Este protocolo describe un modelo de criolesión para inducir daño profundo de varios miómeros caudales en peces cebra adultos. Este método proporciona un nuevo enfoque para estudiar la regeneración del músculo esquelético después de una pérdida severa de tejido en vertebrados no mamíferos.
El músculo esquelético se somete a renovación y restauración después de una lesión menor a través de la activación de células madre similares a satélites. Las lesiones graves de la musculatura a menudo conducen a la fibrosis en los seres humanos. En comparación con los mamíferos, el pez cebra posee una mayor capacidad innata para la regeneración de órganos, proporcionando un modelo poderoso para estudiar la restauración de tejidos después de un daño extenso al órgano. Aquí, se describe un modelo de criolesión para inducir un daño profundo a cuatro miómeros del pedúnculo caudal en peces cebra adultos. Se diseñó una criosonda hecha a medida para adaptarse a la forma del cuerpo y lesionar de manera reproducible la musculatura lateral desde la piel hasta la línea media. Es importante destacar que la integridad del cuerpo permaneció intacta y los peces continuaron su actividad de natación. Los cambios en el músculo esquelético se evaluaron mediante tinción histológica y tinción fluorescente de proteínas sarcoméricas en secciones de tejido. Este método abrirá nuevas vías de investigación con el objetivo de comprender cómo la degeneración del músculo esquelético induce respuestas reparadoras y, por lo tanto, la reactivación del programa miogénico en peces cebra adultos.
En los vertebrados, las partes dañadas de varios tejidos se someten a renovación y restauración homeostática durante la vida útil. Esta capacidad de renovación y restauración depende típicamente de la presencia de células madre competentes o de la capacidad proliferativa de las células maduras 1,2. El músculo esquelético comprende miofibras postmitóticas, que están asociadas con células madre locales, llamadas células satélite 3,4,5,6. Por lo tanto, este tejido contiene fuentes celulares para el sellado eficiente de áreas de continuidad interrumpida o para la reparación de heridas menores. Sin embargo, las mayores pérdidas volumétricas en el músculo esquelético de los mamíferos a menudo son seguidas por una reparación no regenerativa, como la fibrosis7. Los modelos animales podrían proporcionar nuevos conocimientos sobre los mecanismos biológicos que promueven la regeneración de órganos extensamente dañados.
El pez cebra es un organismo modelo bien establecido con una alta capacidad regenerativa. El pez cebra adulto puede regenerar una parte amputada de su aleta caudal o el ápice resecado del ventrículo cardíaco 8,9,10,11. Además, se ha aplicado previamente un método de criolesión para estudiar la regeneración de aletas y corazón en peces cebra12,13,14,15. En el caso de los órganos internos, el método de criolesión tiene la ventaja de inducir la muerte celular sin alterar la integridad del órgano, imitando así las condiciones fisiológicas16,17. Los restos de tejido se desintegran por la eliminación natural durante la cicatrización de la herida, seguida de los procesos reparadores. Sin embargo, queda por establecer si este método podría aplicarse al músculo esquelético.
En los peces, la musculatura lateral permite la flexión de lado a lado del tronco durante la natación18. Los músculos esqueléticos están organizados en unidades metaméricas, llamadas miómeros, que están separadas por tejido conectivo 5,19. El pez cebra puede regenerar su músculo después de pequeñas alteraciones tisulares, como las causadas por la ablación con láser o una puñalada 20,21,22,23,24, pero aún se desconoce si los miómeros enteros pueden regenerarse después de una lesión extensa. Esta brecha en el conocimiento se debe probablemente a la falta de un modelo de lesión adecuado. Este protocolo establece un nuevo enfoque para inducir una lesión extensa del músculo esquelético, que abarca múltiples miómeros. El método de criolesión descrito se basa en la rápida congelación y descongelación de las miofibras con un instrumento de acero inoxidable preenfriado. A pesar del extenso daño, el bienestar de los peces no se vio gravemente afectado. Se podrían restaurar miómeros enteros y, por lo tanto, este trabajo proporciona un nuevo sistema modelo para estudiar los mecanismos de regeneración de la musculatura en peces cebra adultos.
El pez cebra proporciona un organismo modelo de vertebrados anamniota para estudiar los mecanismos de regeneración muscular. La mayoría de los métodos de lesión existentes, como la ablación con láser o la herida por arma blanca, resultan en una alteración tisular relativamente menor20,21,22,23. Se han realizado resecciones mayores en el músculo extraocular26. Sin embargo, este enfoque quirúrgico probablemente sería menos apropiado para la musculatura lateral debido a los peligros para la salud de cortar la pared del cuerpo. Para evitar tales procedimientos invasivos, este protocolo describe una forma más leve de lesión que, sin embargo, resulta en un daño profundo al pedúnculo caudal. Este enfoque se basa en una manipulación superficial que permite la orientación muy precisa de unos pocos miómeros en un lado del cuerpo. Los puntos fuertes del modelo de criolesión radican en su reproducibilidad y capacidad para producir una degeneración muscular extensa; Basado en estas fortalezas, este modelo proporciona un nuevo camino para estudiar cómo reacciona el cuerpo a la pérdida muscular significativa.
La aplicación de frío extremo conduce a un choque térmico, que destruye la membrana plasmática y los orgánulos en el tejido muscular afectado27. Como resultado, las miofibras lesionadas sufren muerte celular “accidental”28. En consecuencia, el tejido dañado puede ser reabsorbido por mecanismos naturales de limpieza de heridas. El pez cebra tolera bien el procedimiento de criolesión, ya que la tasa de supervivencia en este estudio fue de casi el 100%, dado que la sonda preenfriada se colocó correctamente en el cuerpo durante el tiempo exacto. Sin embargo, si la herida es demasiado extensa (por ejemplo, si se aplica demasiada presión o la duración de la criolesión es demasiado larga), el pez puede mostrar movimientos de natación aberrantes poco después del procedimiento, y el animal debe ser sacrificado como un punto final humanitario. Para otras especies de peces, el tiempo de exposición a la criosonda debe ajustarse de acuerdo con el tamaño del cuerpo.
Después de la criolesión, los peces pueden reanudar su actividad de natación sin ningún síntoma de movimiento anormal. Sin embargo, los peces criolesionados nadan menos dinámicamente que los peces control, lo que indica algunas deficiencias leves. Será necesaria una mayor cuantificación del comportamiento de los peces en diferentes puntos de tiempo después de la criolesión para determinar los cambios temporales en el rendimiento de natación.
El efecto del método de criolesión en otros tejidos no musculares del pedúnculo caudal aún no se ha dilucidado. Obviamente, la capa corporal más externa (es decir, la piel) se daña por el procedimiento. En este contexto, el método de criolesión puede proporcionar una nueva estrategia para estudiar la cicatrización de heridas, la regeneración de incrustaciones y la restauración del patrón de pigmentación. Además, la vasculatura y la inervación de los miómeros también podrían verse afectadas por la criolesión, y estos temas requieren más investigación.
El modelo de criolesión se ha utilizado previamente para investigar la regeneración cardíaca del pez cebra13,14,15,29. Este método mostró algunas ventajas en comparación con el método de resección ventricular10 debido a la deposición transitoria de una cicatriz rica en colágeno, que imita mejor la respuesta de curación del infarto en humanos30. Sorprendentemente, el pez cebra puede regenerar su corazón después de múltiples criolesiones31. Curiosamente, la criolesión también se ha aplicado a la aleta del pez cebra, lo que resulta en procesos histolíticos12. A diferencia de la amputación clásica de aletas, el muñón criolesionado restante contiene un margen distorsionado con una mezcla de material muerto y células sanas. Los estudios con ambos órganos del pez cebra, el corazón y la aleta, han revelado la poderosa capacidad del pez cebra para restaurar sus componentes funcionales originales incluso después de un daño tisular extenso. Si el músculo esquelético criolesionado activa una interacción entre los procesos reparadores y regenerativos justifica estudios futuros.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos a V. Zimmermann por el cuidado de los peces, así como al Dr. Thomas Bise, la Dra. Catherine Pfefferli y Lea Gigon por el inicio de este proyecto y sus resultados preliminares. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia, número de subvención 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) |