Method Article
Этот протокол описывает выделение клеток из спутниковых branchiomeric мышц головы у 9-недельных крыс. Мышцы исходят из разных арок жаберных. Впоследствии, спутниковые клетки культивируют на месте покрытие миллиметрового размера, чтобы изучить их дифференциацию. Такой подход позволяет избежать расширения и пассирования сателлитных клеток.
Fibrosis and defective muscle regeneration can hamper the functional recovery of the soft palate muscles after cleft palate repair. This causes persistent problems in speech, swallowing, and sucking. In vitro culture systems that allow the study of satellite cells (myogenic stem cells) from head muscles are crucial to develop new therapies based on tissue engineering to promote muscle regeneration after surgery. These systems will offer new perspectives for the treatment of cleft palate patients. A protocol for the isolation, culture and differentiation of satellite cells from head muscles is presented. The isolation is based on enzymatic digestion and trituration to release the satellite cells. In addition, this protocol comprises an innovative method using extracellular matrix gel coatings of millimeter size, which requires only low numbers of satellite cells for differentiation assays.
О 1: 500 до 1: 1000 новорожденных обнаруживают щель с участием губы и / или неба (CLP); Таким образом, это наиболее распространенный врожденный порок в людях 1. Мышцы мягкого неба имеют решающее значение для функционирования мягкого неба во время речи, глотания, сосания и. Если расщелина мягкого неба присутствует, эти мышцы ненормально вставляется в задний конец небной кости.
Мягкое нёбо движется вверх и вниз во время речи, предотвращая воздух бежать через нос. Дети с расщелиной неба в не имеют этой функции управления в результате явления, известного как небно-глоточный дисфункции 2,3. Хотя протоколы лечения являются переменными, хирургическое вмешательство мягкого нёба происходит в раннем детстве (6-36 месяцев) 4. Аномально вставленные мышцы мягкого неба могут быть хирургическим путем 5-7, однако, небно-глоточный дисфункции сохраняется в 7% до 30%пациентов 2,3,8-10.
Возможность скелетных мышц регенерировать через действия клеток-сателлитов (СКС) хорошо известна 11,12. По травмы мышц, СК активируются и мигрируют к месту повреждения. Затем они размножаются, дифференцируются и сливаются, чтобы сформировать новые мышечные волокна или ремонт поврежденных них 13. Покоя СК выразить транскрипционный фактор Pax7 14,15, в то время как их потомство, пролиферирующие миобласты, дополнительно выразить миогенную фактор определения 1 (MyoD) 16. Различение Миобласты начать, чтобы выразить миогенин (MyoG) 17. Терминальной дифференцировки миобластов отмечен формирования мышечных волокон, и выражение специфических мышечных белков, таких как тяжелой цепи миозина (MyHC) 16,18.
Недавно несколько стратегии были использованы в регенеративной медицине для улучшения мышечной регенерации конечностей мышц 19-23. Конкретные исследованияbranchiomeric мышцы головы также важно, потому что это было недавно показано, что они отличаются от других мышц в нескольких аспектах 24. В отличие от мышц конечностей, было высказано предположение, что branchiomeric мышцы головы содержат меньше SCs 25, регенерации медленнее, и более волокнистой соединительной ткани образуется после травмы 26 Кроме того, пролиферирующие SCs из branchiomeric мышц головы также выразить другими факторами транскрипции. Например, Tcf21, транскрипционный фактор для формирования мышечной черепно сильно выражено в регенерации мышц головы, но вряд ли в регенерации конечностей мышцы 25. Мышцы мягкого неба в CLP пациентов, как правило, меньше и меньше хорошо организованная по сравнению с нормальными небных мышц 27,28. Медленные и быстрые волокна и присутствует в мягких мышц неба, но медленные волокна, более богатые. В отличие от этого, расщелина мышц содержат высокую долю быстрых волокон, а также сокращение предложения капиллярнойпо сравнению с нормальными мышцами мягкого неба 29-31. Быстрые волокна являются более склонными к сокращению поражении 31-33. Сопровождающий питания бедных капиллярной может также способствовать фиброз 34,35. Все эти аспекты могут способствовать плохой регенерации мягких мышц небной расщелины после хирургического закрытия 36. В связи с этим, протокол для выделения и характеристики branchiomeric глава СК мышц имеет решающее значение. Это дает возможность изучить биологию SC branchiomeric мышц головы. Кроме того, новые методы лечения, основанные на тканевой инженерии могут быть разработаны для способствовать регенерации мышц после операции в CLP и других условий компрометирующих черепно-лицевой области.
В общем, СК может быть получен после диссоциации мышечной ткани 14. Мясорубки, ферментативное расщепление и растирания, как правило, требуется, чтобы освободить SCs из своей ниши. СК может быть очищен предварительной металлизации на непокрытых блюд 14,37,38, FRactionation на Перколла 39,40, или fluorescent- или магнитно сортировки клеток 41-43. Здесь мы представляем новую экономическую и быстрый протокол для выделения клеток-сателлитов от branchiomeric мышц головы молодых взрослых крыс. Этот протокол основан на предыдущей рукописи 14 и специально адаптированной для маленькие образцы ткани. Изоляция СК представительных мышц, происходящих с 1-го, 2-го и 4-го жаберных дуг описаны. После выделения, небольшое число клеток-сателлитов культивируют на внеклеточных пятен матрица геля миллиметрового размера, чтобы изучить их дифференциации. Такой подход позволяет избежать потребность в расширении и пассирования СК.
Все эксперименты, описанные здесь, в соответствии с голландскими законами и правилами (RU-DEC 2013-205) были утверждены местным советом по эксперименты на животных из университета Неймегена.
1. внеклеточный матрикс геля Пятна
2. Рассечение головы Мышцы (жевательные, двубрюшная и Levator Вели Палатини)
3. Выделение клеток-сателлитов
4. Дифференциация клеток-сателлитов на внеклеточный матрикс геля пятен
Используя этот протокол, жевательная мышца (одна сторона) дает 0,8-1 × 10 6 клеток, двубрюшная мышцы (задней) живот дает 1,5-2 × 10 5 клеток, и поднимающей Вели урожайности Палатини мышечные 1-1,5 х 10 5 клеток. Сотовые урожайность зависит от типа мышц, деформации и возраста животного. Для сравнения между тремя группами мышц, свежевыделенные СК высевали при той же плотности клеток (1,5 х 10 3/10 мкл). Непосредственно после выделения, более 90% из свежеизолированных клеток экспрессируют Pax7 (рисунок 6).
День 4, 7 и 10 культур окрашивали антителами против Pax7, MyoD, MyoG и MyHC иммунным. Пять произвольные поля были подсчитаны за культуру, используя цель 20X. В день 4 Pax 7 и Мио D выражается во всех группах мышц (6 и 7 и 8), однако потомство SatCs от жевательных и мышц двубрюшная начать экспреспеть миогенин раньше, чем поднимающей Вели Палатини мышцы (рис 9). В 10-й день, выражение MyoG сильно снижена во всех группах (рисунок 9). Через несколько дней после посева на внеклеточных пятен матрица геля, пролиферирующие клетки начинают сливаться и образовывать несколько ядросодержащие мышечных трубочек, которые выражают тяжелой цепи миозина. Небольшие мышечные трубки отчетливо видны на 7 день (рисунок 10). В 10-й день, подергивание мышечных трубочек можно наблюдать (видео 1).
Рисунок 1:. Внеклеточные пятна матрицы гель в камеру слайд () Для удобства манипулирования, место 8-а камеры слайд в чашку Петри 100 мм. Внесите 10 мкл внеклеточный матрикс геля в каждой камере и поместить его на холодной поверхности (7 мин). (B), палата слайд после избыточного внеклеточного матрикса гэль удаляется.
Рисунок 2:. Рассечение жевательной мышцы () Глава животного в боковой проекции. Ухо (Е), околоушной железы (Р) и лицевого нерва (VII),. (Б) сухожильных апоневроза (Те) поверхностной головки жевательной мышцы (MS) и височной мышцы (T). Отделите сухожилия от его введения с пинцетом. (С) Осторожно рассекают мышцы до ее введения в ветви нижней челюсти. Е: уха, Р: околоушной железы, VII: лицевой нерв, Т: височной мышцы, г-жа: поверхностный глава жевательной мышцы, Te: сухожилия, Мп: глубокий глава жевательной мышцы.
Рисунок 3: Препарирование задней живот двубрюшной мышцы (.) Глава животного в лежачем положении. Локализация подчелюстной железы (SG), жевательные мышцы (М), лицевого нерва (VII) и кивательной мышцы (СКМ). Снимите подчелюстной железы. (Б) Локализация двубрюшная мышц впереди (AD) и задней живот (PD). С помощью прямых щипцов, возьмите переднюю сухожилия задней живот, вырезать его и не рассекать осторожно, пока его происхождения в барабанной буллы (TY). Е: уха, SG: подчелюстные железы, VII: лицевой нерв, М: жевательная мышца, SMC: кивательной мышцы, AD: переднее брюшко двубрюшная мышцы, PD: задний живота двубрюшная мышц, Тай: барабанной буллы.
Рисунок 4:. Рассечение поднимающей Вели Палатини мышцы () Общий вид после вскрытия двубрюшной мышцы (задней живота). Шилоподъязычная мышца (St) и сухожилия леватораВели Палатини могут быть локализованы. Обратите внимание на трахею (T) и пищевод (Es) работает позади него. (B) После снятия трахею и пищевод глотки (Р) подвергается. Вставка поднимающей Вели Палатини в мягком небе теперь видна. Стрелка указывает расчлененный мягкого неба с поднимающей Вели Палатини мышц с обеих сторон. Е: уха, Санкт: шилоподъязычная мышца, VII: лицевой нерв, М: жевательная мышца, AD: переднее брюшко двубрюшная мышцы, PD: задний живота двубрюшная мышцы, Т: трахеи, Es: пищевод, Р: Глотка * поднимающей мышцы Вели Палатини ,
Рисунок 5: Внешний вид мышечной ткани (А) и после (б) после ферментативного расщепления проназы. Обратите внимание, что мышечные пучки, кажется, быть ослаблены после ферментативного расщепления.
Рисунок 6: Pax 7 иммунное окрашивание Свежевыделенные СКС, применяемые к внеклеточного матрикса геля в конце изоляции (около 6 часов после первоначального ткани пищеварения).. Пять любые поля были подсчитаны с использованием цели 10X в среднем 210 клеток на поле. Приблизительно 90% клеток являются положительными Pax 7. DAPI: синий, Pax7: красный. Масштаб бар, 100 мкм.
Рис. 7: 7 Pax, MyoD иммунное окрашивание 4-й день, 7 и 10 культур окрашивали антителами против Pax7 и MyoD иммунное окрашивание. (- С) и (D - F) Характерные микрофотографии 4 дня и 7 культур от жевательной мышцы. (G и Н ) количество Pax7 + и + MyoD ядер в поле микроскопа подсчитывают и выражают в процентах от общего количества ядер (DAPI). DAPI: синий, Pax7: красный и MyoD: зеленый. Бар Весы, 100 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 8:. Распределение Pax7 ± / ± MyoD в культурах клеток с Мононуклеированные в культурах с жевательная, двубрюшной и поднимающей Вели небных мышц (- С) День 4, 7 и 10 культур окрашивали антителами против Pax7 и MyoD иммунным. Общее количество клеток на основе общего количества ядер (DAPI). (D), количественное Данные Pax7 ± / ± MyoD челLs. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 9:. Миогенин иммунное окрашивание 4-й день, 7 и 10 культур окрашивали антителами против миогенин. (- Д) Характерные микрофотографии 4 дня и 7 культур от поднимающей Вели небных мышц. (Е) количество MyoG + ядер в поле микроскопа подсчитывают и выражают в процентах от общего количества ядер (DAPI). Количественная (F) Данные MyoG + клеток. DAPI: синий, миогенин: зеленый. Бар Весы, 100 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.
Рис. 10: тяжелой цепи миозина иммунное окрашивание 4-й день, 7 и 10 культур окрашивали антителами против тяжелой цепи миозина (MyHC). Представительства микрофотографии день 4, 7 и 10 культур от двубрюшной (DIG) мышцы. В 7-й день, небольшие мышечные трубки присутствуют в то время как 10-й день длинные и хорошо организованные мышечные трубки очевидны. Бар Весы, 200 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Видео 1:.. Myotube подергивание Примеры двух представительных полей с дергающихся мышечные трубки приведены за день 10 культур из двубрюшной мышцы Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть это видео.
СК из различных branchiomeric мышц головы были изолированы друг от 9-недельных крыс Wistar и культивируют непосредственно на гель пятен внеклеточного матрикса без предварительного расширения и пассирования. После выделения клетки подсчитывали и высевали в то же плотности клеток. Для параллельного выделения трех различных мышц, этот метод занимает около 4 часов. Чтобы избежать загрязнения культуры, важным шагом является быстрая стирка в состоянии алкогольного 70% после рассечения мышц.
Во изоляции SC важно сократить мышечную ткань на мелкие кусочки (приблизительно 2 мм), но избежать слишком много фарша, так как это приведет к небольшим выходом клеток из-за повреждения клеток. Кроме того, продолжительность ферментативного расщепления должны быть тщательно проверены под микроскопом, чтобы избежать дальнейшего повреждения. Целью пищеварения для диссоциации мышечные волокна. Поскольку более 90% клеток экспрессируют изолированных Pax7, дальнейшую очистку не требуется (фиг.6-8).Это позволяет избежать дополнительных стадий очистки в других методах, таких как предварительная покрытия на непокрытых блюд 14,37,38, фракционирование на Перколла 39,40, или fluorescent- или магнитно сортировки клеток 41,43. Для растирания важно, чтобы вызвать сдвиг между фрагментами ткани и отверстие кончика пипетки, поскольку это позволяет механическое высвобождение ГКС. Если растирание с 10 мл пипеткой (внутри наконечника диаметр: 1 мм) трудно, в 5 мл (внутри наконечника диаметром 2 мм) пипетки можно использовать в первую очередь. Кроме того, стеклянные пипетки Пастера можно разрезать на нужный диаметр и быть использованы. Этот метод прост, эффективен и позволяет одновременно изолировать SC из различных образцов мышц.
Культуральные планшеты для СК также могут быть покрыты желатина или коллагена, но наши предыдущие исследования показывают, что внеклеточный матрикс геля гораздо лучше для поддержания миогенный потенциалом, чем коллаген 38. Внеклеточные пятна матрицы геляРазмер мм (10 мкл / Ø 2 мм или 20 мкл / Ø 4 мм) позволяет изучение пролиферации и дифференцировки СК с ограниченным числом клеток. Для анализа дифференциации от 8 до 20 раз меньше клетки требуются по сравнению с 24-луночный планшет (диаметр 15,6 мм) и примерно от 80 до 200 раз меньше по сравнению с 35 мм чашки Петри (диам 35 мм) 14,38.
Так внеклеточный матрикс геля стоит дорого, этот метод также более экономичным. Кроме того, камера скользит может быть заменен пластиковой крышкой скользит для дальнейшего снижения затрат. Для приготовления внеклеточного матрикса геля видит на ночь сушки в камере слайдов имеет важное значение. Как внеклеточные пятна матрицы гель прозрачны, необходимо отметить пятна на нижней стороне с помощью обратно освещения. Камеры горки фиксируются в чашке Петри для легкой манипуляции. Дальнейшее расширение клеточной культуры не является необходимым, который предлагает возможность изучать СКС СмальЛер мышцы или небольшие образцы мышц. Кроме того, например, для ПЦР или мышцы строит, если больше клеток необходимости, свежевыделенных СК сначала может быть расширена в Т75 колбы, как указано выше.
СК выделяют с помощью этого протокола, не подходят для дальнейшей очистки с помощью проточной цитометрии немедленно после изоляции. Переваривание проназой вызывает обширный переваривание поверхности антигены 14. Лошадиную сыворотку, и фетальной бычьей сыворотки, которые используются для культивирования клеток сначала должен быть надлежащим характеризуется перед выделением, так как различные номера партий дифференциально затронуты пролиферацию и дифференцировку миобластов.
В последние годы, есть растущий интерес в мышцах, полученных из жаберных дуг и головы мезодермы (например, мышцы глазного яблока) 24. Это было четко продемонстрировано, что голова и конечности мышцы обладают высокой различными свойствами. Жевательной мышцы от старых животных, кажется, вновьсохранения своего регенеративной способности в сравнении с конечностей мышц 25,26. СК от мышц глазного яблока, обладают надежной пролиферации и дифференцировки способность, сравнимую с СК из мышц головы и показать большую приживление потенциал, чем конечности мышцы SCs 24.
Состав распределение тип волокна и миозина варьирует среди групп мышц, а также между видами. Мышцы, возникающие из первой жаберной дуге у человека содержат как медленные и быстрые волокна (подтипы IIA и IIx), неонатальные миозины и миозины типичные для разработки сердечную мышцу. У грызунов эти мышцы содержат около 95% быстро волокон миозина IIA и IIB) 44-46. Исследования птиц мышц показывают, что СК из различных видов волокон мышц варьироваться в дифференциации мощности. СК из быстрых волокон только дифференцироваться в быстрых мышечных волокон, в то время как СК из медленных волокон могут дифференцироваться в обоих типов волокон 47. Кроме того, процент СК в быстром мышцыволокна ниже, чем в медленных мышечных волокон 48,49. Это указывает на то, что распределение волокна типа должны быть приняты во внимание при исследованиях на мышцы в области черепно. Подобно волчьей мышц неба, ППЖ у грызунов содержит почти исключительно быстро волокнами 50. По этой причине, СК от ППЖ подходят для доклинических исследований в области нёба.
Этот протокол открывает новые возможности для изучения SCs, полученные из branchiomeric мышц головы или других мелких мышц или мышц небольших образцов. Это будет способствовать развитию новых методов лечения для улучшения регенерации мышц челюстно-лицевой области в условиях, таких как волчья пасть, но и в других условий, влияющих на более мелкие мышцы.
The authors have no conflicting interests to disclose.
This study was funded by a Mosaic grant (017.009.009) from The Netherlands Organization for Scientific Research (NWO) and a Start grant (S-13-167C) for young investigators from the AO Foundation. Z.Y.R is supported by the National Institutes of Health (grant # AG021566, AG035377, NS090051).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Hypodermic Needle 25 G 0.5 x 25 m | BD Microlance | 300400 | |
Dissecting scissors | Braun | BC154R | |
Micro forceps straight | Braun | BD330R | |
Surgical Scalpel Blade No. 15 | Swann-Morton | 0205 | |
Alcohol 70% | Denteck | 2,010,005 | |
Permanox Slide, 8 Chamber | Thermo Scientific | 177445 | |
6 well cell culture plate | Greiner bio-one | 657160 | |
Cell Culture Dishes (100 x 20 mm) | Greiner bio-one | 664160 | |
15 ml sterile conical centrifuge tube | BD Biosciences | 352097 | |
50 ml sterile conical centrifuge tube | BD Biosciences | 352098 | |
Cell strainer (40 μm) | Gibco | 431750 | |
10 ml serological pipette | Greiner bio-one | 607180 | |
20 µl FT20 | Greiner bio-one | 774288 | |
Matrigel, Phenol-Red Free | BD Biosciences | 356237 | 10 ml |
Pronase | Calbiochem | 53702 | 10 KU |
Phosphate Buffered Saline | Gibco | 14190-144 | 500 ml |
Dulbecco's Modified Eagle Medium, high glucose, GlutaMAX Supplement, pyruvate | Gibco | 10569-010 | 500 ml |
Fetal Bovine Serum | Fisher Scientific | 3600511 | 500 ml |
Horse Serum | Gibco | 26050088 | 500 ml |
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/ml) | Gibco | 15140-122 | 100 ml |
Chicken Embryo Extract | MP Biomedicals | 2850145 | 20 ml |
An erratum was issue for Isolation and Characterization of Satellite Cells from Rat Head Branchiomeric Muscles. The fourth figure was updated to explain the isolation of the LVP better.
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены