跳到主页内容
美国国旗

美国政府的官方网站

Dot政府

gov意味着它是官方的。
联邦政府网站通常以.gov或.mil结尾。之前分享敏感信息,确保你在联邦政府政府网站。

HTTP服务器

该站点是安全的。
这个https(https)://确保您连接到官方网站,并且您提供的任何信息都是加密的并安全传输。

访问密钥 NCBI主页 MyNCBI主页 主要内容 主导航
.2018年9月15日:78:98-110。
doi:10.1016/j.actbio.2018.08.003。 Epub 2018年8月4日。

长期收缩活动和补充甲状腺激素可产生具有成年结构和功能的工程化大鼠心肌

附属公司

长期收缩活动和补充甲状腺激素可产生具有成年结构和功能的工程化大鼠心肌

克里斯托弗·杰克曼等。 生物学报. .

摘要

心脏组织工程领域发展迅速,但工程心脏组织结构和功能的不成熟阻碍了其广泛应用。在此,我们表明,低速率(0.2 Hz)收缩活动和补充甲状腺激素(T3)可显著促进工程化大鼠心脏组织(“心包”)的结构和功能成熟。在培养的前2周,心肌束逐渐成熟,导致细胞周期退出和自发活动丧失,在较长时间的培养中,收缩功能下降。在培养第3周和第5周之间通过0.2 Hz起搏维持低水平的收缩活动,再加上T3治疗,可显著增加心肌束和心肌细胞横截面积(分别增加68%和32%),增加细胞核数(增加22%),改善抽搐力(增加39%),缩短动作电位持续时间(减少32%),极化N-钙粘蛋白分布,从未成熟(缓慢骨骼)到成熟(快速)心肌肌钙蛋白I亚型表达。随着高级功能输出(传导速度53.7±0.8 cm/s,比力70.1±5.8 mN/mm2)定量超微结构分析显示,与自然年龄匹配(5周)和成年(3个月)心室肌细胞相比,肌节、T小管、M带和间盘的度量和丰度相似。与0.2 Hz方案不同,尽管使用了动态培养,慢性1 Hz起搏仍会导致心肌细胞显著丢失和坏死核心的形成。总的来说,我们的研究结果证明了新生大鼠心肌细胞在3D培养中显著的超微结构和功能成熟,并揭示了生物物理和激素联合输入对成人样心肌体外工程的重要性。

重要性声明:与人干细胞源性心肌细胞相比,新生大鼠心室肌细胞表现出高级成熟状态,适合于体外研究出生后心脏发育。尽管如此,在啮齿动物细胞培养中,尚未重述从新生儿到成年心肌细胞的成熟过程。在这里,我们表明,三维工程新生大鼠心脏组织的低频起搏和补充甲状腺激素协同作用可显著增加细胞和组织体积,强健地形成T小管和M线,改善肌节组织,加快和增强收缩。据我们所知,本研究中描述的5周龄的工程化心脏组织是第一个表现出接近或匹配成人心室心肌超微结构和功能特征的组织。

关键词:电刺激;心脏组织工程;成熟度;NRVM;T管;甲状腺激素;超微结构。

PubMed免责声明

数字

图1:
图1:。随着培养时间的延长,细胞周期在心肌束中退出。
(A)在指定培养日(d4-d26)接受24小时EdU脉冲处理的心束代表性横截面,固定在EdU脉冲结束时,并对EdU、F-actin(F-act)和细胞核(DAPI)进行染色。(B)在第4天(d4)或第18天(d18)接受24小时EdU脉冲的典型心脏束纵切面,固定在EdU脉冲结束时,并对EdU、肌动蛋白(SAA)、波形蛋白(Vim)和DAPI进行染色。(C)以下样品中用EdU标记的细胞核百分比的量化(A).n=每个时间点来自3个细胞分离的16个心束。
图2:
图2:。持续收缩活动可在培养3周时挽救静止引起的心电束功能丧失。
(A-B)抽搐力(A)和传导速度(CV,B类)在培养7天、14天或21天的心束中在2Hz起搏期间测量。在培养的前2周内,心肌束失去自发活动并静止1n=每组12-20个心包,来自4个细胞分离。*与7天相比p<0.05;#与14天相比,p<0.05。(C)2周、1 Hz心电束慢性起搏的实验方案。(D-E)抽搐力(D)和被动张力(E)作为伸长率的函数。(F-G)传导速度(CV,F类)和动作电位持续时间(APD,G公司)恢复曲线是起搏周期长度(CL)的函数。对于D-G公司,n=每组12个心束(3周龄),来自3个细胞分离。(H)F-actin(F-act)、波形蛋白(Vim)和细胞核(DAPI)的代表性心肌束横截面染色。(I)小麦胚芽凝集素(WGA)、F-actin(F-act)和细胞核(DAPI)的代表性高倍切片染色。(J-K)定量F-actin+每个核的面积(J)和F-actin比率+每个WGA的面积+地区(K)中描述的心束H(H)-n=每组4个心束,来自2个细胞隔离。*与静止状态相比,p<0.05。(左)肉质α-肌动蛋白(SAA)和N-钙粘蛋白(N-cad)的代表性纵切面染色。(百万)垂直于纵向心束轴的N-钙粘蛋白斑块分数。n=每组6个心包,来自3个细胞分离。*与静止状态相比,p<0.05。
图3:
图3:。T3对3周龄静止和机械活动心肌束功能的影响。
在培养1至3周期间,连续应用1 Hz起搏和5 ng/ml T3。(A-C)T3引起的APD变化(A类),简历(B类)和最大捕获速率(MCR,C类)在3周静止和机械活动的心束中。(D)2 Hz起搏时的典型心电束力轨迹。(电子版)T3诱导的3周静止和机械活动心束的抽搐持续时间和力振幅的变化。Q: 静止(非表面)心束;Q+T3:T3处理的静止心肌束;A: 主动(1Hz起搏)心束;A+T3:用T3治疗的活动心束。n=2-3个细胞隔离的每组8-12个心束。*与Q相比,p<0.05;#与A相比,p<0.05。
图4:
图4:。长期收缩活动和T3诱导5周心肌束成熟。
(A)从第14天开始进行为期3周的慢性起搏和/或补充T3束的实验方案。(B)2周对照组和5周心电束的典型光学动作电位轨迹。(C-D)APD公司(C类)和简历(D类)恢复曲线作为起搏CL的函数。(E-G)APD公司(E类)和简历(F类)响应2 Hz起搏(CL=500 ms)和最大捕获率(MCR,G)响应点起搏。(H-I)Twitch持续时间(H(H))和抽搐力振幅()2 Hz起搏期间测量的心电束。(J)仅肌肉特定力(仅肌肉F-actin标准化的抽搐幅度+区域)。(K)使用pan-TnI抗体检测心肌肌钙蛋白I(cTnI,顶带)和慢骨骼肌钙蛋白Ⅰ(ssTnI)亚型的代表性Western blot。GAPDH显示为加载控制。(左)使用di-4 ANEPPS对心脏束进行纵向代表性活膜染色。最右侧面板中的红色箭头表示横纹膜标记,指示T小管。2周,Ctrl:培养2周的无缺损心肌束;5周,Q:静止(无起搏)心肌束培养5周;5周,Q+T3:T3处理的静止心肌束;5周,A 0.2:培养5周时的活动(0.2赫兹)心电束;5周,A 0.2+T3:用T3治疗活动性心束。n=每组9-12个心包,来自3个细胞分离(C-G);n=每组16-20个心包,来自4个细胞隔离(H-J);*与第5周Q相比p<0.05,#与5周A 0.2+T3相比,p<0.05。
图5:
图5:。心肌束中心肌细胞的超微结构成熟。
(A)2周对照组和5周心肌束的典型低倍TEM图像。箭头表示T形管。(B-E)5周机械活动(0.2赫兹起搏)、T3处理的心束的典型高倍TEM图像显示(B类)T-T:T小管;SR:肌浆网;线粒体(C类)S:肌节;一: I波段;Z: Z线;A: A波段;M: M线;H: H区(D类)AJ夹层盘结构:粘连连接;GJ:间隙连接;DJ:桥粒连接(箭头),和(E类)线粒体具有发育良好的池。(F-H)心肌束和自然心室组织(包括NRV)中肌节结构的量化:2日龄新生大鼠心室;5周龄RV:5周龄大鼠心室;ARV:3个月大鼠心室。(F) 每节肌节H区、M线和T小管平均数量的量化;n=研究的1125(2周)、757(Q)、1240(A+T3)、911(NRV)、823(5周RV)和1220(ARV)节段。(G) Z波段宽度的量化。散点图显示所有数据点以及中位数和四分位数范围;研究n=303(NRV)、378(2周)、365(Q)、373(A+T3)、314(5周RV)和307(ARV)节段。(H)定量肌节长度。散点图显示所有数据点以及中位数和四分位数范围;n=310(NRV)、281(2周)、259(Q)、268(A+T3)、364(5周RV)和300(ARV)肉节被研究。2周:对照组非表面心肌束培养2周;Q: 静止(非表面)心束培养5周;A+T3:使用T3治疗的活动(0.2赫兹起搏)心电束。*与2周相比,p<0.05;#与A+T3相比,p<0.05。
图6:
图6:。5周心肌束的结构特征。
(A)在不同条件下培养5周的代表性心肌束横截面,对F-actin(F-act)、Vimentin(Vim)、EdU和细胞核(DAPI)进行染色。0.2 Hz起搏、T3治疗和补充EdU均在培养第14天开始。(B)F-act、小麦胚芽凝集素(WGA)和DAPI染色横截面的代表性高倍图像。(C-F)F-肌动蛋白+横截面积(C类),每节F-actin+区域内的细胞核(D类)肌动蛋白+区域(E)内每个核的F-actin+横截面积,以及心肌束中用EdU(F)标记的F-actin+区域内的细胞核百分比。Q: 静止(非表面)心束;Q+T3:T3处理的静止心肌束;A: 主动(0.2赫兹起搏)心束;A+T3:用T3治疗的活动心束。n=每组9-10个心包,来自4个细胞隔离;*与Q相比p<0.05;#与A相比p<0.05。

类似文章

引用人

工具书类

    1. Ogle BM、Bursac N、Domian I、Huang NF、Menasche P、Murry CE、Pruitt B、Radisic M、Wu JC、Wu SM、Zhang J、Zimmermann WH、Vunjak-Novakovic G,《提取复杂性以推进心脏组织工程》,Sci-Transl Med 8(342)(2016)342ps13。-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Jackman CP、Shadrin IY、Carlson AL、Bursac N,《人类心脏组织工程:从多能干细胞到心脏修复》,《化学工程的当前观点》7(2015)57–64。-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Weinberger F、Mannhardt I、Eschenhagen T,《工程心肌组织:一个成熟的研究领域》,Circ Res 120(9)(2017)1487-1500。-公共医学
    1. Krishnan A、Samtani R、Dhanantwari P、Lee E、Yamada S、Shiota K、Donofrio MT、Leatherbury L、Lo CW,《小鼠和人类心脏发育的详细比较》,《儿科研究》76(6)(2014)500–7。-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Bian W,Jackman CP,Bursac N,控制工程心脏组织的结构和功能各向异性,生物制造6(2)(2014)024109。-项目管理咨询公司-公共医学

出版物类型