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Aislamiento y cultivo de fibras musculares es el estándar de oro In vitro para estudiar la transición de las células satélite a través de quiescencia, la activación y la diferenciación. Es importante destacar que el sistema de miofibra sola cultura conserva la asociación celular miofibra / vástago, que es un componente esencial del nicho de células madre musculares.
La regeneración muscular en el adulto se lleva a cabo por las células madre residentes llamadas células satélite. Las células satélite se definen por su posición entre la lámina basal y el sarcolema de cada miofibras. El conocimiento actual de su comportamiento depende en gran medida el uso del protocolo de aislamiento miofibra sola. En 1985, Bischoff se describe un protocolo para aislar las fibras individuales en vivo desde el flexor digitorum brevis (FDB) de ratas adultas con el objetivo de crear un sistema in vitro en el que se conserva la asociación física entre la miofibra y sus células madre 1. En 1995, el protocolo Rosenblattmodified Bischoff de tal manera que las miofibras se recogió por separado y manipular por separado después de la digestión con colagenasa en lugar de quedar aislada mediante sedimentación por gravedad 2, 3. El Rosenblatt o protocolo Bischoff ha sido adaptado a los diferentes músculos, edad o condiciones 3-6. La técnica miofibra aislamiento individual es indispensableherramienta debido a sus ventajas únicas. En primer lugar, en el único protocolo de miofibras, células satélite se mantiene por debajo de la lámina basal. Esta es una característica única del protocolo como otras técnicas tales como la clasificación de células activadas por fluorescencia requieren química y tejido disociación mecánica 7. Aunque el sistema de cultivo miofibra no pueden sustituir a los estudios in vivo, sí ofrece una excelente plataforma para abordar importantes propiedades biológicas de las células madre musculares. Miofibras individuales pueden ser cultivadas en condiciones estándar o enchapado en condiciones flotantes. Las células satélite en miofibras flotantes están sometidas a prácticamente ninguna otra influencia que el medio ambiente miofibras. Rigidez sustrato y el revestimiento se ha demostrado que influyen en la capacidad de las células satélite 'para regenerar los músculos 8, 9 así ser capaz de controlar cada uno de estos factores de forma independiente permite la discriminación entre nicho-dependiente y respuestas independientes. Diferentes concentraciones de suero tienenTambién se ha demostrado que tienen un efecto sobre la transición de la inactividad de la activación. Para preservar el estado de quiescencia de sus células satélite asociadas, las fibras se deben mantener en un medio bajo en suero 1-3. Esto es particularmente útil cuando se estudian los genes implicados en el estado de quiescencia. En medio rico suero, las células satélite activar rápidamente, proliferar, migrar y diferenciarse, imitando así el proceso de regeneración in vivo 1-3. El sistema se puede utilizar para realizar una variedad de ensayos tales como el ensayo de inhibidores químicos; expresión ectópica de los genes de virus de entrega; gen oligonucleótido basado knock-down o imágenes en directo. En este artículo se describe el protocolo de vídeo se utiliza actualmente en nuestro laboratorio para aislar miofibras individuales del extensor digitorum longus (EDL) de ratones adultos (6-8 semanas).
Todos los experimentos fueron manejados de acuerdo a la Universidad de Ottawa regulaciones para cuidado de los animales y la manipulación.
Consulte la Tabla 1 para una visión general del protocolo.
1. Antes de arrancar el aislamiento
2. Disección del músculo y digestión
3. La disociación individual miofibras y Cultura
4. Aplicaciones posteriores
Aquí se describe el aislamiento de miofibras individuales del músculo EDL de ratones adultos. Miofibras exitosos producir dependerá de varios factores, como la actividad de la colagenasa o afecciones musculares o de edad. Lo más importante, el aislamiento del músculo a partir de tendón a los resultados del tendón en miofibras largos, intactos de músculo EDL. Figura 1 muestra un paso a paso la representación gráfica de la "tendón a tendón" aislamiento. Una vez que el músculo está completamente digerido, las miofibras se liberan mediante la aplicación de una presión suave al músculo. Figura 2A muestra una imagen representativa de un experimento de aislamiento miofibras después del primer lavado. En este punto, el cultivo contiene una mezcla de haces de fibras musculares individuales que aparecen como estructuras tubulares largas y brillante, hiper contraído miofibras que son oscuras y corto y los residuos del proceso de digestión. Al final de al menos tres lavados consecutivos, sólo miofibras vivos individuales deben permanecer en el diSH para el cultivo o análisis de aguas abajo (Figura 2B). Figura 2C muestra una fibra larga, en vivo, en comparación con una fibra de hiper contraído (C '). En el momento del aislamiento, las células satélite aparecen como protuberancias diminutas en la superficie de miofibras (Figura 3A). Si se mantiene en medio rico suero, las células satélite activar, proliferar, migrar y, finalmente, se funden en miotubos (B). Después de 15 días en cultivo, todos los miotubos expresar el reportero YFP Myf5 (C) lo que sugiere que la regeneración muscular en el adulto se lleva a cabo por las células que en algún momento durante su desarrollo había expresado el factor determinante miogénica Myf5. Todas las células satélite expresar el factor de transcripción asociado Pax7 casilla 17. La línea de ratón reportero Pax7Cre-TdTomato puede ser utilizado para rastrear las células satélite a través de la expresión de la señal fluorescente TdTomato (Figuras 3D y E). Figura 4 muestra un representante inmunidadesnofluorescence de doble Pax7 + / células satélite MyoD. Clásicamente doble Pax7 + / + MyoD células satélite son consideradas progenitoras musculares comprometidos proliferativas que, o bien completar el programa de diferenciación por abajo de la regulación Pax7 manteniendo al mismo tiempo la expresión de MyoD o regresar a la quietud por abajo de la regulación y el mantenimiento de Pax7 MyoD expresión 18
Figura 1. Aislamiento del músculo EDL de ratón miembro posterior. Un miembro posterior. De un ratón adulto 8 semanas de edad. Las flechas indican el distal (rodilla) y el tendón tendón proximal (pie). B. Posición anatómica del tibial anterior (TA) muscular y el extensor digitorum longus (EDL). C. Al mantener el EDL a través del tendón proximal, el músculo se tira hacia la rodilla para exponer el tendón distal. D. El tendón distal escortar y la EDL se libera.
Figura 2. Los resultados representativos de un experimento de aislamiento miofibra sola. Un cuadro. Campo brillante de un experimento de aislamiento de miofibras en la primera etapa de lavado. Flecha roja indica miofibras en vivo, flecha blanca indica hiper miofibras contratados y la flecha amarilla indica las células, o miofibras escombros ECM. B. Después de lavados consecutivos en DMEM, sólo miofibras permanecer vivos. C y C '. Imagen representa un largo miofibra intacta vivo (C) y una hiper corto contraído miofibras (C '). Bar 10 micras. Las fotografías fueron tomadas con un microscopio Zeiss Axio Observer Z1 equipado con AxioCam HR.
Figur e 3. Los resultados representativos de un experimento miofibra sola cultura. Un cuadro. Campo brillante de una miofibra sola, vivo con su célula satélite asociado (flecha) a la derecha después del aislamiento (Tiempo 0). B. Miofibras individuales se sembraron en Matrigel y se cultivaron en medio rico suero durante 15 días. Flecha blanca indica miotubos diferenciados en comparación con las células individuales (flecha amarilla) c. Miofibras individuales desde un Myf5Cre; RosaYFP ratón se cultivaron como en B. La flecha indica Myf5 miotubos derivados. D y E. Miofibras individuales desde Pax7Cre; TdTomato se aislaron y se fija inmediatamente después. Las flechas indican Pax7 célula positiva satélite en reposo, (E, rojo). Los núcleos se tiñeron con DAPI (D). Bar: 50 m. Las fotografías fueron tomadas con un microscopio Zeiss Axio Observer Z1 equipado con AxioCam HR.
Disección del músculo (5 min cada músculo) |
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Digestión músculo (30-45 min) |
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Fibra de aislamiento |
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Cultura de fibra (hasta 3-4 semanas) |
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Tabla 1. Descripción general del protocolo de aislamiento de miofibras. El protocolo de aislamiento de miofibras consta de 4 pasos principales. Para cada paso, el tiempo aproximado y los principales puntos críticos se discuten. Para un análisis detallado de cada paso, consulte el texto del protocolo.
El aislamiento y cultivo de fibras musculares individuales de los músculos intactos proporciona un excelente modelo in vitro para estudiar el proceso de regeneración muscular. Una característica única de este sistema es la preservación de las células satélite en su entorno fisiológico debajo de la lámina basal. Lo más importante, la técnica se puede utilizar para investigar el comportamiento de células estaminales musculares, tanto en reposo y estados activados. En los últimos 20 años, el sistema de cultivo miofibra ha proporcionado una perspectiva interesante sobre la biología de la población de células satélite con respecto a los determinantes intrínsecos y extrínsecos. Por fibras individuales de cultivo, la heterogeneidad celular por satélite con respecto a las miofibras, tipo muscular o potencial regenerativo se ha abordado 15. Elaborar estudios utilizando imágenes en directo de las fibras individuales cultivados permitió la obtención de información en el patrón de migración de las células satélite 16. La adquisición de datos cuantitativos es unalso posible. Aunque mucho tiempo, proporciona información importante sobre la distribución y ocurrencia de eventos específicos (células madre relación asimétrica división, proliferación y diferenciación, etc.) Junto con las aplicaciones descritas anteriormente, la proteína o la extracción de ARN a partir de fibras individuales es también posible, aunque el aislamiento de la población pura de células satélite por FACS u otros medios puede proporcionar una mejor plataforma para investigar los cambios de expresión de proteína o gen a un nivel molecular. En nuestra experiencia, el paso más crítico para el aislamiento de fibra de éxito es el "tendón tendón" aislamiento (pasos 2,5 a 2,9 en el texto del protocolo). Esto garantiza que después de la digestión del músculo, las fibras se liberan de la EDL con un daño mínimo o no aumentando así su rendimiento en los pasos siguientes.
No hay intereses en conflicto.
Nos gustaría dar las gracias a Sarah Dick para proporcionar la lectura crítica y comentarios. MAR titular de la Cátedra de investigación de Canadá en Genética Molecular y es un becario internacional de investigación del Instituto Médico Howard Hughes. Este trabajo fue apoyado por becas a MAR de los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Médico Howard Hughes, los Institutos Canadienses de Investigación en Salud, la Asociación de la Distrofia Muscular y el Programa de Investigación de Canadá Presidencia.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reactivo / Material | |||
La colagenasa | Sigma-Aldrich | C0130-1g | Prepare frescos todo el tiempo para obtener resultados óptimos. Alícuotas adicionales de colagenasa sin diluir se puede almacenar a -20 ° C. |
DMEM alto en glucosa + NaPyr | Invitrogen | 11995073 | Además de Pen / Strep es necesario reducir al mínimo las contaminaciones del aire |
Caracterizado suero bovino fetal | Hyclone | SH30396.03 | Lote # KUJ35152 |
El suero de caballo | Hyclone | SH300.74.03 | Lote # AVJ82494 |
Extracto de embrión de pollo | Accurate Chemical | CE-650-T, Lote B7035010 | Evite la congelación-descongelación ciclos. |
Matrigel | BD | Tienda de alícuotas a -20 ° C. Evite la congelación-descongelación ciclos. Guarde alícuotas diluidas a 4 ° C. | |
Equipo | |||
Cohann-Vannas Spring Scissor Blades-6mm Straight-Sharp | Herramientas Artes Ciencias | 15000-02 | |
Extra fino Tijeras Iris-10.5cm | Herramientas Artes Ciencias | 14088-10 | |
Moria-Iris pinzas curvas | Herramientas Artes Ciencias | 11373-12 | |
Pipetas Pasteur | VWR | 14672-380 | 14672-200 |
Diamond Pen | VWR | 52865-005 | |
60 * 15m m Petri Dish | VWR | 25384-092 | |
Acrodisc 0,22 micras Filtro | VWR | CA28-145-477 | |
Microscopio de disección StemiV6 | Zeiss | Una fuente de luz adicional puede ser necesaria para tener una vista mejor enfoque |
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