Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.11
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pp.1229-1235
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2011
The extracellular matrix (ECM) is a key factor affecting cell growth and adhesion to the culture surface, and it is also important for maintaining the innate characteristics of cells. Here, we describe the effects of the ECM on cardiomyocyte (HL-1 cell line) growth, viability, phenotype, and contractile ability. Five different ECM materials were investigated to analyze their effects on the cell growth. The physical morphology of the ECM-coated surfaces was scanned with an atomic force microscope (AFM), and the attachment, growth, proliferation, viability, and phenotype of the cells were analyzed using fluorescence immunostaining and an inverted phase contrast microscope.
Background: It has been well documented that transient occlusion of the coronary artery causes myocardial ischemia and finally cell death when ischemia is sustained for more than 20 minutes. Extensive studies have revealed that ischemic myocardium cannot recover without reperfusion by adequate restoration of blood flow, however, reperfusion can cause long-lasting cardiac dysfunction and aggravation of structural damage. The author therefore attempted to examine the effect of postischemic reperfusion on myocardial ultrastructure and to determine the rationales for recanalization therapy to salvage ischemic myocardium. Materials and methods: Young Holstein-Friesian cows(130∼140 Kg body weight; n=40) of both sexes, maintained with nutritionally balanced diet and under constant conditions, were used. The left anterior descending coronary artery(LAD) was occluded by ligation with 4-0 silk snare for 20 minutes and recanalized by release of the ligation under continuous intravenous drip anesthesia with sodium pentobarbital(0.15 mg/Kg/min). Drill biopsies of the risk area (antero-lateral wall) were performed at just on reperfusion(5 minutes), 1-, 2-, 3-, 6-, 12-hours after recanalization, and at 1-hour assist(only with mechanical respiration and fluid replacement) after 12-hour recanalization. The materials were subdivided into subepicardial and subendocardial tissues. Tissue samples were examined with a transmission electron microscope (Philips EM 300) at the accelerating voltage of 60 KeV. Results: After a 20-minute ligation of the LAD, myocytes showed slight to moderate degree of ultrastructural changes including subsarcolemmal bleb formation, loss of nuclear matrix, clumping of chromatin and margination, mitochondrial destruction, and contracture of sarcomeres. However, microvascular structures were relatively well preserved. After 1-hour reperfusion, nuclear and mitochondrial matrices reappeared and intravascular plugging by polymorphonuclear leukocytes or platelets was observed. However, nucleoli and intramitochondrial granules reappeared within 3 hours of reperfusion and a large number of myocytes were recovered progressively within 6 hours of reperfusion. Recovery was apparent in the subepicardial myocytes and there were no distinct changes in the ultrastructure except narrowed lumen of the microvessels in the later period of reperfusion. Conclusions: It is likely that the ischemic myocardium could not be salvaged without adequate restoration of coronary flow and that the microvasculature is more resistant to reversible period of ischemia than subendocardium and subepicardium. Therefore, thrombolysis and/or angioplasty may be a rational method of therapy for coronarogenic myocardial ischemia. However, it may take a relatively longer period of time to recover from ischemic insult and reperfusion injury should be considered.
Fine structural characteristics of the heart tube and its cardiac muscle cells in spider, Araneus ventricosus are investigated by both of scanning and transmission electron microscopes. The heart tube of the spider is extended mid-dorsally along the anterior part of the abdomen, and is consisted of the thin outer layer of connective tissue (epicardium) and the thick muscle layer (myocardium). The myocardium in the spider has a typical fanlike spiral structure toward anterior part put across between the muscle fibers. Therefore, it did not give rise to the intima, and muscle cells are in direct contact to the hemolymph. The heart tube appeared to be three pairs of ostia and numerous hemocytes accumulated at the inner surface of the myocardial layer. Among several kinds of the hemocytes, the oenocytoids are the most predominant hemocytes accumulated along the myocardial folds which stretched toward heart lumen. The heart muscle cells are cross striated, branched, and multinucleated. They contain a lot of mitochondria, which provide for the continuous energy demands of the heart. Thread-like ganglion on the dorsal side of the heart tube gives off axons that innervate the heart muscle cells.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.1
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pp.83-87
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2010
We present here the effect of extracellular matrix (ECM) on the proliferation and physiology of HL-1 cardiac cells. HL-1 cell is from AT-1 mouse atrial cardiomyocyte tumor lineage. HL-1 cell can be serially passaged, yet they maintain the ability to contract which is a promising character of HL-1 cell for the cell based biosensors. HL-1 cells grow up on the ECM which can affect on the attachment and growth of HL-1. In this paper, we discuss HL-1 cell-ECM interactions with three different ECMs and non-treated surface. HL-1 cells are grown for 4 days after seeding then observed their attachment. Also they were immunostained by hoechst and EthD-1 for proliferation, phalloidin for Factin, and DAPI for nuclei. Fibronectin was revealed as the proper ECM material for HL-1 cell culture. This study can provide basic information for understanding the cell-ECM interactions and growth of HL-1 cells.
This study was conducted to examine whether the parthenogenetic mouse embryonic stem (P-mES) cells can differentiate into functional cardiomyocytes in vitro similar to (mES) cells. p-mES04 and IVF-derived mES03 cells were cultured by suspension culture for 4 days. The formed embryoid bodies (EBs) were treated with 0.75% dimethyl-sulfoxide (DMSO) for further 4 days (4-/4+), and then plated onto gelatin coated culture dish. The appearance of contracting cardiomyocytes from the P-mES04 and mES03 cells was examined for 30 days. The highest cumulative frequency was detected at days 13 (69.83%) and 22 (61.3%), respectively. By immunocytochemistry, beating P-mES04 cells were positively stained with muscle specific anti-sarcomeric a-actinin Ab and cardiac specific anti-cardiac troponin I Ab similar to contracted mES03 cells. When the expression of cardiac muscle-specific genes was analyzed by RT-PCR, beating P-mES04 cells were expressed cardiac specific L-type calcium channel, a1C, cardiac myosin heavy chain a, cardiac muscle heavy polypeptide $7{\beta}$, GATA binding protein 4 and atrial natriuretic factor, but not expressed skeletal muscle specific L-type calcium channel, a1S, which was similar to male adult heart cells and mES03-derived beating cardiomyocytes. The result demonstrates that the P-mES cells can be used as an alternative for the study on the characteristic analysis of in vitro cardiomyocyte differentiation from the ES cells.
배경: AT$_1$수용체의 길항제가 세포 수준에서 심근을 재관류 손사으로부터 보호할수 있다는 것으로 알려져 있지만, 생체내에서의 효과나 그 기전은 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 백서 심근 허혈 모델을 이용하여, AT$_1$ 수용체의 길항제들 중 하나인 irbesartan이 심근이 재관휴 손상에 미치는 효과를 알아보고, 재관류 손상을 매개하는 한 각지 기전으로서 세포자멸의 기여에 대하여 연구하고자 하였다. 대상 및 방법: Sprague-Dawley 백서에서 무작용 부형약(10% gum arabic: 1군, 개체수=14관) irbesartan(50mg/kg/day :II 군, 개체수=12)을 각각 3일 동안 24시간마다 경구로 투여하였다. 실험동물의 좌 관상 동맥을 45분간 결찰하였다가, 그 후 2시간 동안 재관류시킨 다음 심장을 적출 하였다. TTC(triphenyltetrazolium chloride) 염색법을 이용하여, 허혈 노출 부위에 대한 심근 경색 부위의 비율을 측정하였다. Agarose gel 전기영동상의 DNa 분절 양상과 TUNEL(TdT-mediated dUCP nick end labeling) 염색을 관찰하여 세포자멸이 일어난 정도를 평가하였다. 세포자멸을 조절하는데 관여하는 것으로 알려진 Bcl-2(B-cell lymphoma 2 gene), Bad 등의 단백과 ERK (extracellular signal-regulated kinase), p-38 등 신호전달체계에 작용하는 MAPKs(mitogen-activated protein kinases)의 발현을 측정하기 위하여 Western blot을 시행하였다. 결과: 허혈 노출부위에 대한 심근 경색부위의 비율은 II군(42$\pm$2.7%)이 I군( 64.1$\pm$4.65)에 비해 유의하게 작았다.(p< 0.05), Agarose gel 전기영동상의 DNA laddering 양상은 I군에서 보다 높게 발현되었다. Bad와 ERK2의 발현은 두 군간에 유의한 차이가 없었다. 결론: AT$_1$수용체 길항제인 irbesartan은 생체에서 심근의 재관류 손상을 줄이는 효과가 있었다. 이 효과는 적어도 부분적으로 나만 심근세포의 세포자멸이 감소한 것에 기인한 것으로 설명할 수 있으며, 이 항-세포 자멸 효과는 Bcl-2의 발현증가와 관련이 있는 것으로 추정되었다.
Background: Loss of cardiomyocytes in the myocardial infarction leads to regional contractile dysfunction, and necrotized cardiomyocytes in infracted ventricular tissues are progressively replaced by fibroblasts forming scar tissue. Although cardiomyoplasty, or implantation of ventricular assist device or artificial heart was tried in refractory heart failure, the cardiac transplantation was the only therapeutic modality because these other therapeutic strategies were not permanent. Cell transplantation is tried instead of cardiac transplantation, especially bone marrow is the most popular donated organ. But because bone marrow aspiration procedure is invasive and painful, and it had the fewer amounts of cellular population, the adipose tissue is recommended for harvesting of mesenchymal stem cells. Material and Method: After adipose tissues were extracted from abdominal subcutaneous adipose tissue and intra-abdominal adipose tissue individually, the cellular components were obtained by same method. These cellular components were tried to transformation with the various titers of 5-azacytidine to descript the appropriate concentration of 5-azacytidine and possibility of transformation ability of adipose tissue. Group 1 is abdominal subcutaneous adipose tissue and Group 2 is intra-abdominal adipose tissue-retroperitoneal adipose tissue and omentum. Cellular components were extracted by collagenase and $NH_4Cl$ et al, and these components were cultured by non-induction media - DMEM media containing 10% FBS and inducted by none, $3{\mu}mol/L,\;6{\mu}mol/L,\;and\;9{\mu}mol/L$ 5-azacytidine after the 1st and 2nd subculture. After 4 weeks incubation, tile cell blocks were made, immunostaining was done with the antibodies of CD34, heavy myosin chain, troponin T, and SMA. Result: Immunostaining of the transformed cells for troponin T was positive in the $6{\mu}mol/L\;&\;9{\mu}mol/L$ 5-azacytidine of Group 1 & 2, but CD34 and heavy myosin chain antibodies were negative and SMA antibody was positive in the $3{\mu}mol/L\;&\;6{\mu}mol/L$ 5-azacytidne of Group 2. Conclusion: These observations confirm that adult mesenchymal stem cells isolated from the abdominal subcutaneous adipose tissues and intra-abdominal adipose tissues can be chemically transformed into cardiomyocytes. This can potentially be a source of autologous cells for myocardial repair.
Background: Myocardial cell death after myocardial infarction or reperfusion is classified into necrosis and apoptosis. Bcl-2 protein is a cytoplasmic protein, which inhibits apoptosis and is expressed in acute stage of myocardial infarction but not in normal heart. This study was performed to investigate whether Bcl-2 protein was expressed respectively to the reperfusion time. Materials and methods: Thirty nine New Zealand white rabbits weighing 1.5-4.8 kg (mean, 2.9kg) were alloted into 7 groups (n=5 in each group) which underwent left anterior descending coronary artery(LAD) occlusion for 30 minutes, followed by reperfusion. The animals were sacrificed at 1, 4, 8, 12, 24 hours, and 3, 7 days after occlusion. Ventricle was excised immediately after intervention. Tissues were fixed in 10% buffured formalin and embedded in paraffin. Bcl-2 protein was detected by immunohistochemical stain with using monoclonal antibody against Bcl-2 protein. Results: The positive immunohistochemical reactivity for Bcl-2 protein was observed in 12, 24 hours, and 3 days reperfusion groups. Bcl-2 protein was detected in salvaged myocytes surrounding the infarcted area. Conclusions: Bcl-2 protein is expressed at the late acute stage of infarct. Therefore, the expression of Bcl-2 protein may not protect acute cell death, but may play a role in the prevention of late cell death after myocardial is chemia-reperfusion.
New born rat heart cells were dissociated using trypsin and/or collegenase to elucidate the dissociation efficiency of these two enzymes. And the effect of dimethyl sulfoxide during and immediately after cell dissociation was also investigated to clarify the so-called protective activity of dimethyl sulfoxide on cell performance. The results can be summarized as follows. 1. Cold trypsin 18 hours pretreatment followed by warm collagenase treatment resulted best cell viability and cell yield. 2. Single, warm trypsin treatment gave the poorest result. 3. Dimethyl sulfoxide did not seem to play any protective role during or immediately after rat heart cell dissociation. It had very damaging effect on rat heart cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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