hiPSC來源心肌球:電活動-鈣瞬變同步檢測新方案
實驗概要:
人誘導多能干細胞(hiPSC)來源的心肌球,可在三維結(jié)構(gòu)下模擬心肌組織的細胞微環(huán)境、自律性搏動及興奮-收縮耦聯(lián)生理特征,是研究心肌生理功能、心律失常發(fā)病機制及藥物心臟安全性評價的理想體外模型。
心肌的生理活動以動作電位為電活動起始,經(jīng)由鈣觸發(fā)鈣釋放產(chǎn)生胞內(nèi)鈣瞬變,進而驅(qū)動心肌節(jié)律性收縮,電活動與鈣信號的時序匹配、動態(tài)穩(wěn)態(tài)是維持心肌正常節(jié)律與收縮功能的核心基礎。因此同步檢測心肌球動作電位與鈣信號,對解析心肌興奮-收縮耦聯(lián)機制、評估心肌細胞成熟度、進行藥物心臟安全性評價等具有重要意義。
實驗目的:
本實驗以hiPSC分化心肌細胞構(gòu)建三維心肌球模型,采用Rhod-2 AM與RH237熒光雙染方法,使用MappingLab細胞收縮與鈣成像標測系統(tǒng)同步檢測動作電位與鈣信號,建立穩(wěn)定的電-鈣活動同步檢測技術。
實驗對象:
hiPSC定向分化獲得的心肌細胞,經(jīng)超低吸附培養(yǎng)體系自組裝形成三維心肌球,培養(yǎng)至第7天,選取節(jié)律搏動穩(wěn)定者作為檢測對象。
實驗原理:
Rhod-2 AM鈣指示劑可特異性標記胞內(nèi)鈣瞬變特征,RH237電壓敏感染料能隨細胞膜電位變化反映動作電位特征;借助細胞收縮與鈣成像標測系統(tǒng)分光采集成像,可同步捕捉心肌球電活動與鈣信號動態(tài)。

Protocol(心肌球動作電位與鈣信號檢測案例)
一、實驗前準備
(一)主要試劑:
Pluronic F127、Rhod-2 AM、RH237、無水DMSO、RPMI 1640培養(yǎng)基、B27添加劑、FBS、Y-27632、TrypLE™ Select消化酶、1.8 mM含鈣臺氏液。
(二)主要溶液配方:
1. 培養(yǎng)基:RPMI 1640+B27
2. 消化酶:TrypLE™ Select 酶 (10X)
3. 含鈣臺氏液(1.8mM)

二、實驗步驟
(一)三維心肌球制備
1. 取hiPSC誘導分化的心肌細胞,經(jīng)TrypLE™ Select酶溫和消化后,離心收集細胞并進行細胞計數(shù),用RPMI 1640+B27 +10%FBS+10 μM Y-27632培養(yǎng)基重懸。
2. 將細胞懸液接種至超低吸附96 孔超低吸附U型底板,每孔加入100 μL 細胞懸液(約含10000~20000 個細胞),轉(zhuǎn)速為1000 rpm,離心3 min,使細胞聚集于孔底,次日更換培養(yǎng)基為RPMI 1640+B27。
3. 將培養(yǎng)板置于37 ℃、5% CO2恒溫培養(yǎng)箱靜置培養(yǎng),24~48 h內(nèi)細胞可自發(fā)聚集形成規(guī)則三維心肌球,培養(yǎng)48 h后顯微鏡下可觀察到自主節(jié)律性搏動。
4. 培養(yǎng)期間每2天半量更換新鮮RPMI 1640+B27培養(yǎng)基,清除代謝廢物、補充營養(yǎng),成球后培養(yǎng)至第7天,選取800 μm左右、搏動穩(wěn)定的心肌球用于后續(xù)染色與檢測實驗。

(二)Rhod-2 AM與RH237共染
1. Rhod-2 AM母液及工作液配制:取Rhod-2 AM粉末,用無水DMSO充分溶解配制成5 mM 母液,避光分裝后-20 ℃凍存;實驗前取分裝母液,用含0.1% Pluronic F127的預熱含鈣臺氏液稀釋至終濃度2.5 μM,輕柔渦旋混勻備用。
2. 從培養(yǎng)箱取出心肌球,用37 ℃預熱含鈣臺氏液輕柔洗滌1~2 次,去除殘留培養(yǎng)基、代謝廢物及血清成分,避免干擾染料負載。
3. 棄去洗滌液,加入配制好的Rhod-2 AM工作液,wan quan浸沒心肌球,置于37 ℃培養(yǎng)箱避光孵育30 min。
4. 孵育結(jié)束后吸棄染液,用預熱含鈣臺氏液漂洗1 次,去除胞外游離染料及殘留AM酯。
5. RH237母液及工作液配制:RH237粉末用無水DMSO溶解,配制成1~10 mM母液,避光分裝-20 ℃保存;實驗前用預熱含鈣臺氏液稀釋至工作濃度0.5~5 μM,渦旋混勻。
6. 再次用預熱含鈣臺氏液輕柔洗滌心肌球1~2 次,棄廢液,加入wan quan覆蓋心肌球的RH237工作液。
7. 37 ℃條件下避光孵育15~30 min,完成細胞膜電壓探針標記。
8. 孵育完畢吸棄染液,用預熱臺氏液充分漂洗心肌球,洗去未特異性結(jié)合的游離染料,降低背景熒光干擾,保留膜上特異性熒光信號。
(三)熒光信號同步檢測(全程避光操作)
將充分漂洗后的心肌球轉(zhuǎn)移至盛有37 ℃預熱含鈣臺氏液的檢測浴槽中,采用雙路520 nm LED光源激發(fā)樣本熒光,通過細胞收縮與鈣成像標測系統(tǒng)實時采集、同步記錄心肌球動作電位與鈣瞬變熒光動態(tài)信號。

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