心臓切片作製｜生存性と組織構造を保つ心筋スライスをCompresstome®で
- 6 日前
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生きた心筋組織を、電気生理・イメージング・培養・機能評価へ
心臓切片作製では、目的とする厚さに切るだけでなく、心筋細胞の生存性、線維配向、細胞間結合、細胞外マトリックスをできる限り保つことが、その後の解析精度を左右します。一方、柔らかさと線維性を併せ持つ心筋組織は、切断時に変形や圧縮、チャタリングが生じやすく、均一な心筋スライスを繰り返し得るには、試料の支持方法とブレードの安定性が重要です。
Precisionary社の振動ミクロトーム Compresstome® VF-510-0Z は、アガロース包埋による全周支持、独自の圧縮技術、Auto Zero-Z®テクノロジーを組み合わせ、生・固定心臓組織の安定した切片作製を支援します。生心筋スライスを用いた電気生理学、Ca²⁺イメージング、スライス培養、収縮力評価から、固定厚切片を用いた免疫組織化学、組織透明化、共焦点イメージングまで、幅広い心臓研究へつなげることができます。
心臓切片・心筋スライスとは
心臓切片（cardiac tissue slice / myocardial slice）は、心臓組織を一定の厚さと方向で切り出した標本です。特に生心筋スライスは、単離心筋細胞よりも本来の多細胞環境や筋線維構造、細胞間シグナルを保持しながら、心臓全体ではアクセスしにくい局所領域を直接観察・刺激・測定できる ex vivo組織モデル として活用されています。
解析目的に応じて、必要な試料状態と切片厚は異なります。
切片の種類 | 研究目的 | 参考研究における厚さの例 | 主な下流解析 |
|---|---|---|---|
生・急性心筋スライス | 生理機能を保った局所解析 | 300 µm | 電気生理、膜電位・Ca²⁺光学マッピング、培養、収縮評価 |
固定心臓厚切片 | 三次元構造やタンパク質局在の観察 | 100 µm | ホールマウント観察、共焦点イメージング、血管構造解析 |
固定心臓厚切片 | 遺伝子編集後の組織評価 | 150 µm | 免疫組織化学、組織透明化、三次元イメージング |
※厚さは後述する各論文の実施例です。最適条件は、動物種、心臓の部位、試料サイズ、固定の有無、酸素拡散、解析方法によって異なります。
心臓切片作製で直面しやすい課題
心筋の変形や線維配向の乱れ
心筋は柔らかい組織でありながら、方向性を持つ筋線維を含みます。支持が不十分な状態でブレードを進めると、組織が押され、傾き、圧縮されることで、切断面や本来の組織構築に影響する可能性があります。
切片表面のチャタリングと細胞損傷
ブレードの前後振動にZ軸方向のブレが加わると、切片表面に周期的な凹凸が生じやすくなります。表面細胞の損傷や厚さのばらつきは、パッチクランプ、光学マッピング、蛍光イメージングなどのデータ品質に影響します。
生存性と切断精度の両立
生心筋スライスでは、摘出後の時間、温度、酸素化、緩衝液、切断速度、ブレード、切片厚を一体として検討する必要があります。精密に切れても、切断工程で組織への負荷が大きければ、期待する機能評価につながりません。
切断方向と厚さの再現性
心尖部から心基部へ横断する短軸切片、あるいは心外膜面に対して接線方向に切る切片など、研究目的によって切断面は変わります。同じ位置と方向から均一な厚さの切片を得ることは、群間比較や薬剤評価の再現性を高めるうえで重要です。
Compresstome®が心臓切片作製を支援する理由
1．アガロース包埋で心臓組織を全周から支持
Compresstome®では、試料を専用チューブ内でアガロースに包埋して切断します。アガロースが組織の周囲を360度から支えるため、ブレードが接触した際の試料の移動や変形を抑えやすくなります。柔らかく線維性のある心筋でも、切断方向を保持しながら滑らかな切片面を得るための土台となります。
2．独自の圧縮技術で切断時の安定性を向上
アガロース包埋した試料を適度に支持・圧縮した状態でブレードへ送ることにより、切断中の試料の揺れを抑えます。これは、従来型ビブラトームで起こりやすい押しつぶしやチャタリングを低減し、均一な心臓組織切片を作製するうえで役立ちます。
3．Auto Zero-Z®でZ軸方向のブレを低減
VF-510-0Zは、Z軸方向のたわみを1 µm未満に抑えるAuto Zero-Z®テクノロジーを搭載しています。ブレードの不要な上下動を抑えることで、切片表面の損傷や凹凸を低減し、生細胞の機能解析や高解像度イメージングに適した切片作製を支援します。
4．全自動の試料送りで厚さの再現性を確保
VF-510-0Zは、切断と厚さ調整を自動化したモデルです。SingleとContinuousの切断モードを選択でき、1 µm単位の厚さ設定に対応します。反復実験や連続切片作製における操作依存性を抑え、限られた心臓試料を効率よく活用できます。
5．生組織・固定組織と複数の解析目的に対応
切断速度や振動数を調整でき、ステンレス、セラミック、タングステンカーバイドなど複数のブレードに対応します。生心筋スライスの電気生理・培養・イメージングだけでなく、固定心臓厚切片の免疫染色や組織構造解析にも使用できます。
心臓切片作製の基本フロー
Step 1．下流解析から切片条件を設計する
動物種、心臓の部位、生組織または固定組織、切断方向、目標厚、必要な切片数を決めます。電気生理・Ca²⁺イメージングでは生存性と酸素拡散、免疫組織化学・三次元イメージングでは抗体浸透性や観察深度を考慮します。
Step 2．心臓を摘出・灌流または固定する
生切片では、摘出から切断までの時間を短縮し、研究目的に適した冷却・酸素化緩衝液を使用します。固定切片では、標的分子や染色方法に合わせて灌流固定または浸漬固定を行います。
Step 3．切断面を決めてアガロースに包埋する
目的とする心臓領域が同じ方向で切断されるように試料をトリミング・配置し、低融点アガロースで包埋します。横断切片では心臓の長軸に対する角度、接線方向の心筋スライスでは局所的な心筋細胞配向を意識します。
Step 4．緩衝液中で切断条件を最適化する
目標厚、組織状態、動物種に合わせてブレード、前進速度、振動数を調整します。最初の切片で表面状態、厚さ、組織の変形を確認し、必要に応じて条件を微調整します。
Step 5．回復・培養後に目的のアッセイへ移行する
生心筋スライスは、切断後に酸素化した溶液中で回復させ、電気生理、膜電位・Ca²⁺イメージング、組織培養、収縮力測定などへ移行します。固定厚切片は、免疫染色、組織透明化、共焦点イメージングなどに使用します。
条件設定について
Wenらのマウス心室研究では、旧モデルVF-300を用い、4%低融点アガロースに包埋した心室から300 µmの短軸切片を作製しています。これは特定の研究プロトコルにおける実施例です。VF-510-0Zでは装置仕様が異なるため、数値をそのまま転用せず、試料と解析目的に合わせた条件検討が必要です。
心臓切片を用いた主な研究アプリケーション
電気生理学・光学マッピング
生心筋スライスを用いて、活動電位持続時間、伝導速度、不整脈イベント、心外膜側と心内膜側の膜電位差などを領域別に解析できます。電圧感受性色素とCa²⁺感受性色素を組み合わせれば、膜電位と細胞内Ca²⁺トランジェントの時空間変化を評価できます。
Ca²⁺イメージング・心筋スライス培養
心筋症などの疾患モデルから生心筋スライスを作製し、組織培養下でカルシウム動態や細胞間の機能的連携を観察できます。単離細胞では失われやすい組織構造を保った状態で、疾患機序や治療介入候補を検討できます。
収縮力・薬剤応答・心毒性評価
切片の両端を固定して電気刺激を行うことで、収縮力や弛緩、刺激頻度への応答を測定できます。薬剤処理前後の機能変化を比較するex vivo評価系として、基礎研究から創薬・安全性研究まで活用できます。
作製した心筋スライスの収縮力測定には、IonOptix社 Cardiac Slice Systemを組み合わせることができます。
心臓発生・心室壁の形態形成
心室壁の精密切片を用いることで、心筋細胞の配列、細胞間相互作用、心室壁形成に関与する分子の局在を観察できます。先天性心疾患につながる細胞組織化の異常や、β1インテグリンなどの機能解析に利用されています。
心筋梗塞・血管新生・再生研究
心筋梗塞モデルの心臓厚切片を作製し、梗塞境界領域の血管内皮細胞や新生血管を共焦点顕微鏡で三次元的に観察できます。治療候補因子の投与による血管クローン拡大や組織修復反応の定量にも応用されています。
遺伝子編集・免疫組織化学・三次元組織解析
固定心臓組織から厚切片を作製し、ホールマウント免疫染色、組織透明化、三次元イメージングへ接続できます。遺伝子編集後の標的タンパク質発現や心筋への治療効果を、細胞種と組織構造の両方を保ちながら評価できます。
Compresstome®を用いた心臓研究事例
生心筋スライスの作製、組織培養、Ca²⁺イメージング
James Smyth博士の研究室では、心筋症を細胞内レベルで研究し、病変心の機能回復につながる治療標的を探索しています。動画では、Compresstome®を用いた生心筋スライスの作製から、組織培養、Ca²⁺イメージングへの応用までを紹介しています。
心室壁の形態形成と先天性心疾患の研究
ヒューストン大学のMingfu Wu博士は、Compresstome®で精密な心臓組織切片を作製し、心室壁の発達を研究しています。ウェビナーでは、細胞組織化の乱れと先天性心疾患の関係、心筋細胞間相互作用、心臓の形態形成におけるβ1インテグリンの役割が解説されています。
マウス心室の膜電位・Ca²⁺トランジェントの経壁勾配解析
Wenらは、マウス心室を4%低融点アガロースに包埋し、旧モデルCompresstome® VF-300で心尖部から心基部まで300 µmの短軸切片を作製しました。高解像度光学マッピングと組み合わせ、左心室の心外膜側・心内膜側、心室中隔、右心室における膜電位とCa²⁺トランジェントの経壁・領域差を解析しています。
論文：Wen Q, et al. Transverse cardiac slicing and optical imaging for analysis of transmural gradients in membrane potential and Ca²⁺ transients in murine heart. J Physiol. 2018;596(17):3951–3965.
子宮内アデニン塩基編集後の心臓組織評価
Boseらは、致死性リソソーム病であるムコ多糖症I型のマウスモデルに対する子宮内アデニン塩基編集を評価しました。固定組織をアガロースに包埋し、Compresstome®で150 µmの精密切断組織スライスを作製。心臓組織では心筋トロポニンを含むホールマウント免疫染色、組織透明化、イメージングに使用しています。
論文：Bose SK, et al. In utero adenine base editing corrects multi-organ pathology in a lethal lysosomal storage disease. Nat Commun. 2021;12:4291.
虚血心における冠動脈内皮応答と血管再生の解析
Liらは、心筋梗塞後の冠動脈内皮細胞応答と血管新生を研究しました。固定心臓を4%アガロースに包埋し、旧モデルCompresstome® VF-300で100 µmのホールマウント切片を作製。梗塞境界領域を共焦点顕微鏡で撮像し、VEGF-C投与後の血管内皮細胞クローンの拡大を定量しています。
論文：Li Z, et al. Multi-species meta-analysis identifies transcriptional signatures associated with cardiac endothelial responses in the ischaemic heart. Cardiovasc Res. 2023;119(1):136–154.
心臓切片作製に適した現行モデル：VF-510-0Z
Precisionary社の心臓アプリケーションでは、Compresstome® VF-510-0Zが、生存性を重視した心臓組織切片、電気生理、精密切断組織スライス、器官型スライス培養向けのモデルとして活用できます。
生組織と固定組織の両方に対応
切断と厚さ調整を全自動化
Single / Continuousモードを選択可能
1 µm単位のデジタル厚さ設定
Auto Zero-Z®によりZ軸方向のたわみを1 µm未満に低減
15.5 mmおよび20 mm径の試料チューブに対応
複数のブレード材質に対応
取り外し可能なバッファートレイで洗浄・溶液交換が容易
旧モデルについて
紹介した動画と一部論文ではVF-300が使用されていますが、VF-300は2022年1月で販売終了となった旧モデルです。新規導入では、Auto Zero-Z®と全自動切断を備えたVF-510-0Zが現行の選択肢です。
心筋スライスの作製から機能測定まで
オレンジサイエンスでは、心臓切片作製に使用するPrecisionary社 Compresstome®に加え、作製後の心筋スライスを用いた収縮力・電気刺激応答の測定に対応するIonOptix社 Cardiac Slice Systemを取り扱っています。
心臓組織の切片作製
Compresstome® VF-510-0Z
↓
心筋スライスの回復・培養・試料調製
↓
収縮力・電気刺激応答・Ca²⁺測定
IonOptix Cardiac Slice System / MyoCyte System
切片作製だけでなく、その後に取得したいデータから装置構成をご検討いただけます。
心臓切片作製の条件検討・装置選定をご相談ください
心臓切片の最適な作製条件は、動物種、試料の大きさ、切断部位、生・固定の別、必要な厚さ、下流アッセイによって変わります。お問い合わせの際に、以下の情報をお知らせいただくと、モデル選定やデモ条件を具体的に検討できます。
動物種と心臓の部位
生組織または固定組織
試料のおおよその直径・長さ
希望する切片厚と切断方向
電気生理、Ca²⁺イメージング、培養、収縮力測定、免疫染色などの下流解析
現在の切片作製で生じている課題
心臓切片作製に関するよくある質問
心筋スライスは何µmで作製しますか？
目的によって異なります。参考論文では、生マウス心室の光学マッピングに300 µm、固定心臓のホールマウント観察に100 µm、固定組織の免疫染色・透明化に150 µmの切片が使用されています。生切片では酸素拡散と機能維持、固定厚切片では抗体浸透性や観察深度も考慮して条件を決定します。
Compresstome®は生心臓組織と固定心臓組織の両方に使えますか？
はい。VF-510-0Zは生組織と固定組織の両方に対応しています。生心筋スライスでは電気生理、Ca²⁺イメージング、培養、収縮評価に、固定厚切片では免疫組織化学、組織透明化、共焦点イメージングなどに利用できます。
心臓組織をアガロースに包埋する理由は何ですか？
アガロースで組織の周囲を支持し、切断中の移動、傾き、変形を抑えるためです。切断面と組織配向を維持しやすくなり、チャタリングの少ない均一な切片作製につながります。
心臓切片で電気生理とCa²⁺イメージングを行えますか？
はい。Wenらは、Compresstome® VF-300で作製した300 µmのマウス心室横断切片と光学マッピングを組み合わせ、膜電位とCa²⁺トランジェントを領域別に解析しました。現行モデルVF-510-0Zも、心臓組織の電気生理・イメージング用途向けに案内されています。
論文に登場するVF-300と現行のVF-510-0Zは同じ装置ですか？
同じCompresstome®シリーズですが、VF-300は販売終了となった旧モデルです。VF-510-0Zは全自動切断に加えてAuto Zero-Z®を搭載した現行モデルで、Precisionary社は電気生理、精密切断組織スライス、器官型培養向けの主要モデルとして推奨しています。
マウス以外の心臓組織にも使用できますか？
Compresstome®は、マウス、ラット、モルモット、ブタ、ヒトなど複数の動物種由来組織に対応します。ただし、装置に装填できる試料サイズがあるため、心臓全体ではなく目的部位をトリミングする場合があります。試料寸法と目的に応じたモデル選定が必要です。
作製した心筋スライスの収縮力も測定できますか？
作製後の心筋スライスは、IonOptix社 Cardiac Slice Systemを用いて収縮力や電気刺激応答を測定できます。MyoCyte Systemとの構成により、収縮とCa²⁺動態を組み合わせた評価も検討できます。
参考文献・参考動画
Precisionary Instruments: Tissue Sectioning Solutions for Heart/Cardiac Studies
Precisionary Instruments: Exploring the World of Cardiac Tissue Slicing
Compresstome VF-300-0Z: Sectioning Live Myocardial Slices for Cardiac Research
Bose SK, et al. In utero adenine base editing corrects multi-organ pathology in a lethal lysosomal storage disease. Nat Commun. 2021;12:4291.
Li Z, et al. Multi-species meta-analysis identifies transcriptional signatures associated with cardiac endothelial responses in the ischaemic heart. Cardiovasc Res. 2023;119(1):136–154.
Wen Q, et al. Transverse cardiac slicing and optical imaging for analysis of transmural gradients in membrane potential and Ca²⁺ transients in murine heart. J Physiol. 2018;596(17):3951–3965.
組織切片作製ソリューション
Precisionary社のビブラトームを使用して、組織研究用の健康で生存可能な組織スライスを作成します。
組織研究のための高品質で生存可能な組織スライスの入手
Precisionary Instruments 社のビブラトームは、サンプルの生理学的完全性を維持する正確で生存可能な組織切片を作成するように設計されており、下流の解析において最も信頼性の高いデータを確保します。
高精度ビブラトーム
Compresstome® は、サンプルの生存性と健全性を保ちながら、薄い組織スライスを作成するように設計されており、脳や肺の組織研究に理想的です。この完全自動システムは、研究で正確な結果を得るために重要な、組織切片の生理的完全性を確実に維持します。
VF-510-0Z
VF-510-0Zは特許取得済みの圧縮技術によりビビリ・チャタリングなしで切片を作製し、急性組織上の多くの生存細胞を維持。良質な実験結果を保証します。
VF-800-0Z
VF-800-0Z は、市場で唯一の大口径ビブラトーム組織切片作成スライサーです。ハイスループットな組織切片作製（最大20サンプル以上の同時切片作製）と大きな組織サンプルサイズ（臓器全体、肺葉など）に対応するように設計されています。
アプリケーション
実験別
臓器
動物モデル
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Auto Zero-Z®テクノロジー
振動ヘッドは、Z軸方向の振動をなくすように正確に調整されています。Auto Zero-Z®テクノロジーは、生きた組織サンプルの表面細胞へのダメージを軽減し、薄切片のチャタリングを低減してイメージング結果を向上させます。
豊富なアプリケーション例
Precisionary社は、20年近くにわたり組織スライス装置を専門に扱ってきた会社です。免疫組織学や組織切片の培養、電気生理学や植物研究など、幅広いアプリケーションと引用実績があります。
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