Dit protocol beschrijft de isolatie van satelliet-cellen uit branchiomeric hoofd spieren van een 9 weken oude ratten. De spieren komen uit verschillende kieuwbogen. Vervolgens worden de satelliet cellen gekweekt op een plek bekleding millimeter grootte hun differentiatie te bestuderen. Deze aanpak voorkomt de uitbreiding en de passage van satelliet-cellen.
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.
Ongeveer 1: 500-1: 1000 pasgeborenen vertonen gespleten waarbij de lip en / of gehemelte (CLP); waardoor dit de meest voorkomende congenitale misvormingen bij mensen 1. De spieren van het zachte gehemelte cruciaal zijn voor de werking van het zachte gehemelte tijdens spraak, slikken en zuigen. Wanneer een spleet van het zachte gehemelte aanwezig is, zijn deze spieren abnormaal ingebracht in het achterste uiteinde van de palatale bot.
Het zachte gehemelte en neer beweegt tijdens toespraak, het voorkomen van lucht kan ontsnappen door de neus. Kinderen met een spleet in de mond niet deze regelfunctie waardoor depressiviteit en velofaryngale dysfunctie 2,3 hebben. Hoewel de behandeling protocollen zijn variabel, chirurgische reparatie van het zachte gehemelte vindt plaats in de vroege kindertijd (6-36 maanden oud) 4. De abnormaal ingevoegd spieren van het zachte gehemelte kunnen chirurgisch worden gecorrigeerd 5-7 echter velofaryngale disfunctie blijft in 7% tot 30%van de patiënten 2,3,8-10.
Het vermogen van de skeletspieren te regenereren door de werking van satelliet-cellen (SC) is goed ingeburgerd 11,12. Bij spierblessure worden geactiveerd SC en migreren naar de plaats van letsel. Ze vervolgens woekeren, differentiëren en samensmelten tot nieuwe myovezels of reparatie beschadigde 13 vormen. Quiescent SC drukken de transcriptiefactor Pax7 14,15, terwijl hun nageslacht, de woekerende myoblasts, bovendien drukken de myogene bepaling factor 1 (MyoD) 16. Onderscheidende myoblasts beginnen te myogenin uiten (MyoG) 17. De terminale differentiatie van myoblasten wordt gekenmerkt door de vorming van spiervezels en de expressie van spier-specifieke eiwitten zoals myosine zware keten (MyHC) 16,18.
Onlangs hebben verschillende strategieën gebruikt in de regeneratieve geneeskunde om spieren regeneratie van ledematen spieren 19-23 te verbeteren. Specifieke studies opbranchiomeric hoofdspieren ook belangrijk omdat het werd onlangs aangetoond dat ze verschillen van andere spieren in diverse aspecten 24. In tegenstelling spieren van de ledematen, is gesuggereerd dat branchiomeric hoofdspieren bevatten minder SCS 25, regenereren langzamer en meer fibreus bindweefsel wordt gevormd na letsel 26 Bovendien prolifererende SC's van branchiomeric hoofdspieren ook andere transcriptiefactoren tot expressie. Zo wordt Tcf21, een transcriptiefactor voor craniofaciale spiervorming sterk tot expressie in regenererende hoofdspieren maar nauwelijks het regenereren ledemaatspieren 25. De spieren in het zachte gehemelte van CLP patiënten meestal kleiner en minder overzichtelijk vergelijking met normale palatal spieren 27,28. Langzame en snelle vezels zijn beide aanwezig in het zachte gehemelte spieren, maar de trage vezels zijn meer overvloedig. Daarentegen gespleten spieren bevatten een groter aandeel snelle vezels en ook een verminderde aanvoer capillairvergeleken met normale zachte gehemelte spieren 29-31. Snelle vezels zijn meer vatbaar voor krimp veroorzaakte letsel 31-33. De bijbehorende slechte capillaire aanbod kan ook het bevorderen van fibrose 34,35. Al deze aspecten kunnen bijdragen aan de slechte regeneratie van zacht gehemelte spieren na chirurgische gespleten sluiting 36. Met het oog hierop, een protocol voor de isolatie en karakterisering van branchiomeric head spier SC cruciaal. Dit biedt de mogelijkheid om SC biologie van branchiomeric hoofd spieren te bestuderen. Bovendien kunnen nieuwe therapieën gebaseerd op tissue engineering worden ontwikkeld spier regeneratie te bevorderen na operatie bij CLP en andere omstandigheden afbreuk het craniofaciale gebied.
In het algemeen kan SC's worden verkregen na dissociatie van spierweefsel 14. Fijnhakken, enzymatische digestie, en trituratie algemeen moeten SC ontslaan van hun niche. SC's kunnen worden gezuiverd door pre-plating op ongecoat schotels 14,37,38, fractionation op Percoll 39,40, of fluorescent- of magnetische celsortering 41-43. Hier presenteren we een nieuwe economische en snelle protocol voor de isolatie van satelliet-cellen uit branchiomeric hoofd spieren van jonge volwassen ratten. Dit protocol is gebaseerd op een eerdere manuscript 14 en specifiek aangepast aan kleine weefselmonsters. De isolatie van SC uit representatieve spieren afkomstig van de 1 e, 2 e en 4 e branchial bogen worden beschreven. Na isolatie lage aantallen satelliet cellen worden gekweekt op extracellulaire matrix gel spots van millimeter grootte hun differentiatie te bestuderen. Deze aanpak voorkomt dat de eis voor de uitbreiding en de passage van de SC.
SC's uit verschillende branchiomeric hoofdspieren werden geïsoleerd uit een 9-weken oude Wistar rat en gekweekt direct aan extracellulaire matrix gel spots zonder expansie en passage. Na isolatie werden de cellen geteld en geënt bij dezelfde celdichtheid. Voor de parallelle isolatie van drie verschillende spieren, neemt deze methode ongeveer 4 uur. Cultuur verontreiniging te voorkomen, een cruciale stap is de snelle wassen in alcohol 70% na dissectie van de spieren.
Tijdens SC isolatie is het belangrijk om het spierweefsel in kleine stukjes (ongeveer 2 mm) gesneden maar vermijd teveel fijnhakkende omdat dit zal resulteren in een kleine celopbrengst door celbeschadiging. Ook de duur van de enzymatische digestie zorgvuldig worden onder de microscoop gecontroleerd om verdere schade te voorkomen. Doel van de spijsvertering met de myovezels dissociëren. Omdat meer dan 90% van de geïsoleerde cellen brengen Pax7, wordt geen verdere zuivering vereist (figuren 6-8).Dit voorkomt extra zuiveringsstappen in andere werkwijzen zoals pre-plating op ongecoat schotels 14,37,38, fractionering op Percoll 39,40 of fluorescent- of magnetische celsortering 41,43. Want tritureren is het essentieel om afschuiving tussen het weefsel fragmenten en de opening van de pipetpunt induceren omdat hiermee de mechanische ontgrendeling van de SC. Als het wrijven met een pipet 10 ml (binnendiameter tip: 1 mm) is moeilijk, een 5 ml (binnendiameter tip: 2 mm) kan de pipet eerst worden gebruikt. Alternatief kan glas Pasteur pipetten op de gewenste diameter worden gesneden en gebruikt. Deze werkwijze is eenvoudig, efficiënt en maakt de gelijktijdige isolatie van SC uit verschillende spieren samples.
De kweekplaten van SC's kunnen ook worden bekleed met gelatine of collageen, maar onze eerdere studies tonen aan dat extracellulaire matrix gel is beter voor het onderhoud van het myogene potentiaal dan 38 collageen. De extracellulaire matrix gel spots vanmillimeter size (10 gl / Ø 2 mm of 20 gl / Ø 4 mm) maakt het onderzoek mogelijk van de proliferatie en differentiatie van SCS met een beperkt aantal cellen. Voor de differentiatie assay ongeveer 8 tot 20 maal minder cellen worden vereist vergeleken met een 24-well plaat (Ø 15,6 mm) en ongeveer 80 tot 200 keer minder in vergelijking met 35 mm petrischalen (Ø 35 mm) 14,38.
Omdat extracellulaire matrix gel is duur, deze methode ook kosteneffectiever. Bovendien kan de kamer objectglaasjes worden vervangen door plastic dekglaasjes in de kosten verder te verlagen. Voor de bereiding van de extracellulaire matrix gel vlekken nadrogen van de kamer objectglaasjes noodzakelijk. Aangezien de extracellulaire matrix gel spots transparant, is het noodzakelijk om de vlekken aan de onderzijde markeren met achterverlichting. De kamers dia's worden vastgesteld in een petrischaal voor eenvoudige manipulatie. Verdere celkweek uitbreiding niet noodzakelijk, wat de mogelijkheid van de SC smal studie biedtLER spieren of kleine spier monsters. Alternatief, bijvoorbeeld voor PCR of spier constructen als meer cellen nodig, kan de vers geïsoleerde SC's eerst worden geëxpandeerd in T75 flessen zoals hierboven aangegeven.
SC's die met dit protocol zijn niet geschikt voor verdere zuivering met flowcytometrie onmiddellijk na isolatie. De digestie met pronase veroorzaakt uitgebreide digestie van het 14 oppervlak antigenen. Paardenserum en foetaal runderserum die gebruikt worden voor celkweek eerst goed worden gekarakteriseerd voor isolatie, aangezien verschillende lotnummers verschillend beïnvloed myoblasten proliferatie en differentiatie.
De laatste jaren is er een groeiende belangstelling voor de spieren afkomstig van de kieuwbogen en de kop mesoderm (bv oculaire spieren) 24. Het is duidelijk aangetoond dat het hoofd en de ledematen spieren hebben zeer verschillende eigenschappen. Kauwspieren van oude dieren lijkt te reTain hun regeneratieve capaciteit in vergelijking met de ledematen spieren 25,26. SC van de oculaire spieren hebben een robuuste proliferatie en differentiatie capaciteit vergelijkbaar met SC's van het hoofd spieren, en tonen een grotere aanslaan potentieel dan ledemaat spier SCS 24.
Het type vezel distributie en myosine samenstelling varieert tussen spiergroepen en ook tussen de soorten. Spieren afkomstig van de eerste kiemboog bij de mens bevatten zowel langzame en snelle vezels (subtypes IIA en IIX), neonatale myosins en myosins typisch voor het ontwikkelen van de hartspier. In knaagdieren deze spieren bevatten ongeveer 95% snelle vezels myosine IIA en IIb) 44-46. Studies over aviaire spieren aangetoond dat SC's uit verschillende vezelsoorten spier variëren differentiatievermogen. SC van snelle vezels alleen differentiëren in snelle spiervezels, terwijl SC uit langzame vezels kunnen differentiëren in zowel vezels types 47. Bovendien is het percentage SC's in snelle spierenvezels is lager dan in langzame spiervezels 48,49. Dit geeft aan dat het type vezelverdeling te houden bij studies moet worden genomen spieren in het craniofaciale gebied. Vergelijkbaar met gespleten gehemelte spieren, de LVP bij knaagdieren bevat bijna uitsluitend snelle vezels 50. Daarom SC van de LVP geschikt voor preklinische studies op het gebied van gespleten gehemelte.
Dit protocol biedt nieuwe mogelijkheden om SC afgeleid van branchiomeric hoofd spieren of andere kleinere spieren of kleinere spieren monsters te bestuderen. Dit zal de ontwikkeling van nieuwe therapieën vergemakkelijken de regeneratie van spieren in de maxillofaciale gebied te verbeteren zoals een gespleten gehemelte, maar ook in andere aandoeningen van kleine spieren.
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 |