细胞。在自组装膜自发的AP的标志是舒张驱动的膜电位向阈值,以触发下一个AP 1,2-期间自发去极化。这种"起搏器势"取决于许多不同的膜电流包括"滑稽电流"(我f)中 ,T型和L型钙电流,钠钙交换CURR的协调活动耳鼻喉科(ⅠNCX),这是由钙释放从肌质网3,4驱动。
虽然急性分离的小鼠地对空导弹是起搏的研究必不可少的实验准备,地空导弹的小鼠隔离可以通过一个具有挑战性的方法,因为鼠标SAN的模糊的解剖和小尺寸需要细致入微的显微切割和组合的酶和机械细胞解离需要仔细优化。
在这里,我们提供已被成功地用于从膜片钳记录5-8成年小鼠隔离地对空导弹的协议的详细视频演示。据我们所知,没有这样的视觉可从任何其他来源的示范。此外,一个新的方法,证明了在该分离的SAM从成年小鼠可在体外维持数天,由此允许引入蛋白质,基因编码通过腺病毒感染9报告分子或RNAi。
所有的动物程序符合由美国科罗拉多州安舒茨医学校区的大学机构动物护理和使用委员会批准的方案进行。标准协议下一直使用雄性C57BL / 6J小鼠的2-3个月的年龄进行了优化。
1.准备解决库存和用品在实验中的研究进展
注:请参阅材料表进行必要的设备和用品。
2.准备解决方案中使用的细胞分离日
注:以下金额从一个鼠标窦房结细胞的分离。
3.准备其他解决方案和材料培养细胞(跳过这些步骤为急性分离的细胞)
4.窦房结隔离
5.窦房结消化
6.窦房结肌细胞解离
7.窦房结钙重新适配(在室温下进行)
注:对于自组装往培养实验,在下面的部分中的过程应该在无菌组织培养罩来进行。如果自组装将被用于急性实验,没有必要在无菌环境中执行这些步骤。
8.电镀和文化窦房缪的核细胞(跳过了急性分离的细胞)
9.成人窦房肌细胞文化的腺病毒转导(跳过了急性分离的细胞)
10.急性分离或养殖地对空导弹的功能评价
注:以下协议是用两性霉素穿孔,补丁技术,同时记录自发的AP和我孤立地对空导弹的功能性评估的一个例子 f起相同的细胞(见参考文献9)。
这里所描述的协议已被预先采用自发活性的SAM从成年小鼠适合于各种不同的膜片钳研究5-8的隔离。此外,该协议允许,可以在培养物中维持长达一周孤立的SAM。基因转移到培养的细胞可以通过腺病毒感染9来完成。在本节介绍的结果我们以前的工作中获得,并在这里显示为急性分离培养地对空导弹的特点例子。
如图2中所示,自发活性的SAM可以在培养物中维持长达6天。培养的细胞保持整体形态,这是非常类似于急性分离的SAM,具有的平均长度,宽度没有显著变化,横截面面积,或培养膜电容细胞相比,急性分离的细胞( 图2B - E)。不过,有人在上培养时间可行的地对空导弹的数量的减员。因此,建议培养从来自多个动物汇集的细胞,如果实验设计需要大量的数据集来制备。
在制定从成年小鼠心肌细胞窦房结培养协议的主要目标是创建一个系统,以便在成年地对空导弹的天然细胞外源性背景蛋白的表达。这种类型的蛋白表达的一个例子在图3中为细胞的情况下示出的共同感染用表达所述荧光标记蛋白GFP和mCherry病毒。我们发现,蛋白表达是显而易见的腺病毒感染的24小时之内,并且是最大为48小时( 图3)内测试的蛋白质。 100的病毒MOI导致近100%的inf挠度效率无细胞毒性的证据。与此相反,使用基于脂质的试剂转染未能产生任何可检测的基因转移到成人的SAM,即使经过72小时9。
通过膜片钳电功能特性是为急性分离培养地空导弹图4A的评价至关重要展示了使用两性霉素穿孔,补丁录像配置从急性分离或培养的地对空导弹记录自发动作电位的典型电流钳记录。动作电位波形分别急性分离和培养的SAM相似和有一个在平均AP射速( 图4B)没有差别。
我f是自组装膜和产生I F的HCN4通道的一个标志被用作窦房结免疫细胞化学标记。因此,公关在膜片钳记录I F的esence可用于支持这样的想法,该细胞是实际上的SAM。所有的自发活性的急性和培养的自组装膜的本文描述也响应于一个1秒电压步骤-120毫伏表现出I F> 100 pA的。对于这里示出的代表性的结果,将细胞用含有1mM氯化钡2到方框K +电流( 表3)和I F的活化的电压依赖性用3秒极化电压的步骤测定从-60到-160台氏液灌注毫伏-50 mV的钳制电压,正如我们前面所述5-8。电流密度在从-50 mV的保持电位响应于3秒超极化测试脉冲至-150mV进行评价。有在第I活化的F任一的电压依赖性或I F急性分离和培养的自组装( 图4之间的电流密度没有显著差异Ç - D)。自发的AP和这些合作录音I F从单个SAM需要大约总共9分钟(包括2分钟初洗,在电流钳模式下自发的AP 30-60秒,2分钟解决方案的变化,大约5分钟收集足够的电压钳数据来描述的I F)活化的电压依赖性。因此,在图4C所示的数据还示出了细胞制剂的稳健性。
图1: 解剖仪器鼠标地对空导弹的隔离和分离 (A) 我含约25mL硫化硅橡胶双10cm陪替皿。每道菜都预装了6-10小夹层针用来固定组织。 二100毫升的烧杯持有完整的台氏在35#176;。水浴III宽(〜2毫米直径),火抛光分解吸管静脉狭窄(〜1.5毫米直径)与完整的台氏洗澡准备火抛光移液管v塑料移液管。肝素六,内部组织操纵自我开放内部切割程序微型剪刀。 七,罚款钳(针尖大小0.06×0.02毫米)。 八,组织钳,5.5,1×2的牙齿外部组织操纵。 九。弯曲虹膜剪4.3外部切割程序。 (B)特写照片突出放在解剖盘小夹层针。 (C)特写照片凸显火抛光窄移液管( 左 )和火抛光的广口吸管机械研磨( 右 )。 请点击此处查看大versio这个数字的n个。
图 2: 急性分离和培养的地空导弹在形态上没有区别 答 :代表地空导弹亮场图像之后,可以立即隔离(急性)或24小时后,48小时,72小时,96小时, 或体外 6天乙 - ð :平均(±SEM)的最大长度,对急性分离与培养48小时的SAMÈ宽度和截面积:平均(±SEM)从电压钳记录膜电容从急性分离或培养的自组装膜。所有的比较都是不显著:P> 0.05,与尖锐。从参考9改编。 请点击此处查看该图的放大版本。
图 3: 在培养的自组装膜明场和具有代表性的体外培养的SAM的表面荧光图像外源蛋白质已经在100的MOI被病毒感染表达eGFP的(绿色)和mCherry(红色)的腺病毒的腺病毒表达 ,无论是在24或48小时后二重感染。比例尺= 20微米。从参考9转载。
图4:含1纳米异丙肾上腺素的台氏液从急性分离( 黑色 )代表电流钳记录或养殖( 灰色 )地对空导弹:培养地空导弹 A 的电特性 。比例尺:40 mV时,100毫秒B:平均(±SEM)的瞬时在急性分离的发射频率( 黑 ; N = 6)或48小时培养( 灰色 ; N = 14)地空导弹C:标准化的平均值(±SEM)电导电压的关系为I F在急性分离( 黑 ; N = 8)或培养( 灰色 ; N = 14)地空导弹插图 :从急性( 黑色 )或养殖( 灰色 )地对空导弹3秒超极化测试脉冲在10 mV递增引起-60至-160 mV的代表当前家庭D:平均值( ±SEM)在急性分离( 黑色 -150 mV的I F电流密度; N = 7)和培养( 灰色 ; N = 8)地对空导弹。从参考9改编。 请点击此处查看该图的放大版本。
完全tyrode的 | 低钙 /镁离子蒂罗德 | KB中 | BSA解决方案 | 氯化钠/ 氯化钙适配方案 | |
氯化钠 | 140 | 140 | 140 | 10 | |
氯化钾 | 5.4 | 5.4 | 25 | 5.4 | |
KH 2 PO 4 | 1.2 | 1.2 | 10 | 1.2 | |
HEPES | 五 | 五 | 五 | 五 | |
葡萄糖 | 5.55 | 18.5 | 20 | 5.55 | |
氯化镁 | 1 | 1 | |||
氯化钙 | 1.8 | 0.066 | 1.8 | 1.8 | |
牛磺酸 | 50 | 20 | |||
BSA | 1mg / ml的 | 1mg / ml的 | 1mg / ml的 | ||
K-谷氨酸 | 100 | ||||
K-天冬氨酸 | 10 | ||||
硫酸镁 | 2 | ||||
肌酸 | 五 | ||||
EGTA | 0.5 | ||||
调节pH至 | 7.4用NaOH | 6.9用NaOH | 7.2用KOH | 7.4用NaOH |
表1:解离解决方案窦房结细胞的分离使用的溶液的组成。浓度为毫米除了注意的地方。
电镀液 | 培养基 | |
Media199 | 基础 | 基础 |
2,3-丁二酮单肟(BDM) | 10毫 | 10毫 |
胎牛血清(FBS) | 5% | - |
牛血清白蛋白(BSA) | 0.1毫克/毫升 | |
胰岛素 | 10微克/毫升 | |
转 | 5.5微克/毫升 | |
硒 | 5毫微克/毫升 | |
青霉素 | 100单位/毫升 | 100单位/毫升 |
链霉素 | 100毫克/毫升 | 100毫克/毫升 |
表2:电镀和培养液用于窦房结细胞的电镀和培养液成分。
台氏 | PP细胞内 | |
氯化钠 | 140 | 五 |
氯化钾 | 5.4 | 135 |
KH 2 PO 4 | 1.2 | |
HEPES | 五 | 10 |
葡萄糖 | 5.55 | |
氯化镁 | 1 | 1 |
氯化钙 | 1.8 | 0.1 |
EGTA | 10 | |
MG-ATP | 4 | |
两性霉素-B | 200微克需要/毫升 | |
异丙肾上腺素 | 1纳米为需要 | |
调节pH至 | 7.4用NaOH | 7.2用KOH |
表3:电记录溶液的胞外组合物用于从窦房结细胞霉素穿孔贴片记录(台氏)和细胞内(PP)的解决方案。
本文提出了从成年小鼠完全分化的窦房结细胞的分离和培养的详细协议。隔离协议可靠生产适合要么直接电生理分析或随后的培养自发活动的鼠标地对空导弹。类似的协议已经报道许多其它基团(例如,参见参考文献11,12,10,13-17)。然而,我们的用于体外维持成年小鼠的SAM协议保留特性形态,自发活动,细胞的电生理特性,并允许蛋白9的腺病毒递送。
对于修改和协议的故障,有几个关键步骤应注意。第一关键因素是一个显著批与批变异的消化酶(步骤1.4),它可以显着改变的数量和自组装膜的质量的活性在一个给定prepar分离通货膨胀。这种可变性是弹性蛋白酶,其通常需要特定大量的优化,其中的浓度和暴露时间应包围在多个制剂的过程中(通常是并行完成的),以最大限度的细胞数和健康,尤其如此。为地对空导弹的来自不同物种的隔离某些协议使用单独胶原酶和蛋白酶,而不是在本协议中的胶原酶蛋白酶结合。然而,许多对许多变异为每个这些酶是相当高的(类似于弹性蛋白酶),因此有必要重复几轮的联合优化。酶混合物提供跨其它更多的一致性和需要更少的优化步骤。
第二个关键,并且不明显,对于故障排除SAM隔离的因素是火抛光的玻璃吸管解离( 图1C)的完整性。如果吸移管的边缘包含任何尖锐边缘,裂缝或积累Çellular碎片,机械研磨步骤可破坏细胞,导致钙毒性。火抛光的吸管解离应更换,至少每2个月经常使用的,或在小区产量还是品质在多个筹备过程中显着下降的任何时间。
时机和机械分离的力可用于排除隔离协议第三关键的一步。该研磨需要慢(约0.5-1赫兹),但是5-10分钟有力的动荡。更快的速率以及减少时间也可以使用,但是,以避免引入的气泡或在溶液中产生泡沫是重要的。当窦房结样品已完全分离,剩下的组织带应出现束状和白色的颜色;微妙的粉红色十岁上下的颜色表明不完整的研磨。当200-400X放大率检查,从最佳样品制备细胞具有光滑的细胞膜,而细胞MEMB过度消化或过度研磨样品ranes有陨石坑和条纹外观。在健康的细胞,收缩是观察细胞的端部主要作为细微抽动。收缩波是受损细胞,可观察到剧烈收缩的时间很短,前成球机的标志。破裂的离解吸管这么细胞损伤的最常见原因。在该已下消化或欠研磨样品,细胞存在作为团块或聚集体,而不是单细胞,并且可以在剩余的组织块可以观察到收缩的SAM的显著号码。
每个用户都需要单独地进行优化的解离。虽然酶促消化和机械解离时间都应该被调整,因此建议在最初保持酶促消化时间常数而修改的解离时间。额外的微调主要依赖于用户的识别能力,一残留在研磨结束时的组织片的ppearance - 当片是束状并在颜色发白,则研磨应当停止。优化还需要容纳在窦房结伴随在年龄,性别,或小鼠的品系差异变化。例如,来自老年动物7细胞的解离需要在这两个酶促消化和机械解离时间减小。作为一般准则,从2-3个月大的雄性C57BL / 6小鼠的产量大约50-200可行的地空导弹典型的制备中,其中5-10或许可以成功的膜片夹在一个美好的一天的会议上,根据实验。产率是当旧的小鼠用于7相当(〜30%)低。
文化协议的成功还依赖于几个关键步骤。最重要的是,原代细胞培养的成功需要高质量的离解,如以上所讨论。建议第在急性分离细胞制剂试图维持在培养细胞之前进行优化。培养细胞的第二个关键因素就在于细胞电生理记录的选择。为了达到最佳效果,选择录音培养地对空导弹应于含BDM-培养基冲洗立即自发地收缩。在洗出BDM自发收缩的起病缓慢,是不健康的细胞的标志。
山姆培养体系确实有一定的局限性,最明显的是鼠标SAN的尺寸非常小。而在这里展示了方法允许用于电生理和成像研究足够的细胞数量,组织的有限数量的排除培养的SAM的生化分析。该技术的另一个限制是,自组装膜必须是在可逆肌球蛋白ATP酶抑制剂,BDM的存在下培养。这是一个潜在的问题,因为BDM有其他细胞的影响,包括非特异性磷酸酶的活性,心肌转录抑制因子19,和钠通道,钙通道和兰尼碱受体20的抑制。然而,数据显示,BDM对这里检测地对空导弹的形态和电生理特性的影响很小。
在未来的应用,它很可能是这里概述的方法可以适用于从较大的哺乳动物制备的SAM培养物。与腺病毒基因转移相结合,这种文化可能允许在大型动物模型起搏的遗传操作。引入感兴趣的蛋白质的能力,还提供了在其中基因编码的报道分子可用于在自组装膜来探测细胞内信号通路的未来应用。
None.
We thank Dr. Christian Rickert for critical reading of the manuscript. This work was supported by a grant from the National Heart Lung and Blood Institute (R01-HL088427) to CP. EJS was supported by 5T32-AG000279 from the National Institute on Aging. The content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of the National Institutes of Health.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sylgruard/Elastomer Kit | Dow Corning | 184 SIL ELAST KIT 0.5KG | |
Borosilicate 9" pasteur pipettes | Fisher Scientific | 13-678-20C | |
Small, round bottomed culture tubes | Fisher Scientific | 352059 | |
Large, round bottomed culture tubes | Corning | 14-959-11B | |
Elastase | Worthington Biochemical | LS002279 | |
Liberase TM | Roche | 5401119001 | Tissue dissociation solution |
Heparin | SAGENT Pharmaceuticals | NDC 25021-400-10 | |
Mouse Laminin | Corning | CB-354232 | |
12 mm round glass coverslips | Fisher | 12-545-80 | |
24-well culture plate | Fisher | 08-772-1 | |
Ad-mCherry | Vector Biolabs | 1767 | |
Ad-eGFP | Vector Biolabs | 1060 | |
Plastic, disposable transfer pipette | Fisher Scientific | ||
Micro scissors | Fisher Scientific | 17-467-496 | |
Dumont #4 Forceps | Roboz Instruments | RS-4904 | |
Tissue Forceps | Roboz Instruments | RS-8164 | |
Dissecting Iris Scissors | WPI, Inc. | 501264 | |
Dissecting Pins | Fine Science Tools | 26002-20 | |
NaCl | Sigma | 71376 | |
KCl | Sigma | 60128 | |
KH2PO4 | Sigma | 60353 | |
HEPES | Sigma | 54457 | |
glucose | Sigma | G0350500 | |
MgCl2 | Sigma | M8266 | |
CaCl2 | Sigma | C1016 | |
taurine | Sigma | T0625 | |
BSA | Sigma | A2153 | |
K-glutamate | Sigma | G1501 | |
K-aspartate | Sigma | A6558 | |
MgSO4 | Sigma | M7506 | |
creatine | Sigma | C0780 | |
EGTA | Sigma | E3889 | |
Mg-ATP | Sigma | A9187 | |
Amphotericin-B | Fisher Scientific | 1397-89-3 | |
Isoproterenol | Calbiochem | 420355 | |
Media199 | Sigma | M4530 | |
2,3-butanedione monoxime (BDM) | Sigma | B0753 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Sigma | SH30071 | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma | A5611 | |
Insulin | Sigma | I3146 | |
Transferrin | Sigma | I3146 | |
Selenium | Sigma | I3146 | |
Penicillin | GE Healthcare | SV30010 | |
Streptomycin | Hyclone | SV30010 |
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