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心筋収縮

オレンジサイエンスは、ライフサイエンスの中でも細胞生物学分野に関する研究機器に特化して販売およびサポートをしている会社です。このページでは、心筋がどのような筋肉か、また、心身収縮とはどのような仕組みで起こるのか、心筋収縮についてそのメカニズムと心筋収縮に関連する研究例や心筋収縮の測定に使用できる装置情報などをわかりやすくご紹介します。

心筋の働き

心臓は、血液を全身に巡らせるポンプのような働きを担っており、体内でも重要な組織の一つです。心臓は収縮と弛緩を繰り返し血液を送り出していますが、心臓の収縮と弛緩は心臓の筋肉である心筋によって行われています。

心筋とは

心筋とは、心外膜と心内膜に挟まれた心壁の中間層を構成している筋肉です。心筋は、心筋細胞と線維芽細胞の2種類の細胞から構成されており、電気刺激によって心壁の収縮と弛緩に作用しています。

心筋収縮とは・心筋収縮の仕組みとメカニズム

心筋収縮とは心筋細胞が収縮することで、心筋細胞内のカルシウムイオン（Ca2+）の濃度が変化することによって心筋のミオシン（太い）組織とアクチン（細い）組織間の結合度合いが変化し心筋が収縮します。ミオシン組織とアクチン組織とそれらを構成する心筋の基本的な収縮単位であるサルコメア、カルシウムイオンの濃度が心筋の収縮力に影響を及ぼしています。

​心筋収縮とは・心筋収縮の仕組みとメカニズム

心筋の研究

心臓血管疾患は、先進国における主要な死因の一つです。心臓病や心不全の発症は、個々の心筋細胞の機能不全が原因であることがほとんどです。個々の心筋細胞は、イオン調節、力生成、弛緩機能、細胞シグナル伝達、遺伝子発現を調べることができる心筋の最も小さく、完全な機能を持つモデルシステムです。

 

生化学的、分子的、血行動態的な変化は心筋細胞の機能を根本的に変化させるため、心筋細胞機能の制御因子を理解することは原因の発見と治療の開発において不可欠となります。心筋細胞を用いた研究により、心筋梗塞、心房細動、成人突然死症候群などの心筋症に関する重要な情報が得られ、さらなる研究開発が進んでいます。

 

心筋細胞の収縮や弛緩の仕組みについてはまだまだ研究途上といえますが、心筋のカルシウムイオンやサルコメアなどの測定・研究を通じて心疾患や心筋梗塞などの心臓に関わる疾患の仕組みの解明や新薬研究、再生医療の研究につながっていきます。

心筋収縮測定装置 MyoCyteシステム

MyoCyteシステムは心筋細胞の機能研究に必要な蛍光光度計とデジタルセルジオメトリー測定を同時に取得できるソリューションシステムです。心筋細胞のカルシウムと収縮力を記録でき、プライマリーの単離心筋細胞の収縮性、サルコメア長の測定と、収縮時に放出するカルシウムの測定が同時にできる唯一のシステムです。

特徴

  • プライマリーの単離心筋細胞の収縮性、サルコメア長の測定と、収縮時に放出するカルシウムの測定

  • カルシウムフォトメトリと細胞週収縮を同時に同期して測定可能

  • 成体心筋細胞、骨格筋、iPSC-CMなど様々な種類の細胞に対応

  • 高速かつ定量的なカルシウム測定

  • 直感的な過渡解析が可能なソフトウェア

  • 特定の研究ニーズに合わせてカスタマイズ可能

MyoCyteシステムのアプリケーション例

  • 心臓病関連の治療薬の検証

  • 試薬投入後の収縮性変化の検証

  • 心筋細胞の収縮性、サルコメア長、カルシウムの測定

​など、筋細胞の細胞長やサルコメア間隔をカルシウムデータと共に取得することを可能にします。

心筋収縮測定装置 MyoCyteシステムの詳細

　20年以上、国内外で数多くの実績がある、マイオサイトシステム(MyoCyte System)は、画像解析による、細胞の収縮、サルコメアの測定、また2波長光源でレシオメトリックス方による細胞の蛍光測定が可能です。

　お使いの蛍光顕微鏡にアドオンしてご使用になれます。

（※仕様条件がございますので、お問合せ下さい。）

​　近年では、この機能をそのままに、高性能カメラが一体となった全自動モデル、MultiCellシステムもリリースされております。

単離心筋細胞　収縮・カルシウム測定システム

心筋収縮測定

心筋収縮測定

CCDカメラで取得された画像の輝度値を２値化し、輝度値の差異がある個所を検出し、収縮値を計測します。

サルコメア測定

サルコメア測定

サルコメア横紋の明暗部分の輝度を波長表示し、収縮弛緩時の波形の変化を高速フーリエ変換し、値を測定します。

レシオメトリックスCa蛍光測定

レシオメトリックスCaカルシウム蛍光測定

レシオメトリック法により、340nm, 380nm, 340/380nmの値から、カルシウム蛍光計測をします。

動画 - MyoCyteシステム構成と測定方法

システムの構成、測定方法はこちらの動画をご覧ください。

MyoCyteシステム - ​使用論文一覧

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iPS心筋細胞 収縮性・伸張性測定システム
サイトモーション（CytoMotion）

CytoMotionはIonOptix  MyoCyteシステム（単離心筋細胞収縮・Ca測定システム）や MultiCell システム（全自動システム）へアドオンして使用することができる収縮性・伸展・伸張性測定ソフトウェアです。
CyoMotion Liteパッケージでは独立したシステムとしての使用もでき、重要なパラメータのリアルタイムでの分析が可能です。

iPS心筋細胞の収縮性・伸張性測定

　ヒト人工多能性幹細胞（hiPSC）およびヒト胚性幹細胞（hESC）由来の心筋細胞は、その表現型が不定形であり、アダルト心筋細胞と比較してコントラストが低いため、収縮性や伸展性の動態を把握することは特に困難ですが、IonOptixが新しく開発した CytoMotionソフトウェアにより、以下の重要なパラメータのリアルタイムでの分析を可能にします。

  • 最大収縮速度

  • 最大収縮速度までの時間

  • 収縮時間（パーセントピークまでの時間）

  • 最大弛緩速度

  • 最大弛緩速度までの時間

  • 弛緩／伸張時間（ベースラインの割合までの時間）

  • 拍動頻度とその変化（CytoSolverによる解析が必要です）

iPS心筋細胞 収縮測定システム CytoMotion 画像データ
iPS心筋細胞 収縮測定システム Cytomotion-acquisition
iPS心筋細胞 収縮測定システム CytoMotion 画像データ グラフ

　CytoMotionは下記のパッケージ（CyoMotion Lite）で独立したシステムとして使用でき、IonOptix  MyoCyteシステム（単離心筋細胞収縮・Ca測定システム） や MultiCell システム（全自動システム）へアドオンして使用することもできます。その場合は、CytoMotionソフトウエアだけの追加で、ご使用頂けます。

  • IonWizard／基本ソフトウエア

  • CytoMotion／サイトモーション・ソフトウエア

  • CytoCam／サイトモーション用カメラ

  • CytoSolver／バッチ解析用ソフト（1年間ライセンス契約）※オプション

iPS心筋細胞の収縮性・伸張性測定システムの特徴

  • 高速データ収集（1000Hz、一般的なサンプリングレートは200-250Hz)

  • リアルタイムのデータ収集

  • 高い空間分解能（2.4メガピクセルカメラセンサー）

  • 統合されたターンキーシステム

  • 収縮性の直接測定

  • ラベル不要の運動検出

  • MultiCellでの自動リファレンスフレーム取得

  • シンプルでユーザーフレンドリーなソフトウェア

iPS心筋細胞の収縮性・伸張性測定システムのメリット

  1. 精度：高い時間・空間分解能とシンプルで堅牢なアルゴリズムにより、ルシトロピーを含む動力学的変化と不整脈原性の特性をよりよく把握することができます。

  2. 簡便性：必要なコンポーネントがすべて揃ったシステムでコントラスト検出が簡単に使用できるため、すべての実験からより多くの成果を得ることができます。

  3. 信頼性：ラベルフリー測定は人工的な要因の少なさを意味し、すべてのシステムは知識豊富な科学者チームによってサポートされています。

論文一覧

※ MyoCyteシステムによる

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IonOptix社製品

MyoCyteシステム

単離心筋細胞　収縮・カルシウム測定システム

マイオサイトシステム(MyoCyte System)は、画像解析による、細胞の収縮、サルコメアの測定、また2波長光源でレシオメトリックス方による細胞の蛍光測定が可能です。

CytoMotion

CytoMotionは、iPS心筋細胞などの最大収縮速度や最大収縮速度までの時間、最大弛緩速度、弛緩／伸張時間などの重要なパラメータのリアルタイムでの分析を可能にします。

MyoStretcherシステム

MyoStretcher（マイオ・ストレッチャー）システムは、画期的な光学フォーストランスデューサーによって、心筋細胞の力を測定することができるシステムです。特に心筋細胞の測定用に設計されており、この分野では、現在最も精度が高いシステムと言えます。

C-Pace EM

シーペース・システム（C-Pace EM）は、汎用培養ディッシュに適合したカーボン電極（C-Dish）により、本体（C-Pace EM）で予め設定したプロトコルで、心筋細胞や骨格筋細胞に電気刺激を与えながら細胞の培養ができるシステムです。

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