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Langendorff离体心脏灌流技术助力大动物心室肌楔形组织块光标测实验

2025-09-10     来源:本站     点击次数:125

实验概要:
心脏电生理紊乱(如 QT 间期延长、早后除极等)是室性心律失常乃至猝死的重要诱因。传统研究模型存在诸多局限:离体心肌细胞失去整体组织结构,难以反映跨室壁电生理差异;在体动物模型则受神经体液调节干扰,难以精准解析局部电活动机制。

心室肌楔形组织块,是一种通过冠状动脉灌注离体心脏组织、保留心肌电活动特性的实验模型,可用于模拟生理或病理状态下的心脏电传导。作为心脏电生理研究的重要工具,它在揭示跨室壁复极离散与室性心律失常机制方面具有绝对优势,其应用涵盖药物安全性评价(如 QT 间期延长药物)、缺血再灌注保护策略优化及遗传性心律失常机制探索等方面,为临床防治提供关键实验依据。

实验目的:
利用Langendorff离体心脏灌流技术维持猪心脏、心室肌楔形组织块在离体状态下的正常生理活动;利用高分辨荧光标测技术检测心室肌楔形组织块动作电位时程、动作电位时程离散、传导速度、传导离散度、钙瞬变时程、钙瞬变时程离散、钙传导速度、传导离散度、ECG等电生理指标。

实验动物:
巴马猪、成年猪、羊等大动物(本次分享为巴马猪心脏心室肌楔形组织块实验案例)

实验方法:
Langendorff离体心脏灌流技术;高分辨荧光标测技术。

实验原理:
1、Langendorff离体心脏灌流技术原理:离体动物心脏在恒温恒流条件下,将心脏套管插入主动脉,逆行灌流含氧的灌注液,由冠状动脉灌流心肌,灌流液经冠状静脉窦从右心房、右心室、肺动脉端流出,以维持离体心脏在外界正常的生理活动。

2、高分辨荧光标测技术原理:在可兴奋样本上负载荧光染料,通过高速相机记录荧光变化来反应样本中电压或各种离子浓度的变化,可同步记录动作电位与钙信号等电生理指标的改变。

Protocol(心室肌楔形组织块的光标测实验案例)

一、实验前准备
(一)主要试剂:
肝素钠溶液、KH液、舒泰50、氯化钾溶液、高钾停搏液、Blebbistatin试剂、Pluronic F-127试剂、Rhod-2AM试剂、RH-237试剂等。

(二)主要器材:

血管夹、灌流针、眼科剪、眼科镊、显微镊、手术剪、注射器、手术缝线(6-0)等。

(三)主要溶液配方:
1、KH液

2、肝素钠溶液:生理盐水配制,1000 U/mL
3、氯化钾溶液:生理盐水配制,2M
4、高钾停搏液

二、巴马猪心脏心室肌楔形组织块模型的制备
(一)猪心脏获取与处理
1、实验猪的体重:8~15kg,肌肉注射舒泰50(0.1mL/kg)。待实验猪麻醉后耳缘静脉注射肝素钠溶液(1000 U/kg),15 min后静脉注射2M氯化钾溶液(1mL/kg)处死。

2、将实验猪仰卧固定于实验台上,倒“T”形开胸,暴露心脏。提起肺叶,沿肺后部快速剪下心脏,并置于预冷的KH液中。

3、迅速找到主动脉,剪去多余组织;在镊子辅助下迅速将主动脉连接到灌流针上,用扎带固定心脏,逆行灌注含氧(95%O2,5%CO2)KH液使心脏复跳,排出残血。

(二)心室肌楔形组织块Langendorff灌流
1、残血排尽后,将心脏转移至Langendorff灌流系统,待心脏状态稳定后(可应用多通道电生理标测技术进行电生理信号检测),灌注低温高钾停搏液(10mmol/L KCl)以减少损伤。

2、心脏停跳后,选取心脏冠状动脉分支较多的组织,修剪长约10-20mm、宽约5-10mm、厚约3-5mm 的心室肌楔型组织块,用灌流针固定组织块,置于含氧饱和(95%O2,5%CO2)KH液的恒温浴槽中,持续充氧灌注。

灌流速率:2-3 mL/min,灌流温度:37±0.5 ℃。

大动物心室肌楔形组织块光标测实验Protocol

心室肌楔形组织块转移至含氧饱和(95%O2,5%CO2)KH液的恒温浴槽

三、高分辨荧光标测记录(全过程均在避光环境下进行)

(一)心室肌楔形组织块停跳及荧光染色
1、为了防止光学记录过程中出现运动伪影,在100mL灌流液中加入300-600 μL Blebbistatin(终浓度为10-20 μM),循环灌流15min。

2、在灌流罐中加入50 μL Pluronic F-127(终浓度为0.01%),循环灌流10 min。

3、将100 μL钙指示剂Rhod-2AM(终浓度为1 μM)从加药口缓慢注射,循环灌流15 min。最后加入100 μL电压敏感染料RH-237(终浓度为2 μM)循环灌流15 min。

(二)数据采集
1、用两个520 nm LED灯光激发心室肌楔形组织块荧光信号,通过光路系统中的二相色镜和不同波长的滤光片分离荧光信号,由两个高速sCMOS科研相机分别采集动作电位信号和钙离子信号。

激发光下的心室肌楔形组织块

四、注意事项
1、用去离子水冲洗系统(冷-热-冷),使系统保持洁净,并通过调节蠕动泵,使出液口达到相应的灌流速度;
2、KH液使用前需要提前充氧( 95% O2 +5% CO2 )饱和,使灌流液达到氧饱和状态;
3、排出灌流系统内空气,使灌流液充满整个管路;
4、打开循环水加热系统,调节循环水温度,使流出的灌流液温度为 37 ℃左右;
5、在光标测实验过程中,通过灌流系统注射停跳剂和荧光染料时注意避光;
6、通过灌流系统注射停跳剂和荧光染料时,需缓慢匀速注射,防止堵塞冠脉造成心肌梗死。

★大动物使用心室肌楔形组织块进行电生理标测的优势:
1、 直接观测跨室壁电生理差异,精准评估复极离散度:心室肌楔形组织块保留了心内膜、心外膜等跨壁心肌结构,可记录动作电位及跨壁心电图;
2、 同一心脏可制备多块样本,提高实验重复性:能有效减少不同个体间的生物学差异对实验结果的干扰,使各组间的比较更具可靠性;
3、 同步关联细胞电活动:使用楔形块分离心室肌细胞,记录细胞水平的电生理信号,实现细胞电活动与整体心电信号的直接关联。

当前,该技术已广泛应用于缺血再灌注损伤、心律失常机制探索、新型抗心律失常药物研发等领域。心室肌楔形组织块标测技术的标准化与推广,将推动心脏电生理研究从 “现象描述” 向 “机制解析”升级,为心血管疾病基础研究与临床转化提供更坚实的实验基础。

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