Identificación y análisis de progenitores miogénicos in vivo durante la lesión aguda del músculo esquelético mediante citometría de masa unicelular de alta dimensión
December 1st, 2023
El protocolo aquí presentado permite la identificación y el análisis de alta dimensión de células madre y progenitoras musculares mediante citometría de masas unicelulares y su purificación por FACS para estudios en profundidad de su función. Este enfoque se puede aplicar para estudiar la dinámica de regeneración en modelos de enfermedad y probar la eficacia de las intervenciones farmacológicas.
Nuestra investigación investiga los mecanismos moleculares que subyacen a la disfunción de las células madre en el envejecimiento y la enfermedad. Nuestro objetivo es comprender cómo las células madre y progenitoras musculares interactúan con otras células en el microambiente muscular para lograr una regeneración efectiva. También estamos estudiando si una comunicación celular estéril afecta la función de las células madre musculares en el envejecimiento y la enfermedad.
Una barrera importante para la investigación de la comunicación entre células dentro del nicho de las células madre ha sido la falta de tecnologías que proporcionen resolución de una sola célula. La citometría de masa de una sola célula permite el análisis cuantitativo simultáneo de alto rendimiento en múltiples tipos de células y fenotipos moleculares en tejidos complejos. Nuestro protocolo permite la purificación y el perfil profundo de las células madre raras y la progenie durante la regeneración muscular utilizando anticuerpos contra los marcadores de la superficie celular y los factores de transcripción miogénicos.
El estudio de estas células nos ayuda a comprender cómo se controla el destino de las células madre musculares y a descubrir las redes que impulsan las transiciones de estado celular para una regeneración efectiva. La medición simultánea de hasta 50 proteínas celulares y proteínas intracelulares a nivel de una sola célula es un enfoque valioso para investigar la función celular en el tejido muscular. Esta técnica puede identificar firmas moleculares únicas y revelar nuevos mecanismos de disfunción de las células madre musculares en el envejecimiento y la enfermedad.
Este protocolo permite investigar cómo la transición del estado celular impacta en la regeneración de tejidos en la salud y la enfermedad. La firma de las células madre activadas que presentamos aquí permite estudiar la quiescencia de las células madre. Antes no eran posibles.
Ahora podemos purificar células madre activadas, CD98 High, CD44 High, basándonos únicamente en el marcador de superficie celular, y estudiar por primera vez, cómo vuelven a la quiescencia.
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Visión general
Esta investigación estudia los mecanismos moleculares de la disfunción de las células madre y progenitoras musculares en el envejecimiento y las enfermedades. Mediante la aplicación de citomerías de masa unicelular y FACS, el estudio se centra en cómo estas células interactúan dentro del microambiente muscular y sus roles en la dinámica de regeneración, proporcionando información sobre posibles intervenciones terapéuticas.
Componentes clave del estudio
Área de investigación
- Biología muscular
- Función de células madre
- Dinámica de regeneración
Contexto
- La disfunción de las células madre afecta la regeneración de tejidos en el envejecimiento y las enfermedades.
- La comunicación efectiva entre células es crucial dentro del nicho de células madre.
- Las tecnologías anteriores carecían de resolución unicelular para un estudio detallado.
Métodos utilizados
- Citometría de masa unicelular para análisis de alta dimensión.
- FACS (Ordenación de células activadas por fluorescencia) para la purificación celular.
- Modelos murinos in vivo para estudios de regeneración.
Resultados principales
- Identificación de firmas moleculares únicas en células madre musculares.
- Información sobre la quietud y reactivación de las células madre.
- Caracterización de transiciones de estado celular vitales para una regeneración efectiva.
Conclusiones
- Este estudio demuestra la utilidad de técnicas de citomerías avanzadas en la comprensión de la biología de las células madre musculares.
- Los hallazgos son relevantes para desarrollar estrategias terapéuticas para la degeneración muscular relacionada con la edad.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
High-dimensional single-cell mass cytometry enables precise identification and profiling of myogenic progenitors and stem cells during acute skeletal muscle injury, addressing a critical gap in understanding regenerative dynamics. This capability enhances predictive confidence in target validation and mechanistic de-risking for muscle disease and regenerative medicine portfolios. The approach supports risk-adjusted advancement decisions by providing quantitative, reproducible cellular insights relevant to early discovery and translational research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of therapeutic hypotheses by resolving cellular and molecular dynamics during muscle regeneration.
- Supports functional target validation through identification of activated stem and progenitor cell states using multiplexed markers.
- Facilitates mechanistic de-risking by revealing cell state transitions and dysfunction signatures in disease models.
- Improves predictive confidence for portfolio triage by quantifying rare cell populations and their activation status.
Screening & Assay Development
- Prepares validated biological systems for downstream screening by isolating defined stem and progenitor populations via FACS.
- Enables assay standardization and reproducibility through quantitative, high-dimensional protein measurements at single-cell resolution.
- Supports scalable screening readiness by allowing simultaneous analysis of up to 50 markers per cell.
- Provides reliable quantitative outputs for compound evaluation in disease-relevant systems.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant models by enabling in vivo analysis of stem and progenitor cell dynamics post-injury or pharmacological intervention.
- Supports translational biomarker discovery by linking molecular signatures to regenerative outcomes.
- Facilitates continuity from discovery through preclinical validation by enabling functional studies of isolated cell populations.
- De-risks preclinical advancement by providing mechanistic insights into stem cell dysfunction in aging and disease.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates from early discovery through lead identification and preclinical research, supporting hypothesis testing, pathway clarification, and biological de-risking in muscle regeneration studies.
- Discovery Biology: Quantitative profiling of stem and progenitor cells clarifies regenerative pathways and cell fate decisions.
- Screening: High-dimensional marker analysis ensures assay readiness and reproducibility for downstream applications.
- Analytics: Multiplexed protein measurements and clustering algorithms enable robust comparison of cellular states and conditions.
- Translational Research: In vivo application in disease models supports biomarker alignment and translational continuity.
- Enterprise Reuse: The platform is adaptable for diverse regenerative and disease model studies, supporting broad R&D reuse.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in target validation.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable single-cell analytics for rare cell populations.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio management by quantifying regenerative cell dynamics.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of regenerative and disease-modifying programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in single-cell cytometry, FACS, and high-dimensional data analysis.
- Demands access to mass cytometry instrumentation and advanced computational infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization of antibody panels and gating strategies for reproducibility.
- Adaptation across different muscle injury or disease models may require marker panel optimization.
- Throughput and sensitivity are limited by instrument capacity and rare cell abundance.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:59
Induction of Acute Injury by Notexin Injection in the Mouse Skeletal Muscle
3:36
Dissection of the Mouse Skeletal Muscle After Notexin Injury and Cell Dissociation Procedure for Single‐Cell Analysis
5:17
Live/Dead Staining of Skeletal Muscle Cells,Isolated from Notexin‐Injured Mice,with Cisplatin and Paraformaldehyde Fixation
7:38
Skeletal Muscle Cells Preparation for Loading into Mass Cytometer and CyTOF Data Analysis
