Regulation of myocardial calcium concentration using the caged compound and patterned illumination: Toward elucidating the mechanism of arrhythmogenesis

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本研究では、ケージド化合物と光パターン形成技術を利用して心臓局所におけるCa2+濃度を制御し、Ca2+過負荷に起因する不整脈発症機構の解明を目指す。当該年度は、検証用光学システムの構築と、単離培養心筋細胞層を対象にした心筋組織内局所におけるCa2+過負荷の生成およびその前後における興奮伝導様式の変化の有無を検証した。検証用光学システムは、紫外LED光の円形照射領域の座標と面積を制御可能な照射光学系と、マクロズーム顕微鏡を基盤とした蛍光検出系から構成され、試料面上で直径約3~9mmの円形領域に及ぶ紫外光照射と同時に、最大視野約1,500平方mm・最大画素数376x252pixels・最大撮像速度400frame/secondの条件でCa2+蛍光イメージングが可能であった。検証用光学システムを用いて、ケージドCa2+(DMNPE-4/AM)およびCa2+濃度蛍光指示薬(Fluo-8/AM)を負荷した単離培養心筋細胞層を対象に紫外光照射を行ったところ、紫外光照射領域においてのみCa2+濃度の上昇が認められ、局所的なCa2+過負荷の生成を実験的に再現できた。また、心筋細胞層の静止期(電極刺激の非駆動下)では生成した局所Ca2+過負荷領域からのCa2+トランジエントの発生(異常興奮の発生に相当)が、また電極刺激による興奮下ではCa2+興奮伝導波が局所Ca2+過負荷領域において遅延する様子がそれぞれ認められ、局所Ca2+過負荷に伴う興奮伝導様式の変化の一部が実証された。ケージド化合物を利用した心筋組織局所Ca2+過負荷の再現とそれに伴う興奮伝導様式の変化を捉えた本研究成果は、当該年度において国内外の学会で研究報告を行なった。