人原代心肌细胞相关功能学检测实验
人原代心肌细胞
相关功能学检测实验
心肌细胞在我们心脏的正常运行中扮演着举足轻重的角色。它们具有一系列独特的功能特性，就好比心脏这座庞大“工厂”中的核心员工，分别体现在收缩性能、钙瞬变现象、电生理特性以及线粒体代谢等多个方面。这些特性犹如一张详尽的心脏健康监测表，通过对它们进行深入研究和精确评估，我们可以揭开心脏运作的奥秘面纱，全方位洞察心脏的内在工作机制。
然而，当心脏遭遇疾病困扰，如心力衰竭、房颤（即心房颤动，一种常见的心律失常症状）或者涉及代谢异常的心脏病，这些原本兢兢业业的心肌细胞就会出现功能上的微妙变化。因此，密切关注心肌细胞的工作状态，其实就是在为心脏的健康状况做一份细致入微的“体检报告”。
接下来，小智带你了解各项心肌细胞功能学检测实验。
一、IonOptix检测
心肌细胞收缩、钙瞬变
图1 成人原代心肌细胞收缩和钙瞬变检测图
在心肌细胞的微观世界里，钙瞬变现象是一项至关重要的生理活动，它犹如一把无形的钥匙，解锁了心肌细胞兴奋与收缩之间的精密联动机制。当心肌细胞经历一次完整的电生理活动周期，即动作电位自细胞膜向内部传递时，随之引发的是钙离子浓度在细胞内的瞬时变化。
这种钙离子浓度的瞬时动态，即钙瞬变，深度参与并直接影响心肌细胞的收缩效能。其振幅的变化反映了L-型钙通道及肌浆网膜上Ryanodine受体介导的钙离子流入效率，而瞬变的时间进程则与钙离子泵的活性密切相关。在正常心脏功能条件下，钙稳态的维护是确保心肌细胞收缩功能正常运行的基石。
当诸如冠状动脉疾病、心肌梗死、心力衰竭、心律失常等一系列心脏疾病或缺血再灌注等实验模型打破心肌细胞内的钙稳态时，将直接影响到心肌细胞的收缩能力和心脏的整体泵血功能。
通过运用IonOptix系统及其荧光指示剂技术，科学家们能够实时捕捉并解析心肌细胞内钙离子浓度的细微动态变化，从而深入探究心脏生理机能及其潜在病变机理。因此，对心肌细胞收缩与钙瞬变的研究不仅是一个重要的生理学指标，更是理解心脏正常功能和疾病状态下细胞兴奋收缩状态的关键途径。
二、膜片钳检测心肌细胞电生理
图2 成人原代心肌细胞电生理检测
心肌细胞电生理学研究，旨在记录并解读心肌细胞在其活动过程中膜电位发生的微妙变迁，这一过程揭示了心肌细胞内部电活动的本质规律。这其中，几个核心参数值得特别关注：
1. 静息电位 (Resting Potential, RP) 或 最大舒张电位 (Maximum Diastolic Potential, MDP)：这是心肌细胞在未被激活时的电位，反映了细胞内外离子浓度的平衡状态。
2. 动作电位振幅 (Action Potential Amplitude, APA)：这是心肌细胞在兴奋时产生的电位变化的幅度，反映了细胞的兴奋性。
3. 动作电位 0 期最大上升速率 (Maximum Rate of Rise of Action Potential, Vmax)：这是心肌细胞动作电位上升阶段的最大速率，反映了钠离子通道的开放情况。
4. 动作电位时程 (Action Potential Duration, APD30、APD50、APD90)：这是心肌细胞动作电位从开始到结束的时间，反映了细胞复极的时长。
心肌细胞的电生理特性，以其静息膜电位和动作电位为核心参数，为我们打开了探索心脏功能常态与异常的一扇窗口。静息电位，作为衡量细胞在安静状态下的膜电荷平衡状态的标准，透露出细胞能否维持内在稳定环境的关键信息。而动作电位则是细胞在受到有效刺激后响应的电气指纹，它生动描绘了细胞的兴奋性、电冲动的传导能力和同步收缩效能，这些特性在心肌细胞完成每一次规律有力的收缩中起着决定性作用。
通过对心肌细胞静息电位和动作电位的精细测量与深入分析，科学家能够评估细胞的成熟发育程度、当前的功能状态，并据此揭示相关的病理生理特征。这一方法论尤其在针对心律失常、心力衰竭、心肌梗死等心脏疾病的研究中占据重要地位，因为这类疾病往往伴随着心脏离子通道功能的紊乱。
不仅如此，对心肌细胞电生理特性的研究还为心脏病理学领域带来了新的突破点，有助于研发针对特定心脏疾病的新疗法。通过模拟疾病状态下心肌细胞电生理改变的药物筛选，以及对候选药物进行毒性评估，科研人员能够在实验室层面鉴定出可能改善或恢复心脏功能的新颖治疗手段，为临床实践中防治心脏疾病提供更多有效的武器。
三、Seahorse检测线粒体功能
和心肌细胞代谢状况
图3. Seahorse法检测新鲜分离的hPCMs（D0）和培养的hPCM（D5）的耗氧率[1]
线粒体在心肌细胞中的核心作用无可替代，它是细胞的代谢中心，心肌细胞内密布的线粒体通过氧化磷酸化途径高效地生产三磷酸腺苷（ATP），这种高能化合物是驱动心肌持续收缩和舒张活动的能量货币，为心脏泵血提供了95 %以上的能量。线粒体是高度动态的细胞器，能够快速调节它们的形态、蛋白表达和活性以响应环境变化，这使得心肌细胞线粒体特别容易受到稳态失衡，包括氧化磷酸化的破坏、通透性转换和线粒体氧化应激的产生，导致能量供应障碍、细胞内信号传导异常、毒性物质积累、自噬或线粒体自噬障碍、细胞程序性死亡，最终导致心脏功能下降，与许多心脏异常有关，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，线粒体在多种心脏疾病的发病和发展中发挥重要作用，是促进动物和细胞培养心脏毒性的共同靶点。了解和监测药物诱导的线粒体心脏毒性是心脏安全的重要组成部分，对现代药物研发至关重要。
为了深入探究心肌细胞能量代谢及其与心脏疾病的关系，科研人员会采用诸如 Seahorse XF 细胞线粒体压力测试这样的先进技术。该技术通过实时监测细胞耗氧率（OCR）和胞外酸化率（ECAR），可以从多个维度揭示细胞内线粒体呼吸功能、糖酵解水平以及整体能量代谢适应性，从而在分子水平上剖析心肌细胞在各种生理和病理状态下的代谢情况，为理解心脏疾病的发病机理以及新药的研发提供宝贵的数据支持。
综上所述，心肌细胞功能的检测在心血管疾病研究领域占据着不可或缺的地位，它对于阐明心脏正常生理过程、早期识别心血管疾病的存在、评判现有治疗手段的效果以及开拓创新治疗方法都有着极其深远的影响。通过对心肌细胞内在的生物学属性和功能调控路径的深度挖掘，科研人员有望揭示隐藏的病理机制，定位全新的药物作用靶点，进而推动心血管疾病治疗方案的发展与革新。
在此背景下，百洋智心提供的试剂盒产品系列，如成人原代心肌细胞分离试剂盒基础版、优化版和升级版，以及针对不同应用场景的配套产品，为心肌细胞功能研究提供了强有力的技术支撑。研究人员可通过联系百洋智心获取1V1量身定制的技术服务及购买相应的试剂盒，从而顺利开展各项心肌细胞相关的实验项目，推进心血管疾病研究的前沿进展。
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参考文献
[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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