Elektro- und Zellphysiologie in Mikrokammern: Messung von Ionenströmen und Ionenkonzentrationen in isolierten ischämischen Herzzellen und bei parakriner Sekretion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wir haben in unserem Labor über viele Jahre eine Technik entwickelt, mit Hilfe von On-Chip Picokammern erstmals an einem isolierten Kardiomyozyten metabolische Parameter unter ischämischen Bedingungen zu erfassen. Zusammen mit der „Oxygen Clamp“ Technik erlaubt dieser Ansatz, definierte Ischämiebedingungen zu erzeugen, den Sauerstoffpartialdruck im kritischen Bereich unter 10 mm Hg binnen Sekunden von einem auf einen anderen Wert zu klemmen und Ischämie von Hypoxie/Anoxie getrennt zu untersuchen. Als metabolische Parameter können mittels optischer Technik das mitochondriale Membranpotential und die ROS-Produktion kontinuierlich gemessen werden. Ferner kann das cytosolische ATP/ADP-Verhältnis mit der Patch-Clamp-Technik semiquantitativ erfasst werden. Auch das extrazelluläre Milieu kann mit optischen Verfahren oder ionensensitiven Mikroelektroden analysiert werden. Diese Möglichkeiten werden von keiner anderen Technik erreicht. Entsprechend den Empfehlungen der Gutachter haben wir die Untersuchungen an ischämischen Kardiomyozyten in den Vordergrund gestellt und die Untersuchungen an Kardiomyozyten von Kir6.2 Knock-out-Mäusen und die an isolierten Neuronen nicht durchgeführt. Die Untersuchungen an isolierten Mitochondrien wurden zugunsten der Untersuchungen an den ischämischen Kardiomyozyten ebenfalls zurückgestellt. Folgende wesentliche Fragestellungen wurden bearbeitet: (1) Messung verschiedener Parameter des metabolischen Zustands der Kardiomyozyten unter Ischämie, (2) Analyse der Dynamik des Stoffwechsels in den ischämischen Kardiomyozyten unter Anoxie, (3) Analyse des Stoffwechsels in den ischämischen Kardiomyozyten bei Reoxygenation, (4) Unterscheidung von Stoffwechsel-Effekten, die durch Reoxygenation und Reperfusion hervorgerufen werden und (5) die Erfassung der Dynamik von Redox-Veränderungen während Reoxygenation. Insgesamt ergaben sich vielfältige zeitabhängige Signale, die im Einzelnen im Bericht besprochen werden und die wir nach wie vor nicht in allen Facetten verstehen. Die Anwendung der Picokammer-Technik ist aufwändig und personelle Diskontinuität hat das Projekt deutlich in die Länge gezogen. Wir planen, ein Anschlussprojekt mit der Picokammer-Technik zum Preconditioning zu starten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2006. Dynamic responses of single cardiomyocytes to graded ischemia studied by oxygen clamp in on-chip picochambers. Circ. Res. 99:165-171
Ganitkevich, V., S. Reil, B. Schwethelm, T. Schroeter, and K. Benndorf
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2010. Glycolytic oscillations in single ischemic cardiomyocytes at near anoxia. J. Gen. Physiol. 135:307-319
Ganitkevich, V., V. Mattea, and K. Benndorf
