Long-term functional and structural preservation of precision-cut human myocardium under continuous electromechanical stimulation in vitro

doi:10.1038/s41467-018-08003-1

.2019年1月10日；10(1):117.

doi:10.1038/s41467-018-08003-1。

体外连续电刺激下精确切割人心肌的长期功能和结构保存

附属公司

¹Walter-Brendel-实验医学中心，慕尼黑LMU大学医院，Marchionistr。27，81377，德国慕尼黑。
²Erich&Hanna Klessmann研究所，胸心外科诊所，NRW心脏和糖尿病中心，Ruhr-University Bochum，Georgstr。11，32545，Bad Oeynhausen，德国。
³瓦尔德斯特埃朗根纽伦堡弗里德里希·阿莱克山德大学细胞和分子生理研究所。8，91054，德国爱尔兰根。
⁴德国慕尼黑路德维希·马克西米利安大学解剖研究所（Pettenkoferstr）。11，80336，德国慕尼黑。
⁵人类遗传学研究所，Helmholtz Zentrum München，Ingolstädter Landstr。1，85764，Neuherberg，Germany德国。
⁶马尔基奥尼斯特·慕尼黑LMU大学医院心脏外科诊所。德国慕尼黑，邮编：1581377。
⁷马基奥尼斯特·慕尼黑LMU大学医院麻醉诊所。德国慕尼黑，邮编：1581377。
⁸德国心血管研究中心，合作网站慕尼黑心脏联盟，慕尼黑，80802，德国。
⁹Walter-Brendel-实验医学中心，慕尼黑LMU大学医院，Marchionistr。27，81377，德国慕尼黑。andreas.dendorfer@med.uni-muenchen.de。
¹⁰德国心血管研究中心，合作网站慕尼黑心脏联盟，慕尼黑，80802，德国。andreas.dendorfer@med.uni-muenchen.de。

PMID： 30631059
预防性维修识别码： PMC6328583型
内政部： 10.1038/s41467-018-08003-1

体外连续电刺激下精确切割人心肌的长期功能和结构保存

卡罗拉·菲舍尔等。国家公社. 2019.

.2019年1月10日；10(1):117.

doi:10.1038/s41467-018-08003-1。

附属公司

¹Walter-Brendel-实验医学中心，慕尼黑LMU大学医院，Marchionistr。27，81377，德国慕尼黑。
²Erich&Hanna Klessmann研究所，胸心外科诊所，NRW心脏和糖尿病中心，Ruhr-University Bochum，Georgstr。11，32545，Bad Oeynhausen，德国。
³瓦尔德斯特埃朗根纽伦堡弗里德里希·阿莱克山德大学细胞和分子生理研究所。8，91054，德国爱尔兰根。
⁴德国慕尼黑路德维希·马克西米利安大学解剖研究所（Pettenkoferstr）。11，80336，德国慕尼黑。
⁵人类遗传学研究所，Helmholtz Zentrum München，Ingolstädter Landstr。1，85764，Neuherberg，Germany德国。
⁶马尔基奥尼斯特·慕尼黑LMU大学医院心脏外科诊所。德国慕尼黑，邮编：1581377。
⁷马基奥尼斯特·慕尼黑LMU大学医院麻醉诊所。德国慕尼黑，邮编：1581377。
⁸德国心血管研究中心，合作网站慕尼黑心脏联盟，慕尼黑，80802，德国。
⁹Walter-Brendel-实验医学中心，慕尼黑LMU大学医院，Marchionistr。27，81377，德国慕尼黑。andreas.dendorfer@med.uni-muenchen.de。
¹⁰德国心血管研究中心，合作网站慕尼黑心脏联盟，慕尼黑，80802，德国。andreas.dendorfer@med.uni-muenchen.de。

PMID： 30631059
预防性维修识别码： PMC6328583型
内政部： 10.1038/s41467-018-08003-1

勘误表in

出版商更正：在体外连续机电刺激下，精确切割人心肌的长期功能和结构保存。
Fischer C、Milting H、Fein E、Reiser E、Lu K、Seidel T、Schinner C、Schwarzmayr T、Schramm R、Tomasi R、Husse B、Cao-Ehlker X、Pohl U、Dendorfer A。 Fischer C等人。国家公社。2019年1月28日；10(1):532. doi:10.1038/s41467-019-08510-9。国家公社。2019 PMID：30692546 免费PMC文章。

摘要

结合成人人体组织的复杂性和功能的体外模型非常适合于转化研究。当人体心肌的重要切片接近这些需求时，它们在组织培养中的快速退化妨碍了长期实验。在这里，我们报告了在生理预负荷、顺应性和持续兴奋条件下，人心肌结构和性能的保存。在仿生培养中，从移植的衰竭人类心脏制备的组织切片达到稳定的收缩状态，可以在体外监测长达4个月或2000000次心跳。培养心肌在生物力学、结构和mRNA表达方面发生特殊变化。通过反复评估不应期，对多模式hERG抑制剂戊脒诱导的复极损伤进行敏感分析，证明了该模型对药物安全性评估的适用性。仿生组织培养将为研究药物靶点、基因功能和成人心肌细胞可塑性提供新的机会。

PubMed免责声明

利益冲突声明

A.D.提出了一项专利申请，涉及将磁力传感器集成到细胞培养设备中（USN 15/781454）。其他作者声明没有竞争利益。

数字

图1
仿生培养体系。一培养室的示意图描绘了组织切片通过塑料三角形（1）与带磁性尖端的弹簧丝（2）和线性驱动装置（3）的连接。磁场变化由集成传感器（4）检测。场刺激由连接至恒流脉冲发生器（6）的石墨电极（5）提供。**b至c**基于标准盘和机加工POM的实现。d日组织切片固定和刺激电极的详细视图。**e（电子）**控制器电子元件示意图。来自磁场传感器的信号由微控制器处理，微控制器还通过多路电流源提供双极性刺激脉冲。**（f）**控制单元和八个仿生培养室（BMCC）组合在一块电路板上，可在标准CO中操作₂孵化器。克录音软件。数据通过USB传输到外部PC，用于记录和计划执行刺激协议。黑色条代表10 mm，绿色条100 mm距离

图2
在仿生培养之前和期间强制心脏切片的发育。一不同时间低温组织保存后心脏切片的最大收缩力和舒张挛缩。在器官浴中等长条件下进行测量。立即处理的组织数据（（1），n个 = 8）已在先前的研究中对肥厚心肌进行了评估。长期存放（40-55）后，切片中的张力挛缩增加小时，n个 = 12）与标准运输相比（18-32 小时，n个 = 15, **P（P）*<0.05,t吨测试）。组织不能耐受72 冷却小时数(n个 = 2). 数据显示为平均值 ± 扫描电镜。b条BMCC中抽搐力的高分辨率记录。**c（c）**连续记录4个月以上的收缩力。与中等交换间隔（36–48）相对应的收缩力周期性分解 h） ●●●●。用于评估不应期的刺激方案产生了正性收缩峰。d日在最初5周的培养期间，抽搐幅度和预载的时间进程（平均值 ± 从9个样品中提取的13个样品的SEM）。**e（电子）**对β收缩力的长期影响₁-培养第2天开始的受体刺激（去甲帕明，1 µM，五个独立实验的代表性示例）。**（f）**省略电刺激或中等搅拌30分钟时的收缩 h和15 min（代表性示例）。2a和2d的源数据作为源数据文件提供

图3
长期仿生培养前后心肌组织的生物力学。一在新鲜制备的器官浴中，在等距条件下测定1 mN预载下的收缩力(n个 = 10）和培养组织(n个 = 6）应用异丙肾上腺素（1）前后微米）(**P（P）*<0.05对照组与异丙肾上腺素）。b条–**c（c）**抽搐力的反应(b条)和舒张力(**c（c）**)组织拉伸(^#*P（P）*<0.05新鲜与培养，n个 = 10用于新鲜组织，n个 = 6用于培养组织）。d日抽搐力对搏动率变化的反应(n个 = 9用于新鲜组织，n个 = 6用于培养组织**P（P）*<0.05新鲜与培养，bpm = 每分钟拍数）。数据以平均值表示 ± SEM。通过双向方差分析评估效果。源数据作为源数据文件提供

图4
长期培养后的心肌组织结构。将衰竭心肌的新鲜样本（第一排）与培养五周或五周以上的组织（第二排）进行比较。结构性心肌细胞蛋白（α-肌动蛋白、连接蛋白-43）和结缔组织标记物（波形蛋白、α-平滑肌肌动蛋白（SMA））的染色显示在列标题中。第三排显示间充质细胞在培养组织的切面上积聚表达SMA或波形蛋白，N-钙粘蛋白在插片上有明显定位。DNA用蓝色表示。白条和黑条代表100 µm，灰色条10 µm距离。图片展示了三种独立染色

图5
评估hERG通道阻断的不应期和效果。一应用成对刺激脉冲并逐渐减少时滞的刺激协议。随后收缩的丧失表明与耐火期相等（1）。同样观察到休息后增强现象（2）和早搏衰减现象（3）。b条hERG-通道阻滞剂多非利特对不应期的剂量依赖性增加(n个 = 5，平均值 ± SEM）。**c（c）**多通道阻滞剂戊脒延缓不应期延长(**P（P）*<0.05 vs.基线，双向方差分析，n个 = 5，平均值 ± 扫描电镜）。d日–克在标准条件下仿生培养3周后组织切片动作电位的细胞内记录(d日)或暴露于戊脒1周后(**e（电子）**–克)（代表性意见）。**（f）**,克用戊脒慢性预处理的切片急性暴露于hERG阻断剂多非利特和K_{列车自动防护系统}-通道激活剂cromakalim。P（P）_米= 膜电位，RMP = 静息膜电位₉₀ = 90%复极时动作电位持续时间。面板5b、c的源数据作为源数据文件提供

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1. 萨拉马G，Bett GCL。长QT综合征发病机制的性别差异。美国生理学杂志。心脏循环。生理学。2014;307:H640–H648。doi:10.1152/ajpheart.00864.2013。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
1. Banyasz T等。成年大鼠心肌细胞在原代培养中的转化。实验生理学。2008;93:370–382. doi:10.1113/expphysical.2007.040659。-内政部-公共医学
1. Scuderi GJ，Butcher J.心肌细胞自然工程成熟。前细胞发育生物学。2017;5:50. doi:10.3389/fcell.2017.00050。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
1. Veerman CC等人。培养中人类干细胞衍生心肌细胞的未成熟：致命缺陷还是可解决的问题？干细胞开发2015；24:1035–1052. doi:10.1089/scd.2014.0533。-内政部-公共医学

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[3] 萨拉马G，Bett GCL。长QT综合征发病机制的性别差异。美国生理学杂志。心脏循环。生理学。2014;307:H640–H648。doi:10.1152/ajpheart.00864.2013。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

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[8] Scuderi GJ，Butcher J.心肌细胞自然工程成熟。前细胞发育生物学。2017;5:50. doi:10.3389/fcell.2017.00050。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[9] Veerman CC等人。培养中人类干细胞衍生心肌细胞的未成熟：致命缺陷还是可解决的问题？干细胞开发2015；24:1035–1052. doi:10.1089/scd.2014.0533。-内政部-公共医学

[10] Veerman CC等人。培养中人类干细胞衍生心肌细胞的未成熟：致命缺陷还是可解决的问题？干细胞开发2015；24:1035–1052. doi:10.1089/scd.2014.0533。-内政部-公共医学

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