本协议描述的隔离和成肌细胞祖细胞培养的成年和老年人的骨骼肌肉健壮,重复性好,简单的方法。这里使用的肌肉包括脚和腿部的肌肉。这种方法使对于功能研究初级成肌细胞的富集群体的分离。
骨骼肌稳态依赖于肌肉的生长(肥大),萎缩和再生。在衰老和几种疾病,发生肌肉萎缩。肌肉质量和功能的丧失与肌纤维类型萎缩,纤维型开关,具有卫星细胞,肌干细胞,和其它病理生理过程的功能障碍有关的缺陷的肌肉再生相关联。这些变化与细胞内的变化以及局部和全身壁龛有关。除了肌肉老化的最常用的啮齿动物模型中,有必要研究肌肉稳态和使用人的模型,由于伦理影响,包括主要在体外培养物的浪费。尽管广泛使用人体肌祖细胞器(MPC),并在成肌原成肌细胞,对使用人原代成肌细胞和肌管培养物研究的分子机制调节年龄相关亩的不同方面有限的数据CLE虚损,在对啮齿动物的肌肉衰老提出的机制验证帮助。利用人的MPC,主要的成肌细胞和肌管成人和老年人中分离,提供了的肌肉生长,萎缩和再生过程相关的分子机制生理相关的模型。在这里,我们详细描述用于分离和人类的MPC和它们的后代的维护一个健壮的,廉价的,可再现的和高效的协议 – 成肌细胞和肌管从用酶消化人的肌肉样品。此外,我们已经确定在从成年和老年人初级成肌细胞在体外培养经历衰老的通道数量。最后,我们要展示这些转染成肌细胞的能力,并表征其增殖和分化能力,并提出其适用于执行的成肌和肌肉在体外浪费分子机制的功能性研究的能力。 </p>
骨骼肌质量和功能结果疾病 – 与年龄相关的逐渐丧失的脆弱,下降强度和降低老年人的生活质量。骨骼肌占大约40%的体重1。期间衰老和疾病,个体的肌纤维和减少肌肉质量的进行性萎缩,由于脂肪和纤维化的渗透发生1,2,3,4,5,6。 最近,已经提出了在骨骼肌的老化物种特异性差异发生,特别是在啮齿动物中存在的肌纤维损失,可能不会出现在人类7。尽管如此,老年哺乳动物的剩余肌纤维的特征在于增加的易感性损伤和受损再生<sup类=“外部参照”> 8。 成年肌肉的修复和维护由卫星细胞9,10介导的。当肌肉损伤及其他相关线索,卫星细胞被激活和增殖。细胞的子集返回到静止状态,而其余的进展为成肌细胞(肌祖细胞 – 的MPC)。这些都有助于修复现有的肌纤维11。卫星细胞的功能性确定肌肉再生的成功和与老化已经证实12,13,14,15中的变化在卫星细胞的可用性。而且,从旧人类和啮齿类动物的肌卫星细胞表现出转录的开关,降低再生潜能16,17, </sup> 18,19。从旧的小鼠和人类的肌肉卫星细胞也被证明经历导致其功能减弱的20衰老。
最成熟的细胞使肌肉平衡的研究是鼠C2C12细胞系21。研究一个显著量也用鼠类主要成肌细胞22。这些培养物已导致鼠和脊椎动物成肌以及肌肉再生,肌管/肌纤维萎缩和肌肉疾病过程中发生和老化23,24,25,26肥大过程的显著理解。最近,一些团体已经使用人类初级成肌细胞研究肌细胞和肌肉衰老描述。然而,缺乏与雷加共识DS从成年和老年人27,28,29,30,31的肌肉分离的原代成肌细胞之间的差异。尽管其特征在发展过程中发生的全身和局部环境,老化和疾病6,32,33,34,差别在体外成肌和肌管培养物仍然是最可获得的工具用于研究肌肉发育,生长和萎缩相关的分子机制。此外,这些研究提供的不仅一个健壮的,但也有相对快速,廉价和高通量的体外工具。此外,随着人类肌肉的相关研究伦理含义意味着对于涉及基因表达的操作功能实验<em>,在体外培养的人成肌细胞和肌管文化的,仍然可以脊椎动物模式生物的唯一选择。
在这里,我们显示了主成肌细胞,或多用途储值卡的功能强大,价格低廉,重现性隔离一个简单的实验方案,从成年和老年人的肌肉,并描述在体外培养( 图1)的标准条件。由于肌肉小学文化通常含有除成肌细胞成纤维细胞,我们建议预镀步旨在提高纯度和主成肌细胞的质量。总之,我们建立了一个协议,允许高效率和可重复的分离,培养和成年和老年人的骨骼肌肉丰富和功能的MPC /主成肌细胞的功能研究。
在这里,我们提出从伸digitorium短,胫骨前肌或外展肌halluces成年和老年人类隔离肌肉祖细胞/成肌细胞初级的简单,功能强大,价格低廉,可重复和有效的方法。该协议的目的是允许研究使用人原代成肌细胞从成年和老年人,特别是当更复杂的方法,例如FACS-或MACS分选,是不可能或不实际的。
在这个手稿提交的分离方法需要大约2个小时。期间肌肉隔离,肌肉在70%的乙醇,以避免污染洗涤。在酶促肌肉的解离之前,它向肌肉切成小但可见件,并避免过多切碎细胞损伤是重要的。消化的结果在肌纤维的解离和卫星细胞和成肌细胞前体细胞的释放。在我们的情况下为约20毫克的骨骼肌,一种60毫米(20 cm 2)的培养皿是收获的细胞的最适当的表面积。镀上一更大的表面细胞表现出降低的增殖,而细胞铺板到更小的表面显示出增加的细胞死亡和凝集。
在分离,将细胞培养和层粘连蛋白覆盖的平板展开。使用非涂层表面的倾向减小隔离的成功。出于这个原因,细胞可以优选在分离后直接收获预涂面上。成纤维细胞富集的培养物将起主要作用,而不是成肌细胞来源的细胞,如果细胞被分离后直接在非涂布面收获。除了层粘连蛋白,可以使用用其他的细胞附着的解决方案,如基质胶和基于胶原的试剂。涂料溶液可以包括生长因子和其它化合物,以促进细胞生长,但这些可能会改变细胞行为,因此,实验结果。在我们的经验,10微克/毫升层粘连蛋白是最佳浓度和卫星细胞和成肌细胞附着和增殖适当涂层试剂,因为它缺乏任何生长因子或其他互补的。此外,层粘连蛋白是在基底层,直接链接到肌膜,它通过骨骼肌纤维起着卫星细胞附着和迁移的重要功能自然存在。
所述培养基的补充也可以具有在一次成肌细胞的行为产生不利的影响。例如生长因子基团,如的FGFs或胰岛素样生长因子,对初级成肌培养多效作用,与FGF-2的同时控制促有丝分裂和细胞程序性死亡的响应31。因此,有必要严格地控制培养条件,特别是因为在从成年和老年人的肌肉分离的原代成肌细胞的行为的差异很可能是由于纯度ÒF中的培养物和成纤维细胞中的长期培养物35超越在培养的成肌细胞的可能性。我们已经以降低与成纤维细胞的培养物的污染第一拆分过程中使用的细胞的1小时的预镀到非涂覆表面。
我们描述的方法适合于从成年和老年人的肌肉分离生肌祖细胞。分离的细胞组成的细胞的代表性生肌人口的由肌细胞的高百分比指示(由MF20免疫染色图1可视MyoD的表达和肌性和2),并且可以用作用于处理功能研究的体外模型肌肉平衡有关。
先前的研究已经表征的人原代成肌细胞从隔离和性能的差异,或它们的缺乏,成人和老年人6,20,27,28,29,30,31,35,3 6,37,38。老年和/或非功能性人的MPC的存在已被证实6,20,22。然而,在新鲜分离的人的MPC的行为没有区别也已经显示27。我们的协议允许初级成肌细胞,其至少部分保留其表型,如从老年人的肌肉分离的原代成肌细胞的减少增殖潜能或衰老的分离和允许使用的这些衰老22中细胞的肌肉平衡的分子机制功能的研究。
使用此处描述的方法分离的初级成肌细胞可以不仅用于肌分化研究,但还调查细胞内的变化,如在老化过程中在人肌细胞前体细胞产生的基因表达的变化。然而,需要分析老化过程中发生的表型和基因型变化时,需要考虑延长体外培养期间发生的细胞的变化。我们建议使用新鲜分离细胞用于此目的。
此外,这里所描述的主成肌细胞培养方法允许膨胀和相对人原发性成肌细胞的长期培养,允许鲁棒体外功能研究。我们以前曾表明,用我们的方法分离成肌祖细胞可用于既表达谱和复与肌肉老化22相关的进程nctional研究。这种方法也适用于成人和旧啮齿动物的肌肉,并允许成肌细胞的富集培养可用于分析老化和功能研究22中的遗传和表观遗传变化的隔离。这种方法的局限性包括使用,在一定程度上,将细胞而非卫星信元的纯群体的混合群,其中可使用更复杂的公开的方法如图6所示 ,28,29,39,40,41,42来获得, 43。
我们提出一个简化的,负担得起的,重现性协议的主要成肌细胞从成年和老年隔离人类。根据我们的经验,(排序FACS卫星细胞如MACS-或)可用的,更复杂的隔离和人原代成肌细胞培养的方法,非常适合某些类型的研究,如分析在细胞内转录或蛋白质的变化。然而,这些方法是昂贵的,需要至少一些专业知识水平,并可能证明是困难的,由于纯原成肌细胞培养物和成纤维细胞过度生长成肌细胞的低增殖率。
我们提出了一个可重复的协议,允许在功能研究使用人原代成肌细胞的简单分离和培养。此外,我们提出使用的层粘连蛋白42的和有限的使用的bFGF作为关键因素为成功培养44。我们也建议避免通过离心产生的应力分裂细胞,并在第一通道45 1预镀步骤时。总而言之,我们有优化的分离和从成年和老年人的肌肉也适用于啮齿动物的肌肉,使表达和肌稳态功能研究主要成肌细胞/的MPC的培养的高效的协议。
The authors have nothing to disclose.
This work is supported by the Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC; BB/L021668/1), the MRC and Arthritis Research UK as part of the MRC – Arthritis Research UK Centre for Integrated Research into Musculoskeletal Ageing (CIMA) and the Wellcome Trust Institutional Strategic Support Fund (097826/Z/11/A). The authors would like to thank Dr Dada Pisconti (University of Liverpool) for her expertise and advice in the isolation of muscle progenitor cells.
60mm Petri dishes | Greiner Bio One | 628160 | Cellstar Cell culture dish, PS, 60/15 MM, VENTS. |
Cell culture plates (6 wells) | Sigma-Aldrich | CLS3516 | Corning Costar cell culture plates. 6 well, flat bottom (Individually wrapped) . |
Cell culture plates (12 wells) | Greiner bio-one | 657 160 | Cellstar Cell culture Multiwell Plates. |
Culture flasks | Greiner Bio One | 690175 (25cm2); 658175 (75cm2). | Cellstar Filter Cap Cell Culture Flasks. |
Standard Disposable Scalpel | Granton | 91310 | Sterile stainless steel blade, pattern: 10. |
Pipettes | Greiner bio-one | 606 180 (5 ml); 607 180 (10 ml); 760 180 (25 ml) | Cellstar Serological Pipettes. |
Pasteur plastic pipettes | Starlab | E1414-0311 | 3.0ml Graduated Pasteur Pipette (Sterile), Ind. Wrapped. |
Syringe | BD | 300613 | 20 mL BD eccentric tip syringe. |
0.2 µm filters | Gilson | ALG422A | Sterile Syringe Filters CA 0.2um 33mm Pk50. |
Cell strainers | Fisher Scientific | 11597522 | Cell culture strainer sterile individually packed 70µm polypropylene. |
Collagenase D | Roche | 11088882001 | Collagenase D; ctivity: >0.15 U/mg |
Dispase II | Sigma-Aldrich | D4693 | Dispase II Protease from Bacillus polymyx. Activity: ≥0.5 units/mg solid. |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | 449709 | Calcium chloride, anhydrous, beads, −10 mesh, ≥99.9% trace metals basis |
Laminin | Sigma-Aldrich | 114956-81-9 | Laminin from Engelbreth-Holm-Swarm murine sarcoma basement membrane. 1mg/mL. |
DMEM-high glucose | Sigma-Aldrich | D5671 | Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium – high glucose. With 4500 mg/L glucose and sodium bicarbonate, without L-glutamine and sodium pyruvate. |
F-12 media | Gibco | 21765029 | Ham's F-12 Nutrient Mix. 1x + L-glutamine. |
FGF-b | PetroTech | 100-18B | Recombinant Human Fibroblast Growth Factor-basic. |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 10270-106 | Fetal Bovine Serum. |
Horse serum (HS) | Sigma-Aldrich | H1270 | Horse Serum. Donor herd, USA origin, sterile-filtered. |
Penicillin-Streptomycin | Sigma-Aldrich | P0781 | Penicillin-Streptomycin with 10,000 units penicillin and 10 mg streptomycin per mL in 0.9% NaCl, sterile-filtered. |
L-Glutamine | Sigma-Aldrich | G7513 | L-Glutamine solution. 200 mM, solution, sterile-filtered. |
Trypsin-EDTA | Sigma-Aldrich | T4049 | Trypsin-EDTA solution. 0.25%, sterile-filtered. |
TrypLE Express | Gibco | 12604-013 | TrypLE Express Enzyme (1X), no phenol red. |
DPBS (cell culture) | Sigma-Aldrich | D8537 | Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline. Modified, without calcium chloride and magnesium chloride. |
PBS (immunostaining) | Sigma-Aldrich | P4417-50TAB | Phosphate buffered saline tablet. One tablet per 200 mL of deionized water (0.01 M phosphate buffer, 0.0027 M potassium chloride and 0.137 M sodium chloride, pH 7.4). |
Methanol | Fisher | M/4000/PC17 | Methanol Analytical Reagent Grade |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | Triton X-100 for molecular biology. |
anti-MF 20 antibody | DSHB | MF20-c 2ea 211 µg/ml. | MYH1E (MF 20) Mouse mAb. |
anti-MyoD antibody | Cell Signaling Technology | 13812P | MyoD1 (D8G3) XP Rabbit mAb. |
anti-Ki67 antibody | Abcam | ab16667 | Rabbit mAb to Ki67 [SP6]. |
Anti-mouse 488 secondary antibody | Invitrogen | A-11029 | Goat anti-Mouse IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate. |
Anti-rabbit 488 secondary antibody | ThermoFisher Scientific | A-11034 | Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate. |
DAPI | Sigma-Aldrich | Sigma-Aldrich | DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) |
Senescence β-Galactosidase Staining Kit | Cell Signaling Technology | 9860 | Senescence β-Galactosidase Staining kit. |
DMSO | Sigma-Aldrich | 41639 | Dimethyl sulfoxide. BioUltra, for molecular biology, ≥99.5% (GC). |
Acridine Orange | Sigma-Aldrich | A8097 | Acridine Orange hydrochloride solution, 10 mg/mL in H2O. |
Ethidium bromide | Sigma-Aldrich | E1510 | Ethidium bromide solution. BioReagent, for molecular biology, 10 mg/mL in H2O. |
Lipofectamine 2000 | ThermoFisher Scientific | 11668019 | Lipofectamine 2000 Transfection Reagent |
Scramble control for transfections | Qiagen | 1027271 | miScript Inhibitor Neg. Control (5 nmol) |
Hsa-miR-378a-3p miScript Primer Assay | Qiagen | 218300 | Hs_miR-422b_1 miScript Primer Assay (targets mature miRNA: hsa-miR-378a-3p). MIMAT0000732: 5'ACUGGACUUGGAGUCAGAAGGC |
Anti-hsa-miR-378a-3p miScript miRNA Inhibitor | Qiagen | 219300 | Anti-hsa-miR-378a-3p miScript miRNA Inhibitor (targets mature miRNA: hsa-miR-378a-3p). MIMAT0000732: 5'ACUGGACUUGGAGUCAGAAGGC |
Megafuge 2.0 R Centrifuge | Heraeus | 75003085 | n/a |
Centrifuge rotor | Heraeus | 3360 | Heraeus Sepatech Megafuge Centrifuge Rotor BS4402/A. Max. radius: 15.5 cm. |
Eclipse Ti-E Inverted Microscope System | Nikon | n/a | Eyepieces: CFI 10x/22; Total magnification: 100x (MF20, Live/dead and Ki67). |
Axiovert 200 inverted microscope | Carl Zeiss | n/a | Eyepieces: Carl Zeiss 1016-758 W-PI 10x/25; Total magnification: 100x (Senescence β-Galactosidase Staining). |
Axiovert 25 inverted microscope | Carl Zeiss | n/a | Eyepieces: E-PL 10x/20. Total magnification: 100x (bright field). |
Diaphot Inverted Tissue Culture Microscope | Nikon | n/a | Eyepiece: CFWN 10x/20. Total magnification: 100x (bright field). |
Hydromount | National Diagnostics | HS-106 | Hydromount |