Las células del sistema nervioso central cambian la forma en que producen energía en respuesta a condiciones normales y de enfermedad 1,2. Entre las principales vías metabólicas, la glucólisis y la fosforilación oxidativa (OXPHOS) son vías clave que regulan las funciones de las células inmunitarias: realizan una reacción robusta e inmediata a condiciones proinflamatorias e antiinflamatorias, respectivamente 3,4. Así, las células inmunitarias pueden cambiar entre vías metabólicas en respuesta a señales inflamatorias y estadosfuncionales 5. Las microglías, al igual que sus contrapartes mieloides, están metabólicamente ligadas a sus funciones y se adaptan rápidamente a diferentes vías como un combustible metabólico alternativo, demostrando flexibilidadmetabólica 6,7. La microglía sufre una rápida reprogramación metabólica durante la inflamación, con una glucólisis aumentada que sirve como una firma metabólica clave de los estadosproinflamatorios. Así, los ensayos que identifican la dependencia celular de un fenotipo metabólico nos permiten investigar sus estados funcionales bajo diversas condiciones. En el protocolo actual, nuestro objetivo es determinar si la microglía primaria depende de un aumento de la glucólisis durante condiciones proinflamatorias. Para ello, realizamos pruebas de esfuerzo de glucólisis de forma rutinaria. Aunque el analizador Seahorse XFe24 (analizador de flujo extracelular) se ha utilizado ampliamente para medir ECAR en líneas celulares inmortalizadas y células transformadas, la microglía primaria presenta desafíos técnicos únicos, incluyendo rendimientos celulares limitados, propiedades de adherencia variables y alta sensibilidad a condiciones de cultivo, lo que puede complicar las mediciones metabólicas. Además, proporciona una medición en tiempo real de la ECAR, permitiendo una evaluación precisa de la glucólisis impulsada por el lactato en múltiples momentos, que no puede ser capturada solo por ensayos finales de lactato. El perfil metabólico basado en flujo extracelular se ha adoptado ampliamente en la investigación metabólica para caracterizar la bioenergética celular, lo que hace que este protocolo sea muy adecuado para estudios que investigan cambios metabólicos en células durante la activación, modelado de enfermedades o pruebas de fármacos. Los lectores pueden determinar la idoneidad en función de su necesidad de mediciones glicolíticas dinámicas y de alta resolución dentro de las células primarias.
La glucosa se metaboliza en piruvato mediante glucólisis y luego se convierte en lactato en el citoplasma o en CO₂ y agua en las mitocondrias. La conversión de glucosa en lactato conduce a la liberación de protones en el espacio extracelular, lo que provoca la acidificación del medio de la superficie. El analizador de flujo extracelular cuantifica esta acidificación como el ECAR9. En la prueba de esfuerzo de glucólisis, las células se incuban primero en un medio libre de glucosa y piruvato, y se registra su ECAR basal. La primera inyección suministra una cantidad saturante de glucosa, que las células metabolizan mediante glucólisis para piruvato, produciendo ATP, NADH, agua y protones. El aumento de la liberación de protones eleva la ECAR, reflejando la 'glucólisis'. A continuación, se añade oligomicina para inhibir la síntesis de ATP mitocondrial, obligando a las células a depender únicamente de la glucólisis. Este cambio en el gradiente de protones aumenta aún más la ECAR y se mide como la capacidad máxima glicolítica de la célula. Finalmente, se introduce la 2DG, un análogo de la glucosa. Inhibe competitivamente la hexoquinasa, bloqueando la glucólisis y reduciendo la ECAR. Esta caída confirma que la ECAR previa era dependiente de la glucólisis. La diferencia entre la capacidad máxima glicolítica y el nivel de glucólisis define la reserva glicolítica. La ECAR inicial antes de la adición de glucosa representa la acidificación no glicolítica de otros procesos celulares (Figura 1).
Realizamos una prueba de esfuerzo de glucólisis utilizando el analizador de flujo extracelular. Los valores ECAR en bruto se exportaban a Excel para su análisis. Para cada condición, identificamos los puntos temporales correspondientes a la ECAR basal (antes de la adición de glucosa), la glucólisis (después de la inyección de glucosa) y la capacidad glucolítica (después del tratamiento con oligomicina). Los valores de ECAR de los puntos temporales relevantes dentro de cada fase y entre las cuatro réplicas técnicas se promediaron, y la glucólisis se calculó como el aumento de la ECAR tras la adición de glucosa. La capacidad glicolítica se calculó como un aumento de la ECAR tras la adición de oligomicina. La reserva glicolítica se calculó como una disminución de la ECAR tras la inyección de 2DG. Estos valores promedio se utilizaron después para comparar respuestas metabólicas entre grupos.
Por otro lado, para evaluar la tasa de consumo de oxígeno (OCR) y evaluar las funciones mitocondriales, la prueba de esfuerzo mitocondrial (Agilent) es el enfoque estándar, que mide parámetros como la respiración basal, la respiración ligada a ATP, la fuga de protones, la respiración máxima, la capacidad respiratoria sobrante y la respiración no mitocondrial. Estas mediciones se obtienen inyectando secuencialmente inhibidores mitocondriales específicos, oligomicina (inhibidor de ATP sintasa), FCCP (cianuro de carbonilo-4 (trifluorometoxi)fenilhidrazona), un desacoplador que impulsa la respiración máxima, y rotenona/antimicina A (inhibidores complejos I/III), permitiendo una evaluación cuantitativa de la salud mitocondrial y bioenergética 10,11,12,13. Por tanto, los ensayos ECAR y OCR se realizan bajo condiciones diferentes.