Questo protocollo descrive un metodo affidabile, riproducibile e semplice di isolamento e la coltura di cellule progenitrici dei mioblasti dal muscolo scheletrico di adulti e persone anziane. I muscoli usati qui sono i muscoli della gamba e del piede. Questo approccio consente l'isolamento di una popolazione arricchita di mioblasti primari per studi funzionali.
Scheletrico omeostasi muscolare dipende la crescita muscolare (ipertrofia), l'atrofia e la rigenerazione. Durante l'invecchiamento e in diverse patologie, atrofia muscolare si verifica. La perdita di massa muscolare e la funzione è associata con tipo di fibra muscolare atrofia, commutazione tipo di fibra, la rigenerazione muscolare difettoso associata a disfunzione delle cellule satelliti, le cellule staminali del muscolo, e altri processi fisiopatologici. Questi cambiamenti sono associati a cambiamenti in intracellulare nonché nicchie locali e sistemiche. Oltre ai modelli di roditori più comunemente utilizzati dell'invecchiamento muscolare, vi è la necessità di studiare l'omeostasi muscolare e sprecare utilizzando modelli umani, che a causa di implicazioni etiche, costituiti prevalentemente da colture in vitro. Nonostante l'ampio uso di cellule umane miogenici progenitrici (PPM) e mioblasti primari in miogenesi, ci sono dati limitati sull'utilizzo di mioblasti primari e myotube culture umane per studiare i meccanismi molecolari che regolano i diversi aspetti di Mus età-associateCLE spreco, aiutando la validazione di meccanismi di invecchiamento proposto nei muscoli dei roditori. L'uso di PPM umani, mioblasti primari e miotubi isolati da adulti e di età compresa tra persone, fornisce un modello fisiologicamente rilevanti dei meccanismi molecolari di processi associati con la crescita muscolare, l'atrofia e la rigenerazione. Qui si descrive nel dettaglio un robusto, poco costoso, riproducibile ed efficiente protocollo per l'isolamento e la manutenzione di PPM umani e la loro progenie – mioblasti e miotubi da campioni muscolo umano utilizzando la digestione enzimatica. Inoltre, abbiamo determinato il numero di passaggio in cui mioblasti primari da adulti e persone anziane subiscono la senescenza in una cultura in vitro. Infine, mostriamo la capacità di trasfezione questi mioblasti e la capacità di caratterizzare la loro capacità proliferativa e differenziazione e proporre loro idoneità per effettuare studi funzionali dei meccanismi molecolari di miogenesi e deperimento muscolare in vitro. </p>
Da malattia e legate all'età perdita progressiva di massa e della funzione dei risultati muscolo scheletrico nella fragilità, il calo della forza e la diminuzione della qualità della vita delle persone anziane. Rappresenta muscolo scheletrico per circa il 40% della massa del corpo 1. Durante l'invecchiamento e la malattia, atrofia progressiva dei singoli miofibre e riduzione della qualità muscolare a causa dell'infiltrazione di grassi e fibrosi si verifica 1, 2, 3, 4, 5, 6. Recentemente, è stato proposto che le differenze specie-specifici nell'invecchiamento del muscolo scheletrico si verificano, in particolare che la perdita delle fibre muscolari che si verificano nei roditori, non si può verificare nell'uomo 7. Tuttavia, i rimanenti fibre muscolari di mammiferi invecchiati sono caratterizzati da una maggiore suscettibilità al danno e rigenerazione compromessa <supclass = "xref"> 8. Adulti riparazione e manutenzione dei muscoli è mediata da cellule satelliti 9, 10. Su lesioni muscolari e altri spunti rilevanti, le cellule satelliti si attivano e proliferano. Un sottoinsieme delle cellule ritorna allo stato di riposo e il resto progredisce in mioblasti (cellule miogeniche progenitrici – PPM). Questi contribuiscono a riparare della myofiber esistente 11. La funzionalità delle cellule satelliti determina il successo di rigenerazione muscolare e le variazioni nella disponibilità delle cellule satellite con l'invecchiamento è stato dimostrato 12, 13, 14, 15. Inoltre, cellule satelliti del muscolo di vecchi esseri umani e roditori mostrano un interruttore profilo trascrizionale e ridotto potenziale rigenerativo 16, 17, </sup> 18, 19. Cellule satelliti di muscolo da vecchi topi e gli esseri umani hanno anche dimostrato di subire senescenza con conseguente loro ridotta funzionalità 20.
La linea cellulare più affermati che consente lo studio dell'omeostasi muscolo è linea di cellule murine C2C12 21. Una quantità significativa di studi hanno utilizzato anche mioblasti primari murini 22. Queste culture hanno portato ad una notevole comprensione di murine e vertebrati miogenesi così come la rigenerazione muscolare, myotube / myofiber atrofia, e dei processi che si verificano durante ipertrofia malattia muscolare e invecchiamento 23, 24, 25, 26. Più recentemente, diversi gruppi hanno descritto utilizzando mioblasti primari umani per studiare miogenesi e invecchiamento muscolare. Tuttavia, vi è la mancanza di consenso con regards alle differenze tra mioblasti primari isolati dal muscolo di adulti e umani invecchiati 27, 28, 29, 30, 31. Nonostante le differenze caratterizzato nell'ambiente sistemica e locale che si verificano durante lo sviluppo, l'invecchiamento e la malattia 6, 32, 33, 34, in vitro mioblasti e miotubi culture rimangono strumenti più accessibili per lo studio dei meccanismi molecolari associati allo sviluppo muscolare, la crescita e atrofia. Inoltre, questi studi forniscono non solo un robusto, ma anche una relativamente rapida, poco costoso e di alta produttività in vitro strumento. Inoltre, implicazioni etiche associate a studi di muscoli umani significa che per gli esperimenti funzionali che coinvolgono le manipolazioni di espressione genica <em>, In vitro mioblasti e miotubi culture umane rimangono l'unica alternativa a disposizione di organismi modello vertebrati.
Qui, vi mostriamo un semplice protocollo sperimentale per robusto, poco costoso, e riproducibile isolamento di mioblasti primari, o PPM, dal muscolo di adulti e anziani e descrivere le condizioni standardizzate di coltura in vitro (Figura 1). Come colture primarie di muscolo di solito contengono fibroblasti in aggiunta a mioblasti, si consiglia un passo preplating che mira a migliorare la purezza e la qualità dei mioblasti primari. Per riassumere, abbiamo stabilito un protocollo che consente l'isolamento efficace e riproducibile, la cultura e gli studi funzionali arricchiti e funzionali PPM / mioblasti primari da muscoli scheletrici di adulti e persone anziane.
Qui, vi presentiamo un metodo semplice, robusto, poco costoso, riproducibile ed efficiente di isolare le cellule progenitrici del muscolo / mioblasti primari da adulti di età compresa tra gli esseri umani e da estensore digitorium brevis, tibiale anteriore o alluci rapitore muscoli. Questo protocollo ha lo scopo di consentire studi utilizzando mioblasti primari umani da adulti di età compresa tra gli esseri umani e, in particolare quando i metodi più sofisticati, come FACS- o MACS-ordinamento, non è possibile o non è pratico.
Il metodo di isolamento presentato in questo manoscritto richiede circa 2 ore. Durante isolamento muscolari, è stato lavato in etanolo al 70% per evitare la contaminazione. Prima enzimatica dissociazione del muscolo, è importante tagliare il muscolo in piccoli ma visibili pezzi, ed evitare danni cellulari da troppo macinazione. I risultati digestione nella dissociazione miofibre e il rilascio di cellule satelliti e cellule precursori miogeniche. Nel nostro caso per ~ 20 mg di muscolo scheletrico, un 60 mm(20 cm 2) Petri piatto era la superficie più appropriato per la raccolta delle cellule. Le cellule placcato su una superficie più grande ha mostrato la proliferazione ridotta, mentre le cellule placcato su una superficie più piccola ha mostrato un aumento della morte cellulare e agglutinazione.
Al momento l'isolamento, le cellule sono state coltivate ed espanse su piastre laminina-coperto. L'uso di superfici non rivestite tende a diminuire il successo dell'isolamento. Per questo motivo, le cellule possono essere raccolte preferibilmente su una superficie pre-rivestita direttamente dopo l'isolamento. culture fibroblasti-arricchito predomineranno piuttosto che cellule mioblasti-derivate se le cellule sono raccolte su una superficie non rivestita direttamente dopo l'isolamento. Oltre laminina, l'uso di altre soluzioni di attaccamento cellulare come Matrigel e reagenti a base di collagene può essere utilizzato. soluzioni di rivestimento possono comprendere fattori di crescita e altri composti che promuovono la crescita cellulare, ma questi potrebbero alterare il comportamento delle cellule e quindi i risultati sperimentali. Innostra esperienza, 10 mg / mL laminina è la concentrazione ottimale e appropriato reagente di rivestimento per cellule satelliti e attaccamento mioblasti e la proliferazione in quanto manca qualsiasi fattore di crescita o di altri complementi. Inoltre, la laminina è naturalmente presente nella lamina basale, direttamente collegata al sarcolemma, che svolge una funzione chiave in attacco delle cellule satellite e la migrazione attraverso la fibra del muscolo scheletrico.
I supplementi di mezzi di coltura possono anche avere un effetto negativo sul comportamento del mioblasti primario. Per esempio crescita gruppi fattore, come FGF o IGF, avere effetti pleiotropici su colture di mioblasti primari, con FGF-2 che controlla sia la risposta morte cellulare programmata mitogenica e 31. È pertanto necessario controllare rigorosamente le condizioni di coltura, soprattutto perché le differenze nel comportamento dei mioblasti primari isolati dal muscolo di adulti e stagionati persone sono molto probabilmente dovuta alla purezza of le culture e la probabilità di fibroblasti sovraccaricare il mioblasti nella cultura durante le culture a lungo termine 35. Abbiamo usato 1 ora pre-placcatura delle cellule durante il primo frazionamento su una superficie non verniciata per ridurre la contaminazione delle colture con fibroblasti.
Il metodo che descriviamo è appropriato per isolare le cellule progenitrici miogeniche dai muscoli di adulti e gli esseri umani di età. La cella isolato costituito da una popolazione rappresentativa miogenico di cellule, come indicato da una elevata percentuale di cellule miogeniche (espressione MyoD e proprietà miogeniche visualizzati da MF20 immunostaining nelle figure 1 e 2) e può essere utilizzato come modello in vitro per studi funzionali dei processi associato omeostasi muscolare.
Studi precedenti hanno caratterizzato l'isolamento e le differenze nelle proprietà, o la sua mancanza, di mioblasti primari umani daadulti e le persone di età compresa tra 6, 20, 27, 28, 29, 30, 31, 35, 3 6, 37, 38. L'esistenza di geriatrica e / o non funzionale PPM umana è stata dimostrata 6, 20, 22. Tuttavia, nessuna differenza nel comportamento di PPM umani isolati a fresco è stato anche dimostrato 27. Il nostro protocollo permette l'isolamento di mioblasti primari che conservano almeno parzialmente il loro fenotipo, come la riduzione proliferativo senescenza potenziale o di mioblasti primari isolati dal muscolo anziani e permette l'uso di questicellule per studi funzionali dei meccanismi molecolari di omeostasi muscolare durante l'invecchiamento 22.
I mioblasti primari isolati con il metodo descritto qui può essere utilizzato non solo per gli studi differenziamento miogenico, ma anche per indagare i cambiamenti intracellulari, come i cambiamenti nell'espressione genica che si verificano nelle cellule precursori miogeniche umane durante l'invecchiamento. Tuttavia, i cambiamenti che si verificano nelle cellule durante prolungato ex vivo la cultura devono essere considerati quando si analizzano i cambiamenti fenotipici e genotipici che si verificano durante l'invecchiamento. Si consiglia di utilizzare le cellule appena isolate per questo scopo.
Inoltre, il metodo di coltura mioblasti primario descritto qui permette l'espansione e relativamente lungo termine cultura di mioblasti primari umani, consentendo robusti studi funzionali in vitro. Abbiamo precedentemente dimostrato che le cellule progenitrici miogeniche isolate con il nostro metodo possono essere utilizzati sia per profilo di espressione e fustudi nctional di processi associati con l'invecchiamento muscolare 22. Questo metodo è applicabile anche ai muscoli adulti e vecchi roditori e consente l'isolamento di una cultura arricchita di mioblasti che può essere utilizzato per profilatura cambiamenti genetici ed epigenetici durante l'invecchiamento e studi funzionali 22. Le limitazioni di questo metodo includono l'uso di un certo grado, popolazione mista di cellule piuttosto che una popolazione pura di cellule satelliti, che può essere ottenuta utilizzando metodi più sofisticati pubblicato 6, 28, 29, 39, 40, 41, 42, 43.
Vi presentiamo un protocollo semplificato, a prezzi accessibili, e riproducibile per l'isolamento delle cellule mioblasti primari da adulti e invecchiatogli esseri umani. Nella nostra esperienza, i metodi più sofisticati disponibili di isolamento e la coltura di mioblasti primari umani (come MACS- o FACS-ordinati cellule satelliti) sono ideali per alcuni tipi di studi, come profilatura modifiche trascrittomica e proteomica nelle cellule. Tuttavia, questi metodi sono costosi, richiedono almeno un certo livello di esperienza, e può risultare difficile a causa del basso tasso di proliferazione delle culture e dei fibroblasti overgrowing mioblasti mioblasti primari puri.
Vi presentiamo un protocollo riproducibile che permette il semplice isolamento e la coltura di mioblasti primari umani per l'utilizzo in studi funzionali. Inoltre, proponiamo l'utilizzo di laminina 42 e l'uso limitato di bFGF come fattori chiave per una cultura di successo 44. Si propone inoltre di evitare lo stress generato mediante centrifugazione quando spacca cellule e una fase di pre-placcatura al primo passaggio 45. Per riassumere, abbiamoottimizzato un protocollo efficace per l'isolamento e la coltura di mioblasti primari / PPM dai muscoli di adulti di età compresa tra gli esseri umani e che è applicabile anche ai muscoli di roditori e permette l'espressione e studi funzionali di omeostasi muscolare.
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 |