Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
В этой рукописи описывается подробный протокол для получения массивов 3D-микротизов скелетных мышц человека и минимально инвазивных анализов функции in situ, включая анализы сократительной силы и обработки кальция.
Трехмерные (3D) in vitro модели скелетных мышц являются ценным прогрессом в биомедицинских исследованиях, поскольку они дают возможность изучать реформацию и функционирование скелетных мышц в масштабируемом формате, который поддается экспериментальным манипуляциям. 3D-системы мышечных культур желательны, поскольку они позволяют ученым изучать скелетные мышцы ex vivo в контексте клеток человека. 3D-модели in vitro близко имитируют аспекты структуры нативной ткани скелетных мышц взрослого человека. Однако их универсальное применение ограничено наличием платформ, которые просты в изготовлении, дороги и удобны для пользователя, а также дают относительно большое количество скелетных мышечных тканей человека. Кроме того, поскольку скелетные мышцы играют важную функциональную роль, которая нарушается с течением времени во многих болезненных состояниях, экспериментальная платформа для исследований микротизвестности наиболее практична, когда минимально инвазивные измерения преходящих и сократительных сил кальция могут проводиться непосредственно внутри самой платформы. В этом протоколе описывается изготовление 96-хорошей платформы, известной как «MyoTACTIC», и массовое производство 3D-микротизов скелетных мышц человека (hMMT). Кроме того, представлены методы минимально инвазивного применения электрической стимуляции, которая позволяет повторно измерять силу скелетных мышц и обработку кальция каждого микротизнеса с течением времени.
Скелетные мышцы являются одной из самых распространенных тканей в организме человека и поддерживают ключевые функции организма, такие как передвижение, тепловой гомеостаз и метаболизм1. Исторически сложилось так, что животные модели и двумерные (2D) системы клеточных культур использовались для изучения биологических процессов и патогенеза заболеваний, а также для тестирования фармакологических соединений при лечении заболеваний скелетных мышц2,3. В то время как животные модели значительно улучшили наши знания о скелетных мышцах в области здоровья и болезней, их трансляционное воздействие было затруднено высокими затратами, этическими соображениями и межвидовыми различиями2,4. Обращаясь к клеточным системам человека для изучения скелетных мышц, 2D-системы клеточных культур благоприятны из-за их простоты. Однако есть ограничение. Этот формат часто не может повторить взаимодействия клетка-клетка и клетка-внеклеточный матрикс, которые происходят естественным образом в организме5,6. За последние несколько лет трехмерные (3D) модели скелетных мышц стали мощной альтернативой целым животным моделям и обычным системам 2D-культур, позволяя моделировать физиологически и патологически значимые процессы ex vivo7,8. Действительно, множество исследований сообщили о стратегиях моделирования скелетных мышц человека в биоискусственном формате 3D-культуры1. Одним из ограничений для многих из этих исследований является то, что активная сила количественно определяется после удаления мышечных тканей из платформ культуры и прикрепления к преобразователю силы, который является разрушительным и, следовательно, ограничен в качестве анализа конечнойточки 9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. ,19,20,21. Другие разработали системы культивирования, которые позволяют использовать неинвазивные методы измерения активной силы, но не все поддаются тестированию молекул с высоким содержанием приложений7,8,9,10, 14,18,22,23,24,25,26,27,28 ,29.
Этот протокол описывает подробный метод изготовления микротюсов мышц человека (hMMT) в платформе скелетных мышц (Myo) microTissue Array deviCe To Explore forCe (MyoTACTIC); пластинчатое устройство на 96 скважин, которое поддерживает массовое производство 3D микротиз30скелетных мышц. Метод изготовления пластин MyoTACTIC позволяет генерировать 96-луночную полидиметилсилоксановую (PDMS) культуральную пластину и все соответствующие характеристики скважины на одной стадии литья, в соответствии с которой для каждой скважины требуется относительно небольшое количество клеток для формирования микротизвестков. Микроткани, образующиеся в пределах MyoTACTIC, содержат выровненные, поперечно-полосатые и многоядерные миотрубки, которые воспроизводятся от колодца к колодцу устройства и при созревании могут реагировать на химические и электрические раздражители in situ30. В настоящем описаны и обсуждены методика изготовления пластинчатого устройства PDMS MyoTACTIC из полиуретановой (PU) реплики, оптимизированный метод реализации увековеченных миогенных клеток-предшественников человека для изготовления hMMT, а также функциональная оценка инженерной генерации силы hMMT и свойств обработки кальция.
1. Изготовление плит PDMS MyoTACTIC
ПРИМЕЧАНИЕ: Для изготовления пластин PDMS MyoTACTIC требуется pu отрицательная форма, которая может быть изготовлена, какописано ранее 30. Файл SolidWorks автоматизированного проектирования (CAD) для проектирования пластин MyoTACTIC доступен на GitHub (https://github.com/gilbertlabcode/MyoTACTIC-SolidWork-CAD-file).
2. Культура увековеченных клеток-предшественников миобласта человека
ПРИМЕЧАНИЕ: Увековеченные миобласты, используемые в этом протоколе, были получены из Института миологии (Париж, Франция)31.
3. Посев инженерных hMMT с MyoTACTIC
4. Электростимуляция и анализ hMMT-индуцированного прогиба поста
5. Анализ переходных процессов кальция с использованием электростимуляции
ПРИМЕЧАНИЕ: Для экспериментов по обращению с кальцием увековеченные миобласты стабильно трансдуцировались с помощью репортера MHCK7-GCAMP6, как описаноранее 11,12. Трансдуцированные клетки были отсортированы FACS для GFP для получения положительной популяции, а затем использованы для изготовления hMMT. Альтернативные методы визуализации кальция, такие как использование метрических красителей, таких как Fura-2 AM и Indo-1, или флуоресцентная пожизненная визуализация показателей кальция (например, Fluo-4 или Oregon Green BAPTA1), могут поддаваться нашей системе.
В настоящем описаны способы отливки 96-луночной платформы культуры MyoTACTIC на основе PDMS из полиуретановой формы, изготовления массивов тканей-реплик hMMT и анализа двух аспектов функции hMMT в рамках генерации силы устройства культивирования и обработки кальция. На рисунке 1 ?...
В этой рукописи описываются методы изготовления и анализа модели культуры 3D hMMT, которая может быть применена к исследованиям базовой мышечной биологии, моделированию заболеваний или для тестирования молекул-кандидатов. Платформа MyoTACTIC является экономичной, простой в изготовлении и т?...
У авторов нет конфликта интересов, о которых можно было бы заявить.
Мы хотели бы поблагодарить Мохаммада Афшара, Хабена Абраху, Мохсена Афшар-Бакушли и Садега Давуди за вклад в изобретение платформы культуры MyoTACTIC и создание методов изготовления и анализа, описанных в настоящем документе. HL получила финансирование от Учебной программы Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям (NSERC) в области инженерии и предпринимательства Organ-on-a-Chip и стипендий для выпускников Университета Торонто Wildcat. PMG является Канадской исследовательской кафедрой эндогенного восстановления и получила поддержку для этого исследования от Института регенеративной медицины Онтарио, Сети стволовых клеток и от Medicine by Design, Канадской программы первого научного совершенства. Принципиальные схемы создавались с помощью BioRender.com.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.9% Saline Solution, Sterile | House Brand | 1010 | 10 mL aliquots of the solution are made and stored at 4°C |
25G Needle | BD, Medstore, University of Toronto | 2548-CABD305127 | |
6-Aminocaproic Acid, ≥99% (titration), Powder | Sigma - Aldrich | A2504-100G | A 50 mg / mL stock solution is generated by dissolving 5 mg of 6-aminocaproic acid powder in 100 mL of autoclaved, distilled water. The solution is vaccum filtered and 10 mL aliquots are stored at 4°C |
6.35 mm ID Tubing | VWR | 60985-528 | |
AB1167 Myoblast Cell Line | Institut de Myologie (Paris, France) | ||
Arbitrary Waveform Generator | Rigol | DG1022Z | |
Basement Membrane Extract (Geltrex) | Thermo Fisher Scientific | A14132-02 | Stored as aliquots of 50 µL or 100 µL at -80°C |
Benchtop Vacuum Chamber | Sigma - Aldrich | D2672 | |
BNC to Aligator Clip Cable | Ordered from Amazon | ||
Culture Plastics | Sarstedt | Includes culture plates, serological pipettes, etc | |
Dimethyl Sulfoxide | Sigma - Aldrich | D8418-250ML | |
DPBS, Powder, No Calcium, No Magnesium | Thermo Fisher Scientific | 21600069 | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) (1X) | Gibco | 11995-065 | This is a high glucose DMEM with L-glutamine and sodium pyruvate |
Fetal Bovine Serum | Fisher Scientific | 10437028 | |
Fibrinogen from Bovine Plasma | Sigma - Aldrich | F8630-5G | Aliquots ranging from 7 - 10 mg of fibrinogen powder are made and stored at -20°C |
Filtropur Syringe Filter, 0.22um Pore Size | Sarstedt | 83.1826.001 | |
Horse Serum | Gibco | 16050-122 | |
Human Recombinant Insulin | Sigma - Aldrich | 91077C | Stock solution is 100X and made by dissolving 1 mg of human recombinant insulin in 1 mL of DMEM and 1 µL of NaOH 10N. Solution is filtered and stored as 1 mL aliquots at 4°C |
Image Acquisition Software | Olympus | cellSens Dimension | |
Image Processing Software | National Institutes of Health | ImageJ | |
Isotemp Oven | Thermo Fisher Scientific | 201 | |
Microscope | Olympus | IX83 | |
Microscope - Camera Mount | Labcam | Labcam for iPhone | Ordered from Amazon |
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | Gibco | 15140-122 | |
Plastic Disposable Syringes, 1cc | BD | 2606-309659 | |
Plastic Disposable Syringes, 50cc | BD | 2612-309653 | |
Pluronic F-127, Powder, BioReagent | Sigma - Aldrich | P2443-250G | A 5% stock solution of pluronic acid is made by dissolving 5 g of pluronic acid powder in 100 mL of chilled, autoclaved, distilled water. The solution is vaccum filtered and 10 mL aliquots are stored at 4°C |
Polydimethylsiloxane (Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit) | Dow | 4019862 | Kits are also available at Thermo Fisher Scientific, Sigma - Aldrich, etc. |
Polyurethane Negative Mold | In House | ||
Release Agent | Mann Release Technologies | 200 | |
Rotary Vane Vacuum Pump | Edwards | A65401906 | |
Scalpel | Almedic, Medstore, University of Toronto | 2586-M36-0100 | |
Single Edge Razor Blade | VWR | 55411-050 | |
Skeletal Muscle Cell Basal Medium | Promocell | C-23260 | 30 mL aliquotes are generated and at stored at 4°C. |
Skeletal Muscle Cell Growth Medium (Ready-to-use) | Promocell | C-23060 | 42 mL aliquots are generated and stored at 4°C. |
Smartphone (iPhone) | Apple | SE | |
Standard Duty Dry Vacuum Pump | Welch | 2546B-01 | |
Sterilization Bag | Alliance | 211-SCM2 | |
Thimble | Igege | Ordered from Amazon | |
Thrombin from human plasma | Sigma - Aldrich | T6884-250UN | 100 units of thrombin is dissolved in 1 mL of a 0.1% BSA solution. 10 µL aliquots are prepared and stored at - 20°C. |
Tin coated copper wire | Arco | B8871K48 | Ordered from Amazon |
Trypan Blue Solution, 0.4% | Thermo Scientific | 15250061 | |
Trypsin-EDTA, 0.25% | Thermo FIsher Scientific | 25200072 | |
Vacuum Chamber 2 | SP Bel-Art | F42027-0000 |
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