يصف هذا البروتوكول عزل الخلايا الأقمار الصناعية من عضلات الرأس قسيمي خيشومي من الفئران القديم أسابيع 9. العضلات تنشأ من الأقواس خيشومي مختلفة. وفي وقت لاحق، والخلايا الأقمار الصناعية يتم تربيتها على طلاء بقعة من حجم ملليمتر لدراسة التمايز بهم. هذا النهج يتجنب التوسع والركض الخلايا الأقمار الصناعية.
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.
حوالي 1: 500-1: 1000 حديثي الولادة يحمل شق تنطوي على الشفة و / أو الحنك المشقوق (CLP)؛ وبالتالي هذا هو تشوه خلقي الأكثر شيوعا لدى البشر 1. عضلات الحنك الرخو حاسمة لعمل اللهاة أثناء الكلام، والبلع، والمص. إذا شق الحنك الرخو هو الحاضر، يتم إدراج هذه العضلات بشكل غير طبيعي في نهاية الخلفي للعظم الحنكي.
اللهاة يتحرك صعودا وهبوطا خلال الكلام، ومنع الهواء من الفرار عن طريق الأنف. الأطفال الذين يعانون من شق في سقف الحلق لا تملك هذه وظيفة التحكم مما أدى إلى الظاهرة المعروفة باسم شراعي بلعومي الخلل 2،3. على الرغم من أن بروتوكولات العلاج هي المتغير، إصلاح جراحي من اللهاة يحدث في مرحلة الطفولة المبكرة (6-36 شهرا من العمر) 4. عضلات إدراجها بشكل غير طبيعي من اللهاة يمكن تصحيح جراحيا 5-7، ومع ذلك، استمر ضعف شراعي بلعومي 7٪ إلى 30٪من المرضى 2،3،8-10.
يتم تأسيس قدرة العضلات والهيكل العظمي لتجديد من خلال عمل الخلايا الأقمار الصناعية (المنبوذة) جيدا 11،12. على اصابة في العضلات، وتنشيط اللجان الدائمة والهجرة إلى موقع الإصابة. وبعد ذلك تتكاثر، التفريق، وتلتحم لتشكل myofibers جديدة أو إصلاح التالف منها 13. هادئة المنبوذة التعبير عن عامل النسخ Pax7 14،15، في حين نسلهم، وmyoblasts المتكاثرة، بالإضافة إلى التعبير عن تحديد عامل عضلي 1 (MyoD) 16. myoblasts التفريق تبدأ في التعبير عن myogenin (MyoG) 17. يتم وضع علامة على التمايز النهائي من myoblasts عن طريق تشكيل لmyofibers، والتعبير عن بروتينات العضلات محددة مثل الميوسين السلسلة الثقيلة (MyHC) 16،18.
في الآونة الأخيرة، وقد استخدمت عدة استراتيجيات في مجال الطب التجديدي لتحسين تجديد العضلات عضلات الأطراف 19-23. دراسات محددة بشأنعضلات الرأس قسيمي خيشومي مهمة أيضا لأنها أثبتت مؤخرا أنها تختلف عن غيرها من العضلات في عدة جوانب 24. وعلى النقيض من عضلات الأطراف، وقد اقترح أن عضلات الرأس قسيمي خيشومي تحتوي على أقل المنبوذة 25، تتجدد أبطأ، ويتم تشكيل النسيج الضام الليفي أكثر بعد إصابة 26 بالإضافة إلى ذلك، المتكاثرة المنبوذة من عضلات الرأس قسيمي خيشومي أعرب أيضا عن عوامل النسخ الأخرى. على سبيل المثال، يتم التعبير عن Tcf21، وهو عامل النسخ لتكوين العضلات القحفي بقوة في تجديد العضلات الرأس ولكن من الصعب في تجديد العضلات أطرافهم 25. في عضلات الحنك الرخو من المرضى CLP عادة ما تكون أصغر حجما ومنظمة تنظيما جيدا أقل بالمقارنة مع عضلات الحنك طبيعية 27،28. الألياف البطيئة والسريعة على حد سواء الموجودة في عضلات الحنك لينة ولكن الألياف البطيئة هي أكثر وفرة. في المقابل، العضلات المشقوقة تحتوي على نسبة عالية من الألياف السريعة وأيضا توريد الشعرية انخفاضمقارنة مع طبيعية عضلات الحنك الناعمة 29-31. الألياف السريعة أكثر عرضة للالناجم عن الانكماش إصابة 31-33. قد ضعف الإمداد الشعري المصاحب أيضا تعزيز التليف 34،35. كل هذه الجوانب يمكن أن تسهم في تجديد ضعف عضلات الحنك لينة بعد إغلاق الشق الجراحي 36. في ضوء ذلك، على بروتوكول لعزل وتوصيف العضلات رئيس قسيمي خيشومي المنبوذة أمر بالغ الأهمية. وهذا يوفر إمكانية لدراسة SC بيولوجيا عضلات الرأس قسيمي خيشومي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تطويرها علاجات جديدة تقوم على هندسة الأنسجة إلى تشجيع تجديد العضلات بعد جراحة في CLP وغيرها من الشروط المساس منطقة القحفي.
بشكل عام، SCS يمكن الحصول عليها بعد تفكك الأنسجة العضلية 14. تنميق، والهضم الأنزيمي، وسحن وعادة ما يطلب لاطلاق سراح المنبوذة من مكانها المناسب. المنبوذة يمكن تنقيته بواسطة قبل الطلاء على أطباق غير المصقول 14،37،38، الابactionation على Percoll 39،40، خلية أو fluorescent- أو المغناطيسية الفرز 41-43. نحن هنا نقدم بروتوكول الاقتصادي والسريع الجديد لعزل الخلايا الأقمار الصناعية من عضلات الرأس قسيمي خيشومي من الفئران الشباب البالغين. ويستند هذا البروتوكول على مخطوطة السابقة 14 وتكييفها خصيصا لعينات من الأنسجة الصغيرة. ووصف عزل المنبوذة من العضلات التمثيلية القادمة من شارع 1، 2 الثانية، و 4 الأقواس خيشومي عشر. بعد العزلة وقلة عدد الخلايا الأقمار الصناعية يتم تربيتها على الخلية البقع هلام مصفوفة من حجم ملليمتر لدراسة المفاضلة الخاصة بهم. هذا النهج يتجنب الحاجة إلى توسيع والركض الطوائف المنبوذة.
المنبوذة من مختلف عضلات الرأس قسيمي خيشومي تم عزل من الفئران ويستار عمره 9 أسابيع واحد ومثقف مباشرة على المصفوفة خارج الخلية البقع هلام دون التوسع مسبق والركض. بعد العزلة، احصي الخلايا والمصنف في كثافة الخلية نفسها. لعزل موازية من ثلاث عضلات مختلفة، وهذه الطريقة تستغرق حوالي 4 ساعات. لتجنب التلوث الثقافة، خطوة حاسمة هي غسل السريع في الكحول 70٪ بعد تشريح العضلات.
خلال SC العزلة من المهم لقطع الأنسجة العضلية إلى قطع صغيرة (حوالي 2 مم)، ولكن تجنب الكثير من تنميق لأن هذا سيؤدي في الغلة الخلايا الصغيرة بسبب تلف الخلايا. أيضا، يجب أن يتم التحقق مدة الهضم الأنزيمي بعناية تحت المجهر لتجنب المزيد من الضرر. الهدف من الهضم هو الفصل بين myofibers. منذ أكثر من 90٪ من الخلايا المعزولة تعبر عن Pax7، لا يحتاج تنقية إضافية (الشكلان 6-8).هذا يتجنب خطوات تنقية إضافية في وسائل أخرى مثل قبل الطلاء على أطباق غير المصقول 14،37،38، تجزئة على Percoll 39،40، خلية أو fluorescent- أو المغناطيسية فرز 41،43. لسحن فمن الضروري للحث على القص بين شظايا الأنسجة وافتتاح طرف ماصة لأن هذا يسمح بالإفراج الميكانيكي للالمنبوذة. إذا كان سحن مع ماصة 10 مل (داخل القطر نصيحة: 1 مم) من الصعب، على بعد 5 مل (داخل القطر نصيحة: 2 مم) ماصة يمكن استخدامها لأول مرة. بدلا من ذلك، الزجاج الماصات باستور يمكن خفض في القطر المطلوب واستخدامها. وهذه طريقة بسيطة وفعالة ويسمح للعزلة في وقت واحد SC من عينات مختلفة من العضلات.
ويمكن أيضا لوحات ثقافة المنبوذة تكون مغلفة مع الجيلاتين أو الكولاجين، ولكن تظهر دراساتنا السابقة أن الخلية هلام مصفوفة هو أفضل بكثير للحفاظ على القدرة عضلي من الكولاجين 38. البقع هلام المصفوفة خارج الخلية منحجم ملليمتر (10 ميكرولتر / Ø 2 مم أو 20 ميكرولتر / Ø 4 مم) يسمح للدراسة انتشار والتفريق بين الطوائف المنبوذة مع عدد محدود من الخلايا. للمقايسة تمايز الخلايا حوالي 8 إلى 20 مرات أقل مطلوبة مقابل 24 لوحة جيدا (Ø 15.6 ملم)، وحوالي 80 إلى 200 مرة أقل مقارنة مع 35 ملم أطباق بتري (Ø 35 ملم) 14،38.
منذ الخلية هلام مصفوفة مكلف، هذا الأسلوب هو أيضا أكثر فعالية من حيث التكلفة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الشرائح غرفة يمكن الاستعاضة عن غطاء من البلاستيك زلات لزيادة خفض التكاليف. لإعداد جل المصفوفة خارج الخلية البقع تجفيف بين عشية وضحاها من الشرائح الغرفة أمر ضروري. كما الخلية البقع هلام مصفوفة شفافة، فمن الضروري للاحتفال البقع في الجانب السفلي باستخدام الإضاءة مرة أخرى. يتم إصلاح الدوائر الشرائح في طبق بيتري للتلاعب السهل. مزيد من التوسع زراعة الخلايا ليست ضرورية، والتي توفر إمكانية لدراسة المنبوذة من األصغرلير العضلات أو عينات العضلات الصغيرة. بدلا من ذلك، على سبيل المثال لPCR أو العضلات يبني إذا كانت هناك حاجة إلى المزيد من الخلايا، والمنبوذة المعزولة حديثا يمكن أولا أن تتوسع في قوارير T75 كما هو مبين أعلاه.
عزل المنبوذة باستخدام هذا البروتوكول ليست مناسبة لمزيد من التنقية مع التدفق الخلوي مباشرة بعد العزلة. عملية الهضم مع pronase يسبب الهضم واسعة من سطح المستضدات 14. يجب أولا أن توصف مصل الحصان ومصل بقري جنيني التي تستخدم لزراعة الخلايا بشكل صحيح قبل العزلة، وأرقام مختلفة أثرت بشكل مختلف myoblasts انتشار والتمايز.
في السنوات الأخيرة، هناك اهتمام متزايد في العضلات المستمدة من الأقواس الخيشومية والأديم المتوسط الرأس (مثل عضلات العين) 24. وقد تجلى بوضوح أن الرأس والأطراف العضلات تمتلك خصائص مختلفة للغاية. الماضغة العضلات من الحيوانات القديمة ويبدو أن إعادةتين قدرتها على التجدد بالمقارنة مع عضلات الطرف 25،26. المنبوذة من عضلات العين تمتلك تكاثر وتمايز قدرة قوية مماثلة لالمنبوذة من عضلات الرأس، وتظهر إمكانات engraftment أكبر من أطرافه العضلية SCS 24.
تكوين توزيع نوع من الألياف والميوسين يختلف بين المجموعات العضلية وأيضا بين الأنواع. العضلات القادمة من أول القوس الخيشومي في البشر تحتوي على الألياف على حد سواء البطيئة والسريعة (IIA فرعية وIIX)، myosins حديثي الولادة وmyosins نموذجية لتطوير عضلة القلب. في القوارض هذه العضلات تحتوي على حوالي 95٪ ألياف السريعة الميوسين IIA وبنك الاستثمار الدولي) 44-46. وتظهر الدراسات على العضلات الطيور التي المنبوذة من أنواع الألياف العضلية المختلفة تختلف في قدرة التمايز. المنبوذة من الألياف السريعة تفرق فقط في الألياف العضلية السريعة، في حين المنبوذة من الألياف البطيئة يمكن أن تفرق في كلا النوعين من الألياف 47. وبالإضافة إلى ذلك، فإن نسبة المنبوذة في العضلات بسرعةالألياف هي أقل مما كانت عليه في الألياف العضلية البطيئة 48،49. هذا يدل على أن يجب أن تؤخذ في توزيع نوع من الألياف بعين الاعتبار للدراسات على العضلات في منطقة القحفي. على غرار عضلات الحنك المشقوق، وLVP في القوارض يتضمن على وجه الحصر تقريبا الألياف السريعة 50. لهذا السبب، SCS من LVP هي مناسبة لدراسات ما قبل السريرية في مجال الحنك المشقوق.
هذا البروتوكول يتيح إمكانيات جديدة لدراسة المنبوذة المستمدة من عضلات الرأس قسيمي خيشومي أو غيرها من العضلات الصغيرة أو العضلات عينات أصغر. وهذا سيسهل تطوير علاجات جديدة لتحسين وتجديد العضلات في منطقة الوجه والفكين في ظروف مثل الشق الحلقي ولكن أيضا في ظروف أخرى تؤثر على العضلات الصغيرة.
The authors have nothing 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).
Hypodermic Needle 25G 0,5x25m | 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 | |
20µL FT20 | Greiner bio-one | 774288 | |
Matrigel, Phenol-Red Free | BD Biosciences | 356237 | 10 mL |
Pronase | Calbiochem | 53702 | 10KU |
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 |