2024-04-17 05:47點(diǎn)擊次數(shù)：1548

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    心肌細(xì)胞在我們心臟的正常運(yùn)行中扮演著舉足輕重的角色。它們具有一系列獨(dú)特的功能特性，就好比心臟這座龐大“工廠”中的核心員工，分別體現(xiàn)在收縮性能、鈣瞬變現(xiàn)象、電生理特性以及線粒體代謝等多個(gè)方面。這些特性猶如一張?jiān)敱M的心臟健康監(jiān)測(cè)表，通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行深入研究和精確評(píng)估，我們可以揭開(kāi)心臟運(yùn)作的奧秘面紗，全方位洞察心臟的內(nèi)在工作機(jī)制。

    然而，當(dāng)心臟遭遇疾病困擾，如心力衰竭、房顫（即心房顫動(dòng)，一種常見(jiàn)的心律失常癥狀）或者涉及代謝異常的心臟病，這些原本兢兢業(yè)業(yè)的心肌細(xì)胞就會(huì)出現(xiàn)功能上的微妙變化。因此，密切關(guān)注心肌細(xì)胞的工作狀態(tài)，其實(shí)就是在為心臟的健康狀況做一份細(xì)致入微的“體檢報(bào)告”。

    接下來(lái)，小智帶你了解各項(xiàng)心肌細(xì)胞功能學(xué)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。

一、IonOptix檢測(cè)心肌細(xì)胞收縮、鈣瞬變

 圖1 成人原代心肌細(xì)胞收縮和鈣瞬變檢測(cè)圖

    在心肌細(xì)胞的微觀世界里，鈣瞬變現(xiàn)象是一項(xiàng)至關(guān)重要的生理活動(dòng)，它猶如一把無(wú)形的鑰匙，解鎖了心肌細(xì)胞興奮與收縮之間的精密聯(lián)動(dòng)機(jī)制。當(dāng)心肌細(xì)胞經(jīng)歷一次完整的電生理活動(dòng)周期，即動(dòng)作電位自細(xì)胞膜向內(nèi)部傳遞時(shí)，隨之引發(fā)的是鈣離子濃度在細(xì)胞內(nèi)的瞬時(shí)變化。

    這種鈣離子濃度的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)，即鈣瞬變，深度參與并直接影響心肌細(xì)胞的收縮效能。其振幅的變化反映了L-型鈣通道及肌漿網(wǎng)膜上Ryanodine受體介導(dǎo)的鈣離子流入效率，而瞬變的時(shí)間進(jìn)程則與鈣離子泵的活性密切相關(guān)。在正常心臟功能條件下，鈣穩(wěn)態(tài)的維護(hù)是確保心肌細(xì)胞收縮功能正常運(yùn)行的基石。

    當(dāng)諸如冠狀動(dòng)脈疾病、心肌梗死、心力衰竭、心律失常等一系列心臟疾病或缺血再灌注等實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛蚱菩募〖?xì)胞內(nèi)的鈣穩(wěn)態(tài)時(shí)，將直接影響到心肌細(xì)胞的收縮能力和心臟的整體泵血功能。

    通過(guò)運(yùn)用IonOptix系統(tǒng)及其熒光指示劑技術(shù)，科學(xué)家們能夠?qū)崟r(shí)捕捉并解析心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的細(xì)微動(dòng)態(tài)變化，從而深入探究心臟生理機(jī)能及其潛在病變機(jī)理。因此，對(duì)心肌細(xì)胞收縮與鈣瞬變的研究不僅是一個(gè)重要的生理學(xué)指標(biāo)，更是理解心臟正常功能和疾病狀態(tài)下細(xì)胞興奮收縮狀態(tài)的關(guān)鍵途徑。

二、膜片鉗檢測(cè)心肌細(xì)胞電生理

圖2 成人原代心肌細(xì)胞電生理檢測(cè)

    心肌細(xì)胞電生理學(xué)研究，旨在記錄并解讀心肌細(xì)胞在其活動(dòng)過(guò)程中膜電位發(fā)生的微妙變遷，這一過(guò)程揭示了心肌細(xì)胞內(nèi)部電活動(dòng)的本質(zhì)規(guī)律。這其中，幾個(gè)核心參數(shù)值得特別關(guān)注：

1. 靜息電位 (Resting Potential, RP) 或 最大舒張電位 (Maximum Diastolic Potential, MDP)：這是心肌細(xì)胞在未被激活時(shí)的電位，反映了細(xì)胞內(nèi)外離子濃度的平衡狀態(tài)。

2. 動(dòng)作電位振幅 (Action Potential Amplitude, APA)：這是心肌細(xì)胞在興奮時(shí)產(chǎn)生的電位變化的幅度，反映了細(xì)胞的興奮性。

3. 動(dòng)作電位 0 期最大上升速率 (Maximum Rate of Rise of Action Potential, Vmax)：這是心肌細(xì)胞動(dòng)作電位上升階段的最大速率，反映了鈉離子通道的開(kāi)放情況。

4. 動(dòng)作電位時(shí)程 (Action Potential Duration, APD30、APD50、APD90)：這是心肌細(xì)胞動(dòng)作電位從開(kāi)始到結(jié)束的時(shí)間，反映了細(xì)胞復(fù)極的時(shí)長(zhǎng)。

    心肌細(xì)胞的電生理特性，以其靜息膜電位和動(dòng)作電位為核心參數(shù)，為我們打開(kāi)了探索心臟功能常態(tài)與異常的一扇窗口。靜息電位，作為衡量細(xì)胞在安靜狀態(tài)下的膜電荷平衡狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，透露出細(xì)胞能否維持內(nèi)在穩(wěn)定環(huán)境的關(guān)鍵信息。而動(dòng)作電位則是細(xì)胞在受到有效刺激后響應(yīng)的電氣指紋，它生動(dòng)描繪了細(xì)胞的興奮性、電沖動(dòng)的傳導(dǎo)能力和同步收縮效能，這些特性在心肌細(xì)胞完成每一次規(guī)律有力的收縮中起著決定性作用。

    通過(guò)對(duì)心肌細(xì)胞靜息電位和動(dòng)作電位的精細(xì)測(cè)量與深入分析，科學(xué)家能夠評(píng)估細(xì)胞的成熟發(fā)育程度、當(dāng)前的功能狀態(tài)，并據(jù)此揭示相關(guān)的病理生理特征。這一方法論尤其在針對(duì)心律失常、心力衰竭、心肌梗死等心臟疾病的研究中占據(jù)重要地位，因?yàn)檫@類疾病往往伴隨著心臟離子通道功能的紊亂。

    不僅如此，對(duì)心肌細(xì)胞電生理特性的研究還為心臟病理學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了新的突破點(diǎn)，有助于研發(fā)針對(duì)特定心臟疾病的新療法。通過(guò)模擬疾病狀態(tài)下心肌細(xì)胞電生理改變的藥物篩選，以及對(duì)候選藥物進(jìn)行毒性評(píng)估，科研人員能夠在實(shí)驗(yàn)室層面鑒定出可能改善或恢復(fù)心臟功能的新穎治療手段，為臨床實(shí)踐中防治心臟疾病提供更多有效的武器。

三、Seahorse檢測(cè)線粒體功能和心肌細(xì)胞代謝狀況

圖3. Seahorse法檢測(cè)新鮮分離的hPCMs（D0）和培養(yǎng)的hPCM（D5）的耗氧率[1]

    線粒體在心肌細(xì)胞中的核心作用無(wú)可替代，它是細(xì)胞的代謝中心，心肌細(xì)胞內(nèi)密布的線粒體通過(guò)氧化磷酸化途徑高效地生產(chǎn)三磷酸腺苷（ATP），這種高能化合物是驅(qū)動(dòng)心肌持續(xù)收縮和舒張活動(dòng)的能量貨幣，為心臟泵血提供了95 %以上的能量。線粒體是高度動(dòng)態(tài)的細(xì)胞器，能夠快速調(diào)節(jié)它們的形態(tài)、蛋白表達(dá)和活性以響應(yīng)環(huán)境變化，這使得心肌細(xì)胞線粒體特別容易受到穩(wěn)態(tài)失衡，包括氧化磷酸化的破壞、通透性轉(zhuǎn)換和線粒體氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，導(dǎo)致能量供應(yīng)障礙、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)異常、毒性物質(zhì)積累、自噬或線粒體自噬障礙、細(xì)胞程序性死亡，最終導(dǎo)致心臟功能下降，與許多心臟異常有關(guān)，包括心肌病、冠心病、心律失常、缺血再灌注和心力衰竭等[2]。因此，線粒體在多種心臟疾病的發(fā)病和發(fā)展中發(fā)揮重要作用，是促進(jìn)動(dòng)物和細(xì)胞培養(yǎng)心臟毒性的共同靶點(diǎn)。了解和監(jiān)測(cè)藥物誘導(dǎo)的線粒體心臟毒性是心臟安全的重要組成部分，對(duì)現(xiàn)代藥物研發(fā)至關(guān)重要。

    為了深入探究心肌細(xì)胞能量代謝及其與心臟疾病的關(guān)系，科研人員會(huì)采用諸如 Seahorse XF 細(xì)胞線粒體壓力測(cè)試這樣的先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞耗氧率（OCR）和胞外酸化率（ECAR），可以從多個(gè)維度揭示細(xì)胞內(nèi)線粒體呼吸功能、糖酵解水平以及整體能量代謝適應(yīng)性，從而在分子水平上剖析心肌細(xì)胞在各種生理和病理狀態(tài)下的代謝情況，為理解心臟疾病的發(fā)病機(jī)理以及新藥的研發(fā)提供寶貴的數(shù)據(jù)支持。

    綜上所述，心肌細(xì)胞功能的檢測(cè)在心血管疾病研究領(lǐng)域占據(jù)著不可或缺的地位，它對(duì)于闡明心臟正常生理過(guò)程、早期識(shí)別心血管疾病的存在、評(píng)判現(xiàn)有治療手段的效果以及開(kāi)拓創(chuàng)新治療方法都有著極其深遠(yuǎn)的影響。通過(guò)對(duì)心肌細(xì)胞內(nèi)在的生物學(xué)屬性和功能調(diào)控路徑的深度挖掘，科研人員有望揭示隱藏的病理機(jī)制，定位全新的藥物作用靶點(diǎn)，進(jìn)而推動(dòng)心血管疾病治療方案的發(fā)展與革新。

    在此背景下，百洋智心提供的試劑盒產(chǎn)品系列，如成人原代心肌細(xì)胞分離試劑盒基礎(chǔ)版、優(yōu)化版和升級(jí)版，以及針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的配套產(chǎn)品，為心肌細(xì)胞功能研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。無(wú)論是基礎(chǔ)科研還是臨床應(yīng)用需求，研究人員均可通過(guò)聯(lián)系百洋智心獲取1V1量身定制的技術(shù)服務(wù)及購(gòu)買相應(yīng)的試劑盒，從而順利開(kāi)展各項(xiàng)心肌細(xì)胞相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，推進(jìn)心血管疾病研究的前沿進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)

[1] Zhou B, Shi X, Tang X, et al. Functional isolation, culture and cryopreservation of adult human primary cardiomyocytes. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):254. 

[2] Tang X, Wang Z, Hu S, Zhou B. Assessing Drug-Induced Mitochondrial Toxicity in Cardiomyocytes: Implications for Preclinical Cardiac Safety Evaluation. Pharmaceutics. 2022;14(7):1313. 

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