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Live-Cell Imaging of the Contractile Velocity and Transient Intracellular Ca²⁺ Fluctuations in Human Stem Cell-Derived Cardiomyocytes

Acharya, Aviseka und Nemade, Harshal und Prasad, Krishna Rajendra und Khan, Khadija und Hescheler, Jürgen und Blackburn, Nick und Hemmersbach, Ruth und Papadopoulos, Symeon und Sachinidis, Apapios (2022) Live-Cell Imaging of the Contractile Velocity and Transient Intracellular Ca²⁺ Fluctuations in Human Stem Cell-Derived Cardiomyocytes. Cells, 11 (8), Seite 1280. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/cells11081280. ISSN 2073-4409.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2073-4409/11/8/1280

Kurzfassung

Live-cell imaging techniques are essential for acquiring vital physiological and pathophysiological knowledge to understand and treat heart disease. For live-cell imaging of transient alterations of [Ca²⁺]i in human cardiomyocytes, we engineered human-induced pluripotent stem cells carrying a genetically-encoded Ca²⁺-indicator (GECI). To monitor sarcomere shortening and relaxation in cardiomyocytes in real-time, we generated a alpha-cardiac actinin (ACTN2)-copepod (cop) green fluorescent protein (GFP⁺)-human-induced pluripotent stem cell line by using the CRISPR-Cas9 and a homology directed recombination approach. The engineered human-induced pluripotent stem cells were differentiated in transgenic GECI-enhanced GFP⁺-cardiomyocytes and ACTN2-copGFP⁺ -cardiomyocytes, allowing real-time imaging of [Ca²⁺]i transients and live recordings of the sarcomere shortening velocity of ACTN2-copGFP⁺ -cardiomyocytes. We developed a video analysis software tool to quantify various parameters of sarcoplasmic Ca²⁺ fluctuations recorded during contraction of cardiomyocytes and to calculate the contraction velocity of cardiomyocytes in the presence and absence of different drugs affecting cardiac function. Our cellular and software tool not only proved the positive and negative inotropic and lusitropic effects of the tested cardioactive drugs but also quantified the expected effects precisely. Our platform will offer a human-relevant in vitro alternative for high-throughput drug screenings, as well as a model to explore the underlying mechanisms of cardiac diseases.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/186266/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Live-Cell Imaging of the Contractile Velocity and Transient Intracellular Ca²⁺ Fluctuations in Human Stem Cell-Derived Cardiomyocytes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Acharya, AvisekaUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and center for molecular medicine cologne (cmmc), Cologne, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-4110-4968NICHT SPEZIFIZIERT
Nemade, HarshalUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and Center for Molecular Medicine Cologne (CMMC), Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prasad, Krishna RajendraUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and center for molecular medicine cologne (cmmc), Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Khan, KhadijaUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and center for molecular medicine cologne (cmmc), Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hescheler, Jürgenuniversity of cologne, institute of neurophysiology and center for molecular medicine cologne (cmmc), cologne, germanyhttps://orcid.org/0000-0001-7686-6562NICHT SPEZIFIZIERT
Blackburn, NickBioras Company, Kaarsbergsvej 2, 8400 Ebeltoft, DenmarkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hemmersbach, RuthGravitational Biology Department, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany.https://orcid.org/0000-0001-5308-6715NICHT SPEZIFIZIERT
Papadopoulos, SymeonUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and center for molecular medicine cologne (cmmc), Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sachinidis, ApapiosUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and Center for Molecular Medicine Cologne (CMMC), Cologne, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-3054-225XNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:9 April 2022
Erschienen in:Cells
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:11
DOI:10.3390/cells11081280
Seitenbereich:Seite 1280
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTmdpiNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
Name der Reihe:Cells
ISSN:2073-4409
Status:veröffentlicht
Stichwörter:hiPSCs, contractile velocity of cardiomyocytes, CRISPR-Cas9, genetically encoded Ca²⁺-indicator, drug, screening
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Gravisensorik
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Gravitationsbiologie
Hinterlegt von: Chiodo, Annette
Hinterlegt am:24 Mai 2022 17:11
Letzte Änderung:29 Sep 2022 11:43

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