Presentamos técnicas para aislar, cultivar, caracterizar y diferenciar las células progenitoras musculares primarias humanas (hMPC) obtenidas del tejido de biopsia muscular esquelética. los hMPC obtenidos y caracterizados a través de estos métodos se pueden utilizar para abordar posteriormente cuestiones de investigación relacionadas con la miogénesis humana y la regeneración muscular esquelética.
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Artículo de método
Aislamiento, cultivo, caracterización y diferenciación de células progenitoras musculares humanas del procedimiento de biopsia muscular esquelética
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Resumen
Resumen
El uso de tejido humano primario y células es ideal para la investigación de procesos biológicos y fisiológicos como el proceso regenerativo del músculo esquelético. Existen desafíos reconocidos para trabajar con células madre adultas primarias humanas, particularmente células progenitoras musculares humanas (hMPC) derivadas de biopsias del músculo esquelético, incluyendo bajo rendimiento celular del tejido recogido y un gran grado de heterogeneidad de los donantes de parámetros de crecimiento y muerte entre las culturas. Si bien la incorporación de la heterogeneidad en el diseño experimental requiere un tamaño de muestra mayor para detectar efectos significativos, también nos permite identificar mecanismos que subyacen a la variabilidad en la capacidad de expansión de hMPC, y por lo tanto nos permite entender mejor heterogeneidad en la regeneración muscular esquelética. Nuevos mecanismos que distinguen la capacidad de expansión de los cultivos tienen el potencial de conducir al desarrollo de terapias para mejorar la regeneración muscular esquelética.
Introducción
El músculo esquelético es el sistema de órganos más grande del cuerpo humano, representando entre el 30 y el 40 % de la masa corporal entera1. Además de su papel bien reconocido en la locomoción, el músculo esquelético mantiene la temperatura corporal y la postura, y juega un papel central en la homeostasis de nutrientes de todo el cuerpo. La investigación en la que participan participantes humanos, animales y modelos de cultivo celular son valiosos para abordar cuestiones relacionadas con la biología y la regeneración del músculo esquelético. El aislamiento y el cultivo de células progenitoras musculares primarias humanas (hMPC) proporcionan un modelo robusto que permite aplicar técnicas de cultivo celular y manipulaciones a muestras humanas. Una ventaja de usar hMPCs es que conservan el fenotipo genético y metabólico de cada donante2,3. El mantenimiento del fenotipo del donante permite a los investigadores examinar la variación interindividual en el proceso miogénico. Por ejemplo, hemos empleado nuestro método de caracterización hMPC para identificar diferencias relacionadas con la edad y el sexo en la capacidad de expansión de la población de hMPC4.
El propósito de este protocolo es detallar técnicas para aislar, cultivar, caracterizar y diferenciar los hMPC del tejido de biopsia muscular esquelética. Basándose en trabajos anteriores que describieron hMPCs e identificaron posibles fabricantes de superficies celulares para el aislamiento hMPC5,6, este protocolo llena una brecha crítica en el conocimiento al vincular el aislamiento con la caracterización de los hMPC. Además, las instrucciones detalladas paso a paso incluidas en este protocolo hacen que el aislamiento y la caracterización de hMPC sean accesibles para un amplio público científico, incluidas aquellas con experiencia previa limitada con hMPCs. Nuestro protocolo es uno de los primeros en describir el uso de un citómetro de imágenes para rastrear las poblaciones celulares. Los citómetros de imágenes de nuevo diseño son de última generación, de alto rendimiento y basados en microplacas, lo que permite imágenes de células vivas, recuento celular y análisis de fluorescencia multicanal de todas las células en cada pozo de un recipiente de cultivo en cuestión de minutos. Este sistema permite una rápida cuantificación de los cambios dinámicos en la proliferación y viabilidad de toda una población celular con una interrupción mínima de la cultura. Por ejemplo, somos capaces de realizar medidas objetivas de confluencia en días sucesivos in vitro para determinar la cinética de crecimiento de cada cultivo derivada de diferentes donantes. Muchos protocolos en la literatura, particularmente los que implican la diferenciación de los MMP, requieren que las células alcancen un nivel definido de confluencia antes de iniciar la diferenciación o el tratamiento7. Nuestro método permite la determinación objetiva de la confluencia de cada pozo en un recipiente de cultivo permitiendo a los investigadores iniciar el tratamiento de una manera imparcial y no subjetiva.
En el pasado, una limitación importante del uso de hMPC primarios era rendimientos bajos que limitan el número de celdas disponibles para los experimentos. Nosotros y otros hemos demostrado que el rendimiento de los MMP del tejido de biopsia de músculo esquelético es de 1 a 15 MMP por miligramo de tejido (Figura1)8. Debido a que nuestro protocolo permite cuatro pasajes de las células antes de la purificación con clasificación celular activada por fluorescencia (FACS), nuestros rendimientos crioconservados de hMPC, derivados de pequeñas cantidades de tejido de biopsia (50-100 mg), son suficientes para abordar los objetivos de investigación donde los objetivos de investigación donde se requieren múltiples experimentos. Nuestro protocolo FACS produce una población MPC pura (Pax7 positiva) del 80 %, por lo que nuestro protocolo está optimizado tanto para el rendimiento como para la pureza.
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Protocolo
Este protocolo fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Cornell. Todos los participantes fueron examinados para detectar las condiciones de salud subyacentes y se les dio su consentimiento informado.
1. Obtención de tejido muscular humano a través de la biopsia muscular esquelética
- Identificar el músculo vastus lateralis a través de la palpación, puntos de referencia anatómicas, y la contracción activa del músculo.
- Palpate el vastus lateralis haciendo que el participante apriete su músculo del cuádriceps y encuentre el vientre del músculo, alrededor de 1/3 del camino de la rótula a la cadera, y sólo ventrolateral al fémur.
- Utilice una cinta de medición de papel para marcar un área con un marcador quirúrgico a unas 4 x 6 pulgadas de la parte superior de la rótula que representa el vientre del músculo.
- Afeitar cualquier cabello cerca de la zona marcada y luego limpiar con un antiséptico de grado quirúrgico que se utiliza antes de los procedimientos médicos (por ejemplo: 2% gluconato de clorhexidina (CHG)/ 70% alcohol isopropílico (IPA)) .
- Anestetiza el sitio de la biopsia con 1% de lidocaína.
NOTA: Evite inyectar la lidocaína en el músculo esquelético. - Haga una vía de incisión de 4 x 5 mm en el sitio marcado.
- Después de anestesiar el área, empuje una aguja Bergstrom con trocar a través de la fascia en el vientre del músculo (aproximadamente 2 x 3 cm).
- Extraiga el tejido muscular en la aguja Bergstrom retirando el trocar de corte de 2 x 3 cm mientras un asistente aplica succión retirando un émbolo de jeringa de 60 ml adjunto.
- Cierre la cámara de corte.
- Gire la base de la aguja de la biopsia un cuarto de vuelta y repita la secuencia de apertura de la aguja, aplicación de succión y cierre de la aguja.
NOTA: Cada vez que se cierra la aguja, se debe obtener un corte de tejido muscular dentro de la aguja Bergstrom. Durante la recolección de la muestra, la aguja permanecerá en el muslo en la misma posición vertical mientras se gira longitudinalmente a través de 360o para obtener cada muestra. Esta secuencia se puede repetir 3 a 4 veces. - Expulse el tejido de biopsia recogido de la aguja a un vendaje estéril no adherente.
- Examine el tejido y retire los tejidos adiposos y fibroticos visibles utilizando cuchillas o pinzas estériles para bisturí.
- Coloque una porción (50-100 mg) detejido en un tubo estéril que contenga un medio nutritivo independiente del CO2 (p. ej., Hibernar A).
NOTA: El peso del tejido se determina de la siguiente manera. Primero coloque el tubo tapado que contiene el medio nutritivo en una escala y una atadura. A continuación, coloque el tejido en el tubo, recapitule el tubo y luego pese el tubo que contiene el tejido en el medio nutritivo. - Almacene el tubo que contiene el tejido y el medio nutritivo a 4 oC hasta su procesamiento.
NOTA: El tejido de biopsia debe procesarse dentro de las 48 horas de recolección.
2. Aislar las células de progenitores musculares humanos del tejido de la biopsia
- Tejido de biopsia de picado.
- Transfiera el tejido muscular del medio nutritivo a una placa estéril de Petri en un gabinete de seguridad biológica o un lugar de trabajo estéril similar.
- Utilice cuchillas de bisturí estériles para picar el tejido en trozos de 1 mmy 3 mm.
- Lave el tejido de biopsia picado para eliminar los desechos residuales.
- Transfiera el tejido muscular a un tubo cónico de 15 ml que contenga 10 ml de solución salina con fosfato (PBS) y permita que el tejido se asienten a través de la gravedad.
- Aspirar al sobrenadante teniendo cuidado de no molestar el tejido muscular.
- Añadir 10 ml de PBS al tejido lavado y permitir que el tejido muscular se reasienten a través de la gravedad.
- Aspirar al sobrenadante teniendo cuidado de no molestar el tejido muscular.
- Añadir 10 mL de bajo nivel de glucosa Medio águila modificado (DMEM) y permitir que el tejido se reasienten a través de la gravedad.
- Aspirar al sobrenadante teniendo cuidado de no molestar el tejido muscular.
- Incubar el tejido en medios de digestión.
- Resuspender el tejido muscular en 3 ml de medios de digestión (2 mg/ml de colagenasa D en DMEM de baja glucosa).
NOTA: Las soluciones de stock de colagenasa D se pueden preparar a 20 mg/ml en DMEM de baja glucosa y almacenarse a -80 oC, luego diluirse 1:10 en DMEM de baja glucosa en el momento de su uso. - Incubar el tubo que contiene el tejido muscular en un baño de agua a 37 oC durante 30 min.
- Triturar la suspensión del tejido muscular cada 10 minutos utilizando una pipeta serológica de 10 ml o una pipeta de diámetro ancho.
- Añadir 83 ml de medios de digestión adicionales y 24 ml de solución de dispensación (0,76 mM de acetato de calcio, 1,39 mM de acetato de sodio, 13,91 mg/ml de dosis II en DMEM bajo en glucosa). Vuelva a colocar la suspensión en el baño de agua de 37oC.
- Triturar la suspensión del tejido muscular cada 5 x 10 minutos con una punta de pipeta de diámetro ancho.
- Continuar la trituración hasta lograr una suspensión uniforme, y durante no más de 1,5 h para prevenir la digestión excesiva.
NOTA: La suficiente picadura del tejido y la actividad enzimática de la colagenasa y la dispensación pueden afectar la digestión de la muestra. Una suspensión uniforme debe ser capaz de pasar a través de una punta de pipeta normal con una oclusión mínima después de 1,5 h. Si no se logra una suspensión uniforme después de 1,5 h, compruebe que la picadura del tejido es suficiente y el tejido se pica al tamaño adecuado (paso 2.1.2). Además, la actividad de las enzimas debe probarse como variación de lote a lote en la actividad enzimática se produce.
- Resuspender el tejido muscular en 3 ml de medios de digestión (2 mg/ml de colagenasa D en DMEM de baja glucosa).
- Células de pellet y congelación en medios de recuperación.
- Añadir 6 ml de medios de crecimiento (GM; 79% F12 de Ham, 20% de suero bovino fetal, 1% penicilina/estreptomicina, factor de crecimiento de fibroblastobásico básico de 5 ng/ml [bFGF], pH 7,4, pasado a través de un filtro de 0,22 m) a la suspensión muscular.
- Pipetear la suspensión a través de un colador de células de 70 m en un tubo cónico de 50 ml. Enjuague el colador con 4 ml adicionales de GM.
NOTA: La muestra se puede transferir de nuevo a un tubo cónico de 15 ml para facilitar la visualización del pellet. Se puede utilizar un volumen de lavado mayor si los rendimientos celulares subsiguientes son bajos. - Centrífuga a 300 x g durante 5 min a temperatura ambiente (RT).
- Aspirar al sobrenadante asegurándose de no interrumpir el pellet. Deslice el tubo para resuspender el pellet en el medio restante. Si las celdas no se van a cultivar inmediatamente proceda al paso 2.4.5 para obtener instrucciones sobre el almacenamiento a largo plazo, de lo contrario proceda al paso 3.1.6.
NOTA: Si se desea un cultivo inmediato, se debe preincubar GM en placas de cultivo celular (pasos 3.1.1 y 3.1.2) antes de que comience el procesamiento de la biopsia. - Añadir 1,5 ml de medios de congelación de cultivo de células de recuperación (Tablade materiales)al pellet recuperado.
- Transfiera la suspensión en un criovial. Colocar el criovial en un enfriador de velocidad controlado por isopropanol durante la noche a -80 oC. Almacenar criovial a -80oC hasta que esté listo para el cultivo.
NOTA: Los crioviales que contienen lodos se pueden mantener en nitrógeno líquido para su almacenamiento a largo plazo (superior a 1 mes). El uso de un enfriador de velocidad controlado por isopropanol permite que las células se congelen reproduciblemente a una velocidad de 1oC/min, lo que resulta en tasas óptimas de recuperación celular como lo demuestra la viabilidad después de la congelación y una mayor probabilidad de apego a los vasos de cultivo celular 9. Alternativamente, se puede utilizar un vaso de precipitados que contenga isopropanol RT, colocado en un congelador de -80 oC.
3. Culturing Human Muscle Progenitor Cells
- Descongelar la suspensión muscular.
- Antes de descongelar y sembrar hMPCs, pre-equilibrar las placas de cultivo celular en GM. Añadir 250 ol de GM a 4 pocillos de una placa de cultivo celular recubierta de colágeno (colágeno I), placa de cultivo celular de 24 pocillos. Llenar los pozos restantes con 500 ml de medios base estériles (es decir, F12) para evitar la evaporación durante el cultivo a largo plazo.
NOTA: Para biopsias entre 50 g y 100 g, cuatro pocillos de una placa de 24 pocillos son apropiados. Si el tejido de la biopsia es inferior a 50 g, dos pozos pueden ser más apropiados. Los desechos residuales y el número de celda bajo impiden el uso de una técnica de recuento celular en este paso; por lo tanto, la densidad de sembración exacta no se determina y varía ligeramente de la biopsia a la biopsia. - Incubar recipientes de cultivo celular con GM a 37oC en 5% CO2 durante 1 h antes de la sembrada.
- Retirar los crioviales del congelador de -80 oC y colocarlos en un baño de agua de 37 oC; el líquido en el tubo debe estar completamente sumergido en agua.
- Cuando la descongelación esté casi completa (5 min), transfiera el criovial a una campana de flujo laminar estéril. Transfiera el lodo muscular fuera del tubo criovial y agregue a un tubo cónico de 15 ml que contenga 6 ml de GM precalentado a una velocidad de 1 ml/min.
- Centrifugar la suspensión muscular a 300 x g durante 5 min a RT.
NOTA: Una centrífuga de cubo oscilante puede facilitar la visualización de pequeños pellets en este paso, pero no es esencial. - Aspirar al sobrenadante asegurándose de no interrumpir el pellet. Deslice el tubo para resuspender el pellet en el medio restante y resuspender en 1 ml de GM.
- Transferir 250 l del pellet resuspendido (ahora considerado una suspensión hMPC) a cada uno de los 4 pocillos de la placa de cultivo celular preincubado de 24 pocillos.
- Antes de descongelar y sembrar hMPCs, pre-equilibrar las placas de cultivo celular en GM. Añadir 250 ol de GM a 4 pocillos de una placa de cultivo celular recubierta de colágeno (colágeno I), placa de cultivo celular de 24 pocillos. Llenar los pozos restantes con 500 ml de medios base estériles (es decir, F12) para evitar la evaporación durante el cultivo a largo plazo.
- Cultura y pasaje hMPCs.
- Mantener los cultivos de hMPC en GM a 37oC en 5% CO2.
NOTA: Las existencias de GM sin el bFGF (es decir, F12, antibióticos, FBS) se preparan en lotes y se mantienen a 4 oC durante un máximo de 2 semanas. bFGF se añade a GM el día de uso. Los medios que contengan bFGF se pueden almacenar durante 48 h a 4 oC. - Veinticuatro horas después del aislamiento, aspirar el GM, lavar suavemente el recipiente de cultivo 2veces con GM precalentado, y añadir GM fresco.
NOTA: 24 h debe proporcionar a los hMPCs el tiempo suficiente para conectar; no se deben retirar los hMPC sdespués del lavado. Este paso también eliminará los restos restantes que se generaron durante la cosecha celular, haciendo que el recipiente sea más susceptible a un escaneo de confluencia preciso utilizando un citómetro de imágenes (sección 5 a continuación). Después de este cambio de medio inicial, GM se cambia cada 48 h. - Pasaje hMPCs cuando 70% se logra confluencia o cuando han permanecido en el mismo plato de cultivo durante 10 días, lo que ocurra primero.
NOTA: El 70% de confluencia es de aproximadamente 55.000 celdas/cm2. - Para el paso, agregue 250 s de trippsina precalentada a cada pocto de una placa de cultivo celular de 24 pocillos e incubar durante 5 min.
- Toque el recipiente de cultivo celular en una superficie firme para separar los hMPC. Se puede utilizar un microscopio de luz para verificar que los hMPCs se han separado.
- Transfiera las suspensiones de trippsin/hMPC a 5 ml de GM en un tubo cónico de 15 ml.
- Centrifugar la suspensión hMPC a 300 x g durante 5 min a RT.
- Retire las suspensiones hMPC de la centrífuga y colóquelas sobre hielo en la campana de flujo laminar estéril.
NOTA: Mantener los hMPC en el hielo durante el paso da como resultado menos agregación celular. - Aspirar sobrenadante de hMPCs y resuspender suavemente el pellet en 1 ml de GM.
- Cuente las células usando un hemocitómetro o un contador de células automatizado.
NOTA: Una dilución de 1:5 de la suspensión celular al tampón de recuento celular es generalmente apropiada. - HMPCs de semillas en platos de cultivo recubiertos de colágeno que contienen GM precalentado a una densidad de 3.500 células por cm2. Una combinación de placas de 10 cm y placas de 24 pocillos es ideal. Las placas de 24 pocillos se pueden escanear diariamente en un catómetro de imágenes para monitorear el crecimiento.
- Siga el mismo procedimiento (comenzando en el paso 3.2.4.) para los pasajes posteriores.
NOTA: La salud y pureza celular se pueden controlar a través de los pasajes utilizando un marcador de senescencia celular (por ejemplo, galactosidasa) e inmunomanchado para Pax7.
- Mantener los cultivos de hMPC en GM a 37oC en 5% CO2.
- Cryopreserve los hMPCs.
- Cryopreserve el exceso de células para su uso posterior para hacer que el volumen de cultivo sea más manejable.
- Para la criopreservación, siga el procedimiento de tripinización descrito en los pasos 3.2.4.-3.2.9.
- Mientras se centrifuga la suspensión celular, prepare una mezcla de 20% (p. ej., 200 ol) de dimetilsulfóxido (DMSO) y 80% (por ejemplo, 800 ol) GM. Pipeta hacia arriba y hacia abajo 20veces para asegurar una mezcla adecuada. Deje reposar la mezcla sobre hielo.
- Según el recuento de células, diluir la suspensión hMPC a 2 x 106/mL en GM.
- Combine la suspensión hMPC y la mezcla 20% estéril DMSO/80% GM 50/50. El medio de criopreservación final es una combinación de DMSO (10%) y GM (90%) que contiene 1 x 106 hMPCs/mL.
- Coloque 1 ml de la suspensión hMPC preparada en el paso 3.3.5 en tantos crioviales como permita el recuento inicial de células. A continuación, coloque los hMPC amicotizados en un enfriador de velocidad controlado por isopropanol en un congelador de -80 oC durante la noche.
NOTA: En este paso, típicamente se obtienen entre 5 y 15 millones de células, 30-60% de las cuales son identificadas como hMPCs por FACS.
4. Aislar Pax7+ Células progenitoras musculares humanas a través de la citometría de flujo
- Para preparar los hMPCs a partir de cultivos vivos (paso 3.2.11), intente estrippsinizar suficientes recipientes de cultivo para 1 x 106x 2 x 106 células totales. Prepare las suspensiones de celdas como se describe en los pasos 3.2.4 a 3.2.9.
- Preparar hMPCs de culturas crioconservadas (paso 2.4.6 o 3.3.6).
- Seleccione 1 x 2 tubos que contengan 1 x 106 pasaje cuatro hPCC para cada donante.
NOTA: El uso de cuatro hPCC permite un rendimiento celular adecuado sin dejar de mantener el potencial proliferativo hasta el paso seis (Figura2). - Descongelar rápidamente las células extirpándolas del congelador de -80 oC y colocándolas en un baño de agua de 37oC con el líquido en el tubo completamente sumergido.
- Cuando la descongelación esté casi completa (5 min), transfiera los hMPCs a una campana de flujo laminar estéril y transfiera el contenido de la suspensión celular a 6 ml de GM precalentado en un tubo cónico de 15 ml a una velocidad de 1 ml/min.
- Prepare las suspensiones de celdas como se describe en los pasos 3.2.7 a 3.2.9.
- Resuspenda cada pellet en 3 ml de tampón FACS (500 ml de PBS, 12,5 ml de suero normal de cabra, 2 ml de 0,5 M EDTA, pH 7,4, pasado a través de un filtro de 0,22 m).
- Centrifugar la suspensión celular a 300 x g durante 5 min a RT.
- Aspirar sobrenadante de hMPCs y resuspender suavemente el pellet en 250 ml de tampón FACS; colocar en el hielo.
- Colocar 100 ml de células en un tubo de microcentrífuga de 1,7 ml y dejar en hielo para ser utilizado como controles vivos/muertos (paso 4.5.1).
NOTA: Los 100 ul de celdas que se utilizarán para controles vivos/muertos pueden provenir de tomar un pequeño volumen (20 ul) de celdas resuspendidas de cada donante para ser ordenadas o de celdas bancarias.
NOTA: Es importante no tomar más de 20 ul de células resuspendidas de un solo donante. Traiga el volumen hasta 100 ul con el buffer FACS si < 100 ul de las células está disponible.
- Seleccione 1 x 2 tubos que contengan 1 x 106 pasaje cuatro hPCC para cada donante.
- Manchas hMPCs para marcadores de superficie celular.
- Preparar el siguiente cóctel de anticuerpos (las cantidades mostradas son para cada cultivo, escalado adecuado): 5 l CD56 (molécula de adhesión celular neural [NCAM]; PE-Cy7-conjugado) y 5 l CD29 (1-integrina; AlexFluor488-conjugado). La dilución final del anticuerpo es 1:50.
- Añadir 10 l del cóctel de anticuerpos a cada suspensión de hMPC e incubar sobre hielo durante 30 minutos en la oscuridad.
- Añadir 10 ml de tampón FACS a cada mezcla de cóctel de suspensión/anticuerpo.
- Centrifugar cada tubo a 300 x g durante 5 min a RT.
- Resuspenda el pellet en 300 ml de tampón FACS y transfiera a un tubo de poliestireno de fondo redondo de 5 ml.
- Mantenga la suspensión sobre hielo y protegida de la luz.
- Preparen las cuentas de compensación.
NOTA: Los controles positivos para cada anticuerpo y un control negativo (cuentas no manchadas) deben prepararse utilizando perlas de compensación. Los controles de cordón de compensación deben ejecutarse en el citometro de flujo antes de que se ordenen las muestras. Estos controles permiten determinar cuánto se puede detectar el fluorocromo de cada anticuerpo en el canal del otro para que se pueda aplicar la compensación.- Cuentas de compensación de vórtice.
- En tres tubos de microcentrífuga de 1,7 ml, añada una gota (50 l) de perlas de compensación.
- Añadir 1 l de cada anticuerpo al tubo apropiado, o ninguno al control negativo.
- Incubar en la oscuridad durante 15 min.
- Agregue 1,5 ml de búfer FACS a cada tubo y vórtice.
- Centrifugar cada tubo a 300 x g en una centrífuga de sobremesa durante 5 min a RT.
- Aspirar sobrenadant y resuspender el pellet en 200 l de amortiguador FACS.
NOTA: El pellet puede ser muy difícil de visualizar; se debe tener cuidado al aspirar el sobrenadante. - Coloque la suspensión en un tubo de poliestireno de fondo redondo de 5 ml y luego mantenga el tubo sobre hielo y protegido de la luz.
- Prepara controles vivos y muertos.
- Divida los 100 ml de hMPCs del paso 4.2.8 en dos tubos de microcentrífuga de 1,7 ml (uno para el control en vivo y otro para el control muerto).
- Coloque el tubo de control muerto en un bloque de calentamiento precalentado a 70 oC durante >10 min. Durante este tiempo, mantenga el control en vivo sobre hielo.
- Centrifugar cada tubo a 300 x g en una centrífuga de sobremesa durante 5 min a RT.
- Aspirar sobrenadant y resuspender el pellet en 150 l de tampón FACS.
- Combine los controles vivos/muertos en un solo tubo de poliestireno inferior redondo de 5 ml.
- Realizar la mancha de viabilidad.
- Añadir 1 l de 7-aminoactinomicina D (7-AAD) a todos los tubos que contienen células a clasificar y el control vivo/muerto.
- Añadir GM a placas recubiertas de colágeno de 24 pocillos (250 ol/pozo) y 10 cm (8 ml/pozo) y permitirel equilibrio en una incubadora de cultivo celular a 37 oC en 5% de CO 2.
- Ordene los hMPC a través de la citometría de flujo.
- Ordene los hMPCs en un catómetro de flujo con boquilla de 100 m a una presión de 20 psi. Determine el hMPCS vivo basado en la dispersión lateral y hacia adelante, así como la negatividad 7-AAD (los parámetros de clasificación y una ordenación representativa se pueden ver en la Figura3).
- Las células positivas para LAS células PE-Cy7 (780/60 nm) y AlexFluor488 (530/30 nm) representan CD56+/CD29+ células y, por lo tanto, son células positivas Pax7 (hMPC). Ordene las células positivas dobles en tubos de recolección que contengan un cojín de 300 ml de tampón FACS.
NOTA: La pureza de los cultivos ordenados se puede determinar mediante inmunomanchación para Pax7 seguida de análisis de citometría de flujo aguas abajo (Figura4). - Deseche todas las demás celdas.
- Transfiera las células ordenadas a un tubo cónico de 15 ml.
- Gire la suspensión hMPC a 300 x g durante 5 min en RT.
- Aspirar cuidadosamente el sobrenadante y resuspender en 1 mL de GM.
- Cuente las células usando un hemocitómetro o un contador de células automatizado.
NOTA: Mientras que el número de celdas se puede inferir como el número de eventos que se ordenan positivamente, este recuento se ha encontrado para sobreestimar el número de celdas en un 10-40% en comparación con los métodos de recuento de celdas tradicionales. - Selen los hMPCs como se describe en el paso 3.2.11.
NOTA: La verificación de la pureza de la población de hMPC puede determinarse mediante inmunomancha para Pax7 y análisis mediante citometría de flujo.
5. Caracterización de cultivos de células progenitoras musculares humanas (hMPC) utilizando un citómetro de imágenes
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Utilice el catómetro de imágenes (Tabla de materiales) para realizar exploraciones de confluencia.
- Seleccione Crear nuevo escaneo y, a continuación, introduzca/seleccione la categoría de placa,el perfil de placa y el ID de placa. El citómetro de imagen puede acomodar 96, 24 y 6 placas de pozo.
- En Aplicación, seleccione Confluencia > Confluencia 1.
- Seleccione un pozo para ver utilizando el navegador a la derecha de la pantalla.
- Busque un plano de enfoque donde las celdas aparezcan blancas en comparación con el fondo y seleccione registrar manual o permita que el citómetro de imágenes seleccione el plano de enfoque seleccionando register auto.
NOTA: Para las 96 placas de pozo sugeridas en la Tabla de Materiales,una posición aproximada es de 4,3 unidades. - Utilice el ratón para resaltar todos los pozos que necesitan ser escaneados. Toda el área del pozo se escaneará automáticamente. Seleccione Iniciar análisis.
- Seleccione la configuración de análisis óptima para la placa y el tipo de celda.
NOTA: En el caso de los hMPC, los siguientes ajustes son óptimos: intensidad 6, intensidad saturada, diámetro, diámetro, 8, espesor mínimo, 3, tamaño mínimo del racimo 500 y precisión a alto. - Seleccione Iniciar análisis.
NOTA: Inspeccione visualmente las imágenes para asegurarse de que el usuario y el citómetro de imágenes están de acuerdo con respecto al perímetro de las células. Si existe una gran discrepancia, vuelva a escanear la placa utilizando un plano de enfoque diferente o diferentes ajustes de análisis. El escaneo de confluencia se puede utilizar para comparar el crecimiento entre cultivos, tiempo en la administración de un tratamiento, o para monitorear las células y decidir cuándo iniciar la diferenciación. Si se desea la diferenciación, los detalles se proporcionan en la sección 6.
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Utilice el catómetro de imágenes para contar las células.
- Preparar una solución de tinción que contenga 12 ml de F12 de Jamón, 6 ml de Hoechst 33342 y 24 ol de yoduro de propidium.
- Aspirar los medios y sustituircon es solución de tinción, incubar a 37oC durante 15 min.
- Aspirar la solución de tinción y reemplazar con F12 de Jamón.
NOTA: Es importante utilizar un medio con niveles bajos de fenol rojo para obtener imágenes claras. Alternativamente, se puede utilizar PBS. - Cargue la placa en el citómetro de imágenes y, en Aplicación, seleccione Viabilidad celular > Vivo + Muerto + Total. El canal en vivo será una imagen de campo brillante, el canal muerto será el yoduro propidium, y el canal total será el Hoechst 33342.
- Establezca el campo Canal en vivo en campo brillante y haga clic en Registrar automático en Configuración de enfoque.
- En el canal Total, establezca el canal en azul. Utilice Buscar enfoque para enfocar los núcleos o utilice las flechas arriba y abajo para establecer manualmente el enfoque. Haga clic en Establecer desfase para seleccionar el foco.
- En el canal Muerto, establezca el canal en rojo. Utilice Buscar enfoque para enfocar las celdas muertas o utilice las flechas arriba y abajo para establecer manualmente el enfoque. Haga clic en Establecer desfase para seleccionar el foco.
- Seleccione Iniciar análisis para iniciar el análisis.
- Seleccione los parámetros de análisis que sean adecuados para la placa y el tipo de celda. Seleccione Iniciar análisis para iniciar el análisis. Una vez completado el análisis, verifique visualmente que el análisis está contando adecuadamente las células (por ejemplo, para la comprobación total del canal que cada núcleo está siendo reconocido como un núcleo y que el citómetro de imagen no está contando ninguna mancha en el fondo como núcleos). Si el escaneo y el análisis son satisfactorios, devuelva la placa a la incubadora, de lo contrario vuelva a escanear o modifique los parámetros de análisis.
6. Diferenciar las células progenitoras musculares humanas (hMPC) a Myotubes
- Determine la confluencia hMPC usando el protocolo de la sección 5.1. Para diferenciar los hMPCs en miotubos, es ideal que las células sean entre 80 y 85% de confluentes según lo determinado por la función de confluencia en el citómetro de imágenes (ver sección 5). Si se utilizan hMpC de más de un donante único, la exploración de confluencia permite que las células de diferentes donantes comiencen la diferenciación en el momento en que alcanzan la confluencia.
NOTA: Con una confluencia del 80%, hay aproximadamente66.000 células/cm 2. - Lavar las células 2 veces con medios de diferenciación (97% F12 de Ham, 2% suero equino, 1% penicilina/estreptomicina, pH 7.4, pasado a través de un filtro de 0,22 m).
- Mantenga las células en medios de diferenciación durante el tiempo que el experimento dicte mientras cambia los medios diariamente.
- Evaluar directamente la formación de miotubos mediante inmunomanchas para la cadena pesada de miosina embrionaria, que normalmente es detectable después de 7 a 10 días de diferenciación.
NOTA: El tiempo necesario para formar miotubos puede diferir ligeramente dependiendo del donante y el número de células cuando se inició la diferenciación; por lo tanto, se recomienda que los cultivos de cada donante sean monitoreados individualmente.
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Resultados
Los resultados representativos de la citometría de flujo del aislamiento hMPC del tejido muscular humano se pueden ver en la Figura1. los hMPCs se pueden identificar mediante los primeros eventos de gating basados en dispersión lateral y dispersión hacia adelante para eliminar células muertas o escombros, seguidos de seleccionar sólo las celdas que son negativas para 7-AAD y por lo tanto son viables. La selección de celdas positivas para los marcadores de sup...
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Discusión
Los hMPC primarios son un modelo de investigación importante utilizado para entender la biología muscular esquelética y el proceso regenerativo. Además, los hMPCs tienen el potencial de ser utilizados para la terapia. Sin embargo, hay desafíos reconocidos en el uso de hMPCprimarios primarios para la investigación y la terapia, incluyendo la comprensión limitada de las células derivadas de los seres humanos10. También hay un gran grado de variación en la capacidad de expansión entre los cultivos de...
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Los autores agradecen a la Universidad de Cornell, Biotechnology Resource Center Imaging Facility por su ayuda con la clasificación celular activada por fluorescencia. También agradecemos a Molly Gheller por su ayuda con el reclutamiento de participantes y Erica Bender por llevar a cabo las biopsias del músculo esquelético. Por último, agradecemos a los participantes su tiempo y participación en el estudio. Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional sobre el Envejecimiento de los Institutos Nacionales de Salud bajo el Número de Premio R01AG058630 (a B.D.C. y A.E.T.), por una Glenn Foundation for Medical Research y American Federation for Aging Research Grant for Junior Faculty (a B . D.C.), y por el Consejo Presidente para las Mujeres de Cornell (a A.E.T.).
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 0,25 % de tripsina, EDTA 2,21 mM | Corning | 25-053-Cl | Tripsina utilizada para eliminar las hMPC adherentes de los recipientes de cultivo celular Placa de |
| 10 cm | VWR | 664160 | Placas utilizadas para el cultivo de hMPCs |
| Tubo Falcon de 15 mL Tubos | Falcon | 352196 | 15 mL utilizados en los protocolos de aislamiento y cultivo hMPC |
| placa de cultivo celular de 24 pocillos | Grenier Bio-One | 662 160 | placas utilizadas para el cultivo hMPCs |
| Solución de tinción de viabilidad 7-AAD | eBioscience | 00-6993-50 | Tinción de viabilidad para identificar células vivas durante la clasificación de FACS |
| Alexa Fluor 488 anti-humano CD29, Clon: TS2/16 | BioLegend | 303016 | Anticuerpo conjugado para FACS |
| Placa de cultivo celular negra de 96 pocillos | Grenier Bio-One | 655079 | placa de cultivo celular de 96 pocillos ideal para la obtención de imágenes fluorescentes con el Celigo S |
| Celigo S | Nexcelcom Bioscience | Citómetro de imágenes utilizado para el seguimiento de cultivos hMPC | |
| Filtro de células | VWR | 352350 | Filtro de células para eliminar grandes trozos de residuos durante el procesamiento de la biopsia muscular |
| Colágeno Tipo I (Rata Cola) | Corning | 354236 | Colágeno para el recubrimiento de placas de cultivo celular |
| Colagenasa D | Roche | 11 088 882 001 | Se utiliza para la degradación del colágeno y otros tejidos conectivos en el tejido de la biopsia del músculo esquelético |
| Dimetilsulfóxido | VWR | WN182 | Se utiliza para la criopreservación de hMPCs |
| Dispasa II | Sigma Life Sciences | D4693 | Una proteasa utilizada para la digestión enzimática del tejido |
| de la biopsia del músculo esqueléticoDulbecco's Modified Eagle Medium Low Glucosa en polvo | Gibco | 31600-034 | DMEM bajo en glucosa para el procesamiento de biopsias musculares |
| Solución salina tamponada con fosfato de Dulbecco | Gibco | 21600-010 | PBS para el procesamiento de biopsias musculares |
| EDTA Sal disódica dihidratada | J.T. Baker | 4040-01 | Necesario para el búfer FACS |
| Suero fetal bovino | VWR | 89510-186 | Suero fetal bovino utilizado para medios de crecimiento hMPC |
| Medios de base para | hMPCs | ||
| Suero equino inactivado por calor | Gibco | 26-050-070 | Suero de caballo utilizado para hacer medios de diferenciación hMPC |
| Hemocitómetro | iNCyto | DHC-N0105 | Utilizado para contar células |
| Hibernar Un | Gibco | A1247501 | medios para preservar la biopsia del músculo esquelético tejido |
| Hoechst 33342, triclorhidrato, trihidrato | Life Technologies | Tinción de ADN H21492 | para la identificación de todas las células utilizando el Celigo |
| S Isopropanol | Fisher Scientific | A416P-4 | Se utiliza para la congelación a velocidad controlada de hMPCs |
| Tampón Moxi | Orflo | MXA006 | Tampón para contador de células automatizado |
| Casetes Moxi | Orflo | MXC002 | Cassesttes para contador de células automatizado |
| Moxi z Mini Contador de células automatizado | Orflo | Contador de células automatizado | |
| Mr. Frosty Contenedor de congelación | Thermo Fisher Scientific | 5100-0001 Contenedor de | congelación de células de tasa controlada disponible comercialmente |
| Suero de cabra normal (10%) | Thermo Fisher Scientific | 50062Z | Suero de cabra utilizado en el tampón |
| FACSPE-Cy7 Ratón Anti-humano CD56 , Clon: B159 | BD Pharmingen | 557747 | Anticuerpo conjugado para FACS |
| Penicilina/estreptomicina 100x Solución | Corning | 30-002-CI | Antibióticos añadidos a los medios |
| de cultivo Yoduro de propidio | Thermo Fisher Scientific | Tinción de ADN P3566 | para la identificación de células muertas utilizando el |
| factor de crecimiento de fibroblastos básico humano recombinante | Promega | G5071 | Suplemento en medios de crecimiento hMPC para evitar la diferenciación espontánea |
| Medio de congelación de cultivo celular de recuperación | Gibco | 12648-010 | Medios utilizados para la crioperseve de biopsias musculares |
| Whisky de sodio Bicarbonato de sodio | Fisher Scientific | S233-3 | añadido a los tubos estériles de 5 ml de fondo redondo F12 de jamón |
| VWR | 60818-565 | Tubos utilizados para FACS | |
| UltraComp | eBeads eBioscience | 01-2222-42 | Perlas de compensación para calibrar el flujo Ajustes de FACS |
Referencias
- Janssen, I., Heymsfield, S. B., Wang, Z., Ross, R. Skeletal muscle mass and distribution in 468 men and women aged 18-88 yr. Journal of Applied Physiology. 89 (1), 81-88 (2000).
- D'Souza, D. M., et al. Decreased satellite cell number and function in humans and mice with type 1 diabetes is the result of altered notch signaling. Diabetes. 65 (10), 3053-3061 (2016).
- Scheele, C., et al. Satellite cells derived from Obese humans with type 2 diabetes and differentiated into Myocytes in vitro exhibit abnormal response to IL-6. PLoS One. 7 (6), e39657(2012).
- Riddle, E. S., Bender, E. L., Thalacker-Mercer, A. E. Expansion capacity of human muscle progenitor cells differs by age, sex, and metabolic fuel preference. American Journal of Physiology: Cell Physiology. 315 (5), C643-C652 (2018).
- Charville, G. W., et al. Ex vivo expansion and in vivo self-renewal of human muscle stem cells. Stem Cell Reports. 5 (4), 621-632 (2015).
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- Garcia, S. M., et al. High-Yield Purification, Preservation, and Serial Transplantation of Human Satellite Cells. Stem Cell Reports. 10 (3), 1160-1174 (2018).
- Yokoyama, W. M., Thompson, M. L., Ehrhardt, R. O. Cryopreservation and thawing of cells. Current Protocols in Immunology. , Appendix 3, 3G (2012).
- Bareja, A., Billin, A. N. Satellite cell therapy - from mice to men. Skeletal Muscle. 3 (1), 2(2013).
- Riddle, E. S., Bender, E. L., Thalacker-Mercer, A. Transcript profile distinguishes variability in human myogenic progenitor cell expansion capacity. Physiological Genomics. 50 (10), 817-827 (2018).
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Reimpresiones y permisos
