Este protocolo descreve um modelo de criolesão para induzir danos profundos de vários miômeros caudais em zebrafish adultos. Este método fornece uma nova abordagem para o estudo da regeneração muscular esquelética após perda severa de tecido em vertebrados não mamíferos.
O músculo esquelético sofre renovação e restauração após pequenas lesões através da ativação de células-tronco satélites. Lesões graves da musculatura frequentemente levam à fibrose em humanos. Em comparação com os mamíferos, os peixes-zebra possuem uma maior capacidade inata de regeneração de órgãos, fornecendo um modelo poderoso para estudar a restauração tecidual após danos extensos ao órgão. Aqui, um modelo de criolesão é descrito para induzir danos profundos a quatro miômeros do pedúnculo caudal em peixes-zebra adultos. Uma criosonda personalizada foi projetada para se ajustar à forma do corpo e lesionar de forma reprodutível a musculatura lateral da pele até a linha média. É importante ressaltar que a integridade corporal permaneceu intacta, e os peixes continuaram sua atividade de natação. As alterações no músculo esquelético foram avaliadas por coloração histológica e coloração por fluorescência das proteínas sarcoméricas em cortes teciduais. Este método abrirá novos caminhos de pesquisa visando compreender como a degeneração do músculo esquelético induz respostas reparativas e, assim, a reativação do programa miogênico em zebrafish adultos.
Em vertebrados, partes danificadas de vários tecidos sofrem renovação homeostática e restauração durante a vida útil. Essa capacidade de renovação e restauração depende tipicamente da presença de células-tronco competentes ou da capacidade proliferativa das células maduras 1,2. O músculo esquelético compreende as miofibras pós-mitóticas, que estão associadas às células-tronco locais, denominadas células satélites3,4,5,6. Assim, esse tecido contém fontes celulares para o selamento eficiente de áreas de continuidade interrompida ou para o reparo de pequenas feridas. No entanto, maiores perdas volumétricas no músculo esquelético de mamíferos são frequentemente seguidas por reparo não regenerativo, comofibrose7. Modelos animais podem fornecer novos conhecimentos sobre os mecanismos biológicos que promovem a regeneração de órgãos extensamente danificados.
O peixe-zebra é um organismo modelo bem estabelecido com alta capacidade regenerativa. Os peixes-zebra adultos podem regenerar uma parte amputada de sua nadadeira caudal ou o ápice ressecado do ventrículo cardíaco 8,9,10,11. Além disso, um método de criolesão já foi aplicado para estudar a regeneração de nadadeiras e coração em peixes-zebra12,13,14,15. No caso dos órgãos internos, o método criolesão tem a vantagem de induzir a morte celular sem comprometer a integridade do órgão, mimetizando condições fisiológicas16,17. Os detritos teciduais são desintegrados pela depuração natural durante a cicatrização de feridas, seguida pelos processos reparativos. No entanto, ainda não foi estabelecido se esse método poderia ser aplicado ao músculo esquelético.
Em peixes, a musculatura lateral permite a flexão látero-lateral do tronco durante a natação18. Os músculos esqueléticos organizam-se em unidades metaméricas, denominadas miômeros, que são separadas por tecido conjuntivo 5,19. Os peixes-zebra podem regenerar seu músculo após pequenas rupturas teciduais, como as causadas por ablação a laser ou por arma branca20,21,22,23,24, mas ainda não se sabe se os miômeros inteiros podem se regenerar após lesão extensa. Essa lacuna no conhecimento provavelmente se deve à falta de um modelo adequado de lesão. Este protocolo estabelece uma nova abordagem para induzir lesão extensa do músculo esquelético, abrangendo múltiplos miômeros. O método de criolesão descrito baseia-se no rápido congelamento e descongelamento das miofibras com um instrumento de aço inoxidável pré-resfriado. Apesar dos extensos danos, o bem-estar dos peixes não foi severamente prejudicado. Miômeros inteiros podem ser restaurados e, portanto, este trabalho fornece um novo sistema modelo para estudar os mecanismos de regeneração da musculatura em peixes-zebra adultos.
O zebrafish fornece um organismo modelo de vertebrado anamniota para estudar os mecanismos de regeneração muscular. A maioria dos métodos de lesão existentes, como ablação a laser ou ferimento por arma branca, resulta em ruptura tecidual relativamente pequena20,21,22,23. Ressecções maiores têm sido realizadas em músculoextraocular26. No entanto, essa abordagem cirúrgica provavelmente seria menos apropriada para a musculatura lateral devido aos riscos à saúde do corte da parede corporal. Para evitar tais procedimentos invasivos, este protocolo descreve uma forma mais branda de lesão que, no entanto, resulta em danos profundos ao pedúnculo caudal. Essa abordagem se baseia em uma manipulação superficial que permite o direcionamento muito preciso de alguns miômeros em um lado do corpo. Os pontos fortes do modelo de criolesão residem em sua reprodutibilidade e capacidade de produzir degeneração muscular extensa; Com base nesses pontos fortes, este modelo fornece um novo caminho para estudar como o corpo reage à perda muscular significativa.
A aplicação de frio extremo leva a um choque térmico, que destrói a membrana plasmática e organelas do tecido muscular afetado27. Como resultado, as miofibras lesadas sofrem morte celular “acidental”28. Consequentemente, o tecido danificado pode ser reabsorvido por mecanismos naturais de eliminação da ferida. Os peixes-zebra toleram bem o procedimento de criolesão, pois a taxa de sobrevivência neste estudo foi de quase 100%, uma vez que a sonda pré-resfriada foi posicionada corretamente no corpo durante a duração exata. No entanto, se a ferida for muito extensa (por exemplo, se for aplicada muita pressão ou se a duração da criolesão for muito longa), o peixe pode apresentar movimentos de natação aberrantes logo após o procedimento, e o animal deve ser sacrificado como um desfecho humano. Para outras espécies de peixes, o tempo de exposição à criosonda deve ser ajustado de acordo com o tamanho do corpo.
Após a criolesão, os peixes podem retomar sua atividade de natação sem qualquer sintoma de movimento anormal. No entanto, os peixes criolesionados nadam menos dinamicamente do que os peixes controle, o que indica alguns comprometimentos leves. Uma maior quantificação do comportamento dos peixes em diferentes momentos após a criolesão será necessária para determinar mudanças temporais no desempenho de natação.
O efeito do método de criolesão em outros tecidos não musculares do pedúnculo caudal ainda precisa ser elucidado. Obviamente, a camada mais externa do corpo (ou seja, a pele) é danificada pelo procedimento. Nesse contexto, o método criolesão pode fornecer uma nova estratégia para o estudo da cicatrização de feridas, regeneração de incrustações e restauração do padrão de pigmentação. Além disso, a vasculatura e a inervação dos miômeros também podem ser afetadas pela criolesão, e esses tópicos requerem maiores investigações.
O modelo de criolesão já foi utilizado para investigar a regeneração cardíaca do peixe-zebra13,14,15,29. Esse método apresentou algumas vantagens em relação ao método de ressecçãoventricular10 devido à deposição transitória de cicatriz rica em colágeno, que mimetiza melhor a resposta cicatricial do infarto em humanos30. Notavelmente, o peixe-zebra pode regenerar seu coração após múltiplascriolesões31. Curiosamente, a criolesão também tem sido aplicada na nadadeira do peixe-zebra, resultando em processoshistolíticos12. Ao contrário da amputação clássica da nadadeira, o coto crioleado remanescente contém uma margem distorcida com uma mistura de material morto e células saudáveis. Estudos com ambos os órgãos do peixe-zebra, o coração e a nadadeira, revelaram a poderosa capacidade do peixe-zebra de restaurar seus componentes funcionais originais, mesmo após extensos danos teciduais. Se o músculo esquelético crioleado ativa uma interação entre processos reparativos e regenerativos justifica estudos futuros.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos a V. Zimmermann pelo cuidado com os peixes, bem como ao Dr. Thomas Bise, Dra. Catherine Pfefferli e Lea Gigon pelo início deste projeto e seus resultados preliminares. Este trabalho foi apoiado pela Swiss National Science Foundation, processo número 310030_208170.
Program | |||
ImageJ | National Institutes of Health (NIH) | ||
Photoshop Version 23.5.3 | Adobe | ||
Material/ Equipment | |||
35/10 mm Petri Dish | Greiner Bio-one | Item No.: 627102 | |
Camera | Sony | / | HDR-PJ410 |
Cryostat | Histcom | HRA C50 | |
Formaldehyde ~36% | Sigma-Aldrich | 47630 | |
Macro 50 mm f/2.8 EX DG lens | Sigma | / | Discontinued lense |
Peel-A-Way Embedding Truncated Molds T8 | Polyscience, Inc. | 18985 | |
Slides Superfrost Plus | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
Sponge | any | any | flat sponge, c.a. 7cm x 3 cm x 1 cm |
Stainless steel cryoprobe | Custom-made | / | specifics in the article |
Sucrose | Sigma-Aldrich | 84100 | |
Surgical scissors | Any | / | |
TCS SP2 | Leica | / | Discontinoued product |
Tissue-Tek O.C.T. compound | Sakura Finetek | 4583 | |
Tricaine (Anestethic) | Sigma | E10521 | |
Dyes and Antibodies | |||
Dapi | Sigma | 10236276001 | Concentration: 1/2000 |
Phalloidin-Atto-565 (F-actin) | Sigma | 94072 | Concentration: 1 / 500 |
Tropomyosin (TPM1) | DHSB | CH1 | Concentration: 1 / 50 |
Recipies/Solutions | |||
1x PBS | 123 mM NaCl | Sigma | |
2.7 mM KCl | Sigma | ||
10 mM Na2HPO4 | Sigma | ||
1.8 mM KH2PO4 | Sigma | ||
AFOG solution | 3 g Fuchsin | Fisher Scientific | |
2 g Orange G | Sigma | ||
1 g Anilin blue | Fulka AG | ||
200 ml acifidied distilled H2O (pH 1.1) |