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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Este protocolo describe el aislamiento de células madre musculares y progenitores fibroadipogénicos de músculos esqueléticos individuales en ratones. El protocolo incluye la disección de un solo músculo, el aislamiento de células madre mediante clasificación de células activadas por fluorescencia, la evaluación de la pureza mediante tinción de inmunofluorescencia y la medición cuantitativa de la entrada en fase S mediante un ensayo de incorporación de 5-etinil-2'-desoxiuridina.
El músculo esquelético alberga distintas poblaciones de células madre adultas que contribuyen a la homeostasis y reparación del tejido. Las células madre del músculo esquelético (MuSC) tienen la capacidad de producir músculo nuevo, mientras que los progenitores fibroadipogénicos (FAP) contribuyen a los tejidos de soporte del estroma y tienen la capacidad de producir fibroblastos y adipocitos. Tanto los MuSC como los FAP residen en un estado de salida reversible prolongada del ciclo celular, llamado quiescencia. El estado de reposo es clave para su función. Las células madre quiescentes se purifican comúnmente a partir de múltiples tejidos musculares agrupados en una sola muestra. Sin embargo, estudios recientes han revelado claras diferencias en los perfiles moleculares y la profundidad de quiescencia de los MuSC aislados de diferentes músculos. El presente protocolo describe el aislamiento y estudio de MuSCs y FAPs de músculos esqueléticos individuales y presenta estrategias para realizar análisis moleculares de activación de células madre. Detalla cómo aislar y digerir músculos de diferentes orígenes de desarrollo, grosores y funciones, como el diafragma, tríceps, gracilis, tibial anterior (TA), gastrocnemio (GA), sóleo, extensor largo de los dedos (EDL) y los músculos maseteros. Los MuSC y FAP se purifican mediante clasificación celular activada por fluorescencia (FACS) y se analizan mediante tinción de inmunofluorescencia y ensayo de incorporación de 5-etinil-2'-desoxiuridina (EdU).
El músculo esquelético tiene una alta capacidad de regeneración debido a la presencia de células madre musculares (MuSC). Los MuSC se encuentran en las miofibras, debajo de la lámina basal, y residen en un estado quiescente de salida prolongada y reversible del ciclo celular 1,2,3,4. Tras la lesión, los MuSCs se activan y entran en el ciclo celular para dar lugar a progenitores amplificadores que pueden diferenciarse y fusionarse para formar nuevas miofibras 2,5. Trabajos previos han demostrado que los MuSCs son absolutamente esenciales para la regeneración muscular 6,7,8. Además, un solo MuSC puede injertar y generar tanto nuevas células madre como nuevas miofibras9. El músculo esquelético también alberga una población de células estromales mesenquimales llamadas progenitores fibro-adipogénicos (FAPs), que juegan un papel crucial en el apoyo a la función MuSC durante la regeneración muscular 6,10,11,12.
Debido a su potencial para coordinar la regeneración muscular, ha habido un gran interés en comprender cómo funcionan los MuSC y los FAP. Los MuSC quiescentes están marcados por la expresión de los factores de transcripción Pax7 y Sprouty1, y el receptor de calcitonina de la proteína de la superficie celular, mientras que los FAP quiescentes están marcados por el receptor alfa del factor de crecimiento derivado de plaquetas de la proteína de superficie celular (PDGFRa)10,12,13,14,15 . Estudios previos han demostrado que los MuSC y FAPs podrían purificarse a partir de los músculos esqueléticos utilizando marcadores de superficie celular y clasificación celular activada por fluorescencia (FACS)9,15,16,17,18,19,20,21. Si bien estos protocolos han avanzado enormemente la capacidad de estudiar MuSC y FAP, un inconveniente es que la mayoría de estos protocolos requieren el aislamiento de MuSC de un conjunto de diferentes tejidos musculares. Trabajos recientes de nosotros y otros han revelado diferencias en el fenotipo celular y los niveles de expresión génica entre MuSCs aislados de diferentes tejidos22,23. Los MuSCs del diafragma, tríceps y gracilis muestran una activación más rápida que los MuSCs de los músculos de las extremidades posteriores inferiores22, mientras que los MuSCs del músculo extraocular muestran una diferenciación más rápida que los MuSCs del diafragma y los músculos de las extremidades posteriores inferiores23.
Este protocolo describe el aislamiento de MuSCs y FAPs de músculos esqueléticos individuales (Figura 1). Esto incluye la disección del diafragma, tríceps, gracilis, tibial anterior (TA), sóleo, extensor largo de los dedos (EDL), gastrocnemio (GA) y músculos maseteros. Los músculos diseccionados se disocian posteriormente por digestión enzimática utilizando colagenasa II (una proteasa que se dirige específicamente a la secuencia amino Pro-X-Gly-Pro en el colágeno, lo que permite la degradación del tejido conectivo y la disociación tisular24) y dispasa (una proteasa que escinde la fibronectina y el colágeno IV, lo que permite una mayor disociación celular25). Los MuSC y los FAP se aíslan de suspensiones unicelulares mediante FACS. Como ejemplos de ensayos posteriores para el análisis celular, la activación de células madre se determina mediante el ensayo de incorporación de 5-etinil-2'-desoxiuridina (EdU), mientras que la pureza celular se determina mediante tinción de inmunofluorescencia para los marcadores específicos de tipo celular Pax7 y PDGFRa.
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El presente protocolo se realizó de acuerdo con las pautas de cuidado de animales en la Universidad de Aarhus y las regulaciones éticas locales.
NOTA: Asegúrese de cumplir con las regulaciones del comité ético local para la experimentación animal y el manejo de muestras de roedores post mortem. Los ratones son una fuente potencial de alérgenos; Si está disponible, encienda la ventilación por extracción y colóquela sobre el espacio de trabajo para evitar la exposición excesiva a alérgenos. Alternativamente, use una máscara facial si el experimento se lleva a cabo regularmente. Este protocolo implica trabajar con objetos punzantes, y se recomienda a los investigadores que se familiaricen con los procedimientos y la logística para aplicar primeros auxilios en caso de un corte.
1. Preparación (1-2 h; el día antes de la disección)
NOTA: Las soluciones, placas y medios se preparan en condiciones estériles y se filtran (0,45 μm) antes de su uso, a menos que se indique lo contrario. Preparar soluciones madre de dispasa (11 U/mL en PBS) y colagenasa II (1.000 U/mL en PBS) y almacenarlas a -20 °C (Tabla 1). Las cepas se descongelan y se utilizan para la digestión secundaria en el paso 4.2.6.
2. Preparación (0,5 h; el día de la disección):
3. Disección muscular (20-30 min)
NOTA: Esta sección del protocolo se lleva a cabo en un ambiente no estéril. El procedimiento se puede llevar a cabo utilizando uno o varios ratones. Sin embargo, un ratón es suficiente para preparar tanto las muestras para la clasificación como los controles para configurar la compensación y las puertas FACS.
4. Digestión muscular a una suspensión unicelular (~1 h 35 min)
NOTA: Los siguientes pasos incluyen entornos de trabajo no estériles (pasos 4.1-4.2) y estériles (paso 4.3).
5. Tinción y clasificación (~40 min + 30 min ordenación/muestra)
NOTA: Trabaje en un ambiente estéril sobre hielo para los siguientes pasos.
6. Ensayo de incorporación de EdU
NOTA: Trabaje en condiciones estériles y use la campana extractora química cuando manipule paraformaldehído (PFA) para los siguientes pasos. EdU es un análogo de nucleótido incorporado en el ADN a medida que las células pasan por la fase S del ciclo celular. Es mutagénico a altas concentraciones. Siempre use guantes cuando manipule EdU. Consulte las pautas locales para el manejo de residuos de EdU.
7. Tinción por inmunofluorescencia
NOTA: Esta parte del protocolo se puede realizar independientemente de la sección 6. Al omitir la sección 6, realice los pasos 6.3.1 y 6.3.2 para habilitar la permeabilización celular antes de continuar con el paso 7.2 a continuación.
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Siguiendo el protocolo para el aislamiento individual del músculo esquelético (Figura 2), los músculos gracilis, TA, EDL, GA, sóleo, tríceps, masetero y diafragma se aislaron de tres ratones machos suizos criados que habían sido descontinuados de un programa de cría local (Figura 2). Después de la disociación tisular y la tinción de anticuerpos, los MuSC y FAP de los músculos individuales fueron purificados por FACS (Figura 3
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Varios pasos son clave en la ejecución de este protocolo para lograr buenos rendimientos. Los músculos individuales tienen un volumen pequeño en comparación con la cantidad de músculo utilizado en los protocolos de aislamiento a granel. Esto resulta en un riesgo de que el músculo se seque durante la disección, lo que reduce el rendimiento. Para evitar esto, es importante agregar medio a los músculos inmediatamente después de la disección. Además, si la disección está tomando más tiempo, la piel se puede qui...
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Los autores no tienen intereses financieros en competencia ni conflictos de intereses.
La clasificación celular se realizó en la instalación central de FACS, Universidad de Aarhus, Dinamarca. Las figuras se crearon utilizando Biorender.com. Agradecemos al Dr. J. Farup por compartir el anticuerpo anti-PDGFRa del conejo. Este trabajo fue apoyado por una subvención inicial de AUFF para E.P. y subvenciones Start Package de NovoNordiskFonden a E.P. (0071113) y a A.D.M. (0071116).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL tube( PCR performance tested, PP, 30,000 xg, DNA/DNase-/RNase-free, Low DNA binding, Sterile ) | Sarstedt AG & Co. KG, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 72.706.700 | 1.5 mL tube |
15 mL tube (PP/HD-PE, 20,000 xg, IVD/CE, IATA, DNA/DNase-/RNase-free, Non-cytotoxic, pyrogen free, Sterile) | Sarstedt AG & Co. KG, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 62.554.502 | 15 mL tube |
5 mL polystyrene round-bottom tube | Falcon, Fisher Scientific | 352054 | FACS tube without strainer cap |
5 mL polystyrene Round-bottom tube with cell-strainer cap | Falcon, Fisher Scientific | 352235 | FACS tube with strainer cap |
5 mL tube (PP, non sterile autoclavable) | VWR collection | 525.0946 | 5 mL tube |
50 mL tube( PP/HD-PE, 20,000 xg, IVD/CE, ADR, DNA/DNase-/RNase-free, non-cytotoxic, pyrogen free, Sterile) | Sarstedt AG & Co. KG, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 62.547.254 | 50 mL tube |
Alexa Fluor 555 Donkey anti-rabbit IgG (H+L) | Invitrogen, Thermo Fisher | Lot: 2387458 (Cat # A31572) | |
Alexa Fluor 647 donkey-anti mouse IgG (H+L) | Invitrogen, Thermo Fisher | Lot: 2420713 (Cat#A31571) | |
ARIA 3 | BD | FACS, Core facility Aarhus University | |
Centrifuge 5810 | eppendorf | EP022628188 | Centrifuge |
Click-iT EdU Cell Proliferation Kit for Imaging, Alexa Fluor 488 dye | Invitrogen, Thermo Fisher | Lot: 2387287 (Cat# C10337) | Cell Proliferation Kit |
Collagen from calf-skin | Bioreagent, Sigma Aldrich | Source: SLCK6209 (Cat# C8919) | |
Collagenase type II | Worthington, Fisher Scientific | Lot: 40H20248 (cat# L5004177 ) | Collagenase |
Dispase | Gibco, Fisher Scientific | Lot: 2309415 (cat# 17105-041 ) | Dispase |
Donkey serum (non-sterile) | Sigma Aldrich, Merck | Lot: 2826455 (Cat# S30-100mL) | |
Dumont nr. 5, 110 mm | Dumont, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 1606.327 | Straight forceps with fine tips |
Dumont nr. 7, 115 mm | Dumont, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 1606.335 | Curved forceps |
F-10 Nutrient mixture (Ham) (1x), +L-glutamine | Gibco, Fisher Scientific | Lot. 2453614 (cat# 31550-023) | |
FITC anti-mouse CD31 | BioLegend, NordicBioSite | MEC13.3 (Cat # 102506) | |
FITC Anti-mouse CD45 | BioLegend, NordicBioSite | 30-F11 (Cat# 103108) | |
Glacial acetic acid (100%) | EMSURE, Merck | K44104563 9Cat # 1000631000) | |
Head over head mini-tube rotator | Fisher Scientific | 15534080 (Model no. 88861052) | Head over head mini-tube rotator |
Horse serum | Gibco, Fisher Scientific | Lot. 2482639 (cat# 10368902 ) | |
Isotemp SWB 15 | FisherBrand, Fisher Scientific | 15325887 | Shaking water bath |
MS2 mini-shaker | IKA | Vortex unit | |
Needle 20 G (0.9 mm x 25 mm) | BD microlance, Fisher Scientific | 304827 | 20G needle |
Neutral formalin buffer 10% | CellPath, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | Lot: 03822014 (Cat # HOU/1000.1002) | |
Non-pyrogenic cell strainer (40 µM) | Sarstedt AG & Co. KG, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 83.3945.040 | Cell strainer |
Pacific Blue anti-mouse Ly-6A/E (Sca-1) | BioLegend, NordicBioSite | D7 (Cat# 108120) | |
Pax7 primary antibody | DSHB | Lot: 2/3/22-282ug/mL (Cat# AB 528428) | |
PBS 10x powder concentrate | Fisher BioReagents, Fisher Scientific | BP665-1 | |
PE/Cy7 anti-mouse CD106 (VCAM1) | BioLegend, NordicBioSite | 429 (MVCAM.A) (Cat # 105720) | |
Pen/strep | Gibco, Fisher Scientific | Lot. 163589 (cat# 11548876 ) | |
Pipette tips p10 | Art tips, self sealing barrier, Thermo Scientific | 2140-05 | Low retention, pre-sterilized, filter tips |
Pipette tips p1000 | Art tips, self sealing barrier, Thermo Scientific | 2279-05 | Low retention, pre-sterilized, filter tips |
Pipette tips p20 | Art tips, self sealing barrier, Thermo Scientific | 2149P-05 | Low retention, pre-sterilized, filter tips |
Pipette tips p200 | Art tips, self sealing barrier, Thermo Scientific | 2069-05 | Low retention, pre-sterilized, filter tips |
Protective underpad | Abena | ACTC-7712 | 60 x 40cm, 8 layers |
Rainin, pipet-lite XLS | Mettler Toledo, Thermo Scientific | 2140-05, 2149P-05, 2279-05, 2069-05 | Pipettes (P10, P20, P200, P1000) |
Recombinant anti-PDGFR-alpha | RabMAb, abcam | AB134123 | |
Scalpel (shaft no. 3) | Hounisen, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 1902.502 | Scalpel |
Scalpel blade no. 11 | Heinz Herenz, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 1902.0911 | Scalpel |
Scanlaf mars | Labogene | class 2 cabinet: Mars | Flow bench |
ScanR | Olympus | Microscope, Core facility Aarhus University | |
Scissors | FST | 14568-09 | |
Series 8000 DH | Thermo Scientific | 3540-MAR | Incubator |
Serological pipette 10 mL | VWR | 612-3700 | Sterile, non-pyrogenic |
Serological pipette 5 mL | VWR, Avantor delivered by VWR | 612-3702 | Sterile, non-pyrogenic |
Syringe 5 mL, Luer tip (6%), sterile | BD Emerald, Fisher Scientific | 307731 | Syringe |
TC Dish 100, standard | Sarstedt AG & Co. KG, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 83.3902 | Petri dish |
Tissue Culture (TC)-treated surface, black polystyrene, flat bottom, sterile, lid, pack of 20 | Corning, Sigma Aldrich | 3764 | 96-well Half bottom plate |
Triton X-100 | Sigma Aldrich, Merck | Source: SLCJ6163 (Cat # T8787) |
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