title: Langzeit-Kultur von humanem Vorhofmyokard
Creators: name: Klumm, Maximilian Johannes
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024

description: „Organotypische“ Kultur von humanem Ventrikelmyokard entwickelt sich zu einer vielversprechenden Methode in der Grundlagen-und translationalen kardialen Forschung. Jedoch besitzen nur wenige Institutionen Zugang zu humanem ventrikulärem Gewebe, wohingegen Vorhofgewebe, welches eine wichtige Rolle für die Untersuchungen der atrialen Physiologie innehat, besser verfügbar ist. Diese Arbeit präsentiert eine Methode zur Langzeit- Kultur von schlagendem humanem Vorhofmyokard. Studiendesign und Methoden: Nach schriftlicher Einverständniserklärung der Patienten wurden Gewebeproben des rechten Herzohres (RAA) im Rahmen von herzchirurgischen Operationen mit Einsatz der Herz- Lungen-Maschine (HLM) gewonnen. Anschließend wurden Trabekel (musculi pectinati) aus den Gewebeproben des Herzohres präpariert und in Kultur gebracht (Standardbedingungen: Temperatur 37° C, diastolische Vorspannung 500 μN). Nach zwei Tagen mit einer Stimulationsfrequenz von 30/min wurde die Stimulationsfrequenz auf 60/min erhöht. Die Kontraktionskraft wurde während der Experimente dauerhaft gemessen und aufgezeichnet, die beta-adrenerge-Antwort, Refraktärzeit (RP) sowie die maximale Frequenz (fmax) wurden in regelmäßigen Abständen untersucht. Nach Kulturende wurden die Viabilität, die elektromechanische Funktion sowie die Genexpression von wichtigen Genen im Rahmen des intrazellulären Ca2+-Handlings und der Elektrophysiologie untersucht. Die Gewebe- Mikrostruktur wurde mittels Konfokalmikroskopie analysiert. Ergebnisse: Wir kultivierten 19 durchgängig kontrahierende Trabekel aus acht Gewebeproben für 12 Tage und vier durchgängig kontrahierende Trabekel aus drei Gewebeproben für insgesamt 21 Tage. Funktionelle Parameter wurden direkt nach Kulturbeginn (0d) mit denen nach 12 Tagen (12d) in Kultur verglichen. Die Kontraktionskraft am Installationstag betrug 384±69 μN gegenüber 255±90 μN nach 12 Tagen in Kultur (p=0.8, n=22). Die Refraktärzeit wurde an Tag 0 mit 480±97 ms vs. 408±78 ms(p=0.3, n=9) gemessen, die maximale Frequenz zeigte 3.0±0.5 Hz an Tag 0 sowie 3.8 ± 0.5 Hz nach 12 Tagen in Kultur (p = 0.18, n = 9). Der Einsatz von 100 1 nM Isoprenalin bei 11 Trabekeln an Tag 7 steigerte signifikant sowohl die Kontraktionskraft von 168 ± 35 μN auf 361 ± 60 μN (p&lt;0.01), als auch die maximale Frequenz von 6.4±0.6 Hz auf 8.5±0.4Hz (p&lt;0.01). Die Refraktärzeit verkürzte sich von 319 ± 22 ms auf 223 ± 15 ms. Die Genexpression des CACNA1c (L-Typ-Ca2+-Untereinheit) sowie von GJA1 (Connexin- 43) war nach 12 Tagen nicht signifikant verändert verglichen mit Tag 0. Die Expression der ATP2A (SERCA) sowie des KCNJ4 (Kir2.3) war hochreguliert, die Expression des KCNJ2 (Kir2.1) war herunterreguliert. Gleichzeitige Visualisierung von Ca2+-Strömen sowie der Kraftmessung zeigte eine erhaltene elektromechanische Kopplung von langzeitkultivierten Trabekeln. Konfokalmikroskopische Untersuchungen deuteten auf eine erhaltene Kardiomyozytenstruktur sowie unveränderte Mengenverhältnisse von extrazellulärer Matrix (ECM) und gap junctions hin. Die Viabilität nach Kulturende konnte mittels eines MTT- Assays bestätigt werden. Zusammenfassung: Wir konnten einen Arbeitsablauf entwickeln, mit dem es möglich ist, eine stabile Langzeit- Kultur von bis zu drei Wochen sowie funktionelle Untersuchungen von schlagendem humanem Vorhofmyokard durchzuführen. Diese Methode kann unter Umständen zu neuen Einblicken in die Physiologie bzw. Pathophysiologie des menschlichen Vorhofmyokards führen.