čtvrtek, září 08, 2005

Agarový "biočip" pro pozorování srdečních svalových buněk(a neuronů)

Srdeční svalové buňky(srdeční myocyty) se smršťují –„tepají“ všechny synchronně, se stejnou frekvencí. Výsledkem je tepání celého svalu-srdce.Ovšem v obyčejných tkáňových kulturách bylo obtížné studovat, jak je tento soulad vytvořen na základě komunikace mezi jednotlivými buňkami, protože ty tvoří nepřehlednou síť, na které se nedají vztahy na úrovni jednotlivých buněk jednoznačně určovat. K pochopení vzniku této synchronie(a jejímu vzniku v závislosti na počtu komunikujících buněk) pomohlo jen 9 srdečních myocytů umístěných na „mikročipu“ v biologickém slova smyslu: tedy agarové destičce, ve které byly zahloubeny komůrky a kanálky které tyto komůrky spojovaly.

Uspořádání pokusu

Do čtvercové sítě 3 krát 3 izolovaných komůrek bylo umístěno 9 krysích myocytů.Samostatná svalová buňka nepulsovala v pravidelných intervalech nýbrž s výchylkami(fluktuacemi) frekvence tepání asi 50%. Ovšem po propojení dvou komůrek s různě tepajícími myocyty se jejich frekvence nejen synchronizovaly ale i zmenšily nepravidelnosti ve svých kmitech. Takže nakonec celková síť ve které byly zapojeno všech 9 myocytů kmitala synchronně a s fluktuací pouze 10%, což je hodnota vyskytující se i v klasických tkáňových kulturách,které obsahují mnohem více buněk.

Propojování komůrek


Komůrky obsahující po jednom myocytu byly postupně v průběhu experimentu propojovány 2 μm širokými kanálky vypálenými infračerveným laserem do agarové destička(vlnová délka světla laseru byla zvolena tak, aby nebylo pohlcováno ani vodou ani agarem ale až chromem tvořícím podklad: výsledkem byl mikrokanálek nacházející se těsně u tohoto chromového podkladu ).

Sladění

Po propojení dvou komůrek(a v nich obsažených buněk tedy) kanálky docházelo postupně k synchronizaci jejich tepání až za 90 minut dosáhla tato synchronizace svého maxima(b)-myocyty vykazovaly mnohem stabilnější frekvenci tepání než oba předchozí nepropojené(a). Tak byly stále další buňky zapojovány do sítě, až k maximální stabilitě při zapojení všech 9 komůrek(c).


Zajímavý je také průběh synchronizace: pokud se propojí dva původně samostatné myocyty, tak jeden z nich přestane na chvíli tepat a osvojí si frekvenci druhého myocytu(B,C:video1). Pokud se ovšem spojí dvě skupiny synchronizovaných buněk(ovšem tyto skupiny jsou vzájemně asynchronní) sladí se bez zastavení(D,E:video2)


Velkou výhodou tohoto čipového uspořádání pokusu je, že dokáže od sebe oddělit dva typy interakcí: pomocí mezibuněčných tzv. mezerových spojů(gap junctions)-ty umožňují přímé metabolické i elektrické spojení buněk stejného typu-ke komunikaci tedy nejsou nutné žádné speciální signální látky(v tomto pokusu tedy myocyty komunikovaly právě tímto způsobem) a přímým mechanickým kontaktem.

Skupina takovýchto synchronizovaných buněk se chová jako pacemaker: dokáže stabilizovat frekvenci tepů i větší, asynchronní skupiny srdečních buněk.

(pacemaker=udávač tempa:srdce má přirozeně takovýto pacemaker, který přijímá signály z mozku,na jejichž základě upravuje rytmus bití srdce(při fyzické námaze etc) a poté udává tempo celému srdečnímu stavu, nebo také voperované zařízení, které provádí totéž, je-li přirozený pacemaker nefunkční)


[Stejné uspořádání pokusu by bylo možno použít i při pozorování aktivit neuronů-v tomto případě slouží laserem vypálené rýhy jako cestičky pro růst axonů(výběžků neuronů) a vytvoření tak zcela ovlivnitelné axony pospojované sítě neuronů.]



Zdroje: A novel method of cultivating cardiac myocytes in agarose microchamber chips for studying cell synchronization

Stability of beating frequency in cardiac myocytes by their community effect measured by agarose microchamber chips


Modification of neuronal network direction using stepwise photo-termal etching of an agarose architecture

0 Comments:

Okomentovat

<< Home