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Article de méthode

Évaluation des mesures fonctionnelles de la santé des muscles squelettiques dans les microtissus musculaires squelettiques humains

4.4K vues

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DOI :

10.3791/62307

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18 février 2021

Dans cet article

Résumé

Ce manuscrit décrit un protocole détaillé pour produire des réseaux de microtissus musculaires squelettiques humains en 3D et des tests de fonction in situ en aval mini-invasifs, y compris des analyses de force contractile et de manipulation du calcium.

Résumé

Les modèles in vitro tridimensionnels (3D) du muscle squelettique constituent une avancée précieuse dans la recherche biomédicale, car ils offrent la possibilité d’étudier la réforme et le fonctionnement des muscles squelettiques dans un format évolutif qui se prête à des manipulations expérimentales. Les systèmes de culture musculaire 3D sont souhaitables car ils permettent aux scientifiques d’étudier le muscle squelettique ex vivo dans le contexte des cellules humaines. Les modèles 3D in vitro imitent étroitement certains aspects de la structure tissulaire native du muscle squelettique adulte. Cependant, leur application universelle est limitée par la disponibilité de plates-formes simples à fabriquer, coûteuses et conviviales, et produisant des quantités relativement élevées de tissus musculaires squelettiques humains. De plus, étant donné que le muscle squelettique joue un rôle fonctionnel important qui est altéré au fil du temps dans de nombreux états pathologiques, une plate-forme expérimentale pour les études de microtissu est plus pratique lorsque des mesures de force transitoire et contractile de calcium mini-invasives peuvent être effectuées directement dans la plate-forme elle-même. Dans ce protocole, la fabrication d’une plate-forme de 96 puits connue sous le nom de « MyoTACTIC » et la production en masse de microtissus musculaires squelettiques humains 3D (hMMT) sont décrites. En outre, les méthodes pour une application mini-invasive de la stimulation électrique qui permet des mesures répétées de la force musculaire squelettique et de la manipulation du calcium de chaque microtissu au fil du temps sont rapportées.

Introduction

Le muscle squelettique est l’un des tissus les plus abondants dans le corps humain et soutient les fonctions clés du corps telles que la locomotion, l’homéostasie thermique et le métabolisme1. Historiquement, des modèles animaux et des systèmes de culture cellulaire bidimensionnelle (2D) ont été utilisés pour étudier les processus biologiques et la pathogenèse des maladies, ainsi que pour tester des composés pharmacologiques dans le traitement des maladies musculaires squelettiques2,3. Alors que les modèles animaux ont grandement amélioré nos connaissances sur les muscles squelettiques ....

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Protocole

1. Fabrication de plaques MYOCTACTIQUES PDMS

REMARQUE: La fabrication de plaques myotactices PDMS nécessite un moule négatif PU, qui peut être fabriqué comme décrit précédemment30. Le fichier SolidWorks de conception assistée par ordinateur (CAO) pour la conception de plaques MyoTACTIC a été mis à disposition sur GitHub (https://github.com/gilbertlabcode/MyoTACTIC-SolidWork-CAD-file).

  1. Préparer ~ 110 g de solution de polymère PDMS dans un gobelet en plastique jetable à un rapport de 1:15 de monomère à agent de durcissement en utilisant les composants du kit d’élastomère de silicone. Remuer la solution de pol....

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Résultats

Les méthodes décrites ici sont les méthodes permettant de couler une plate-forme de culture myoTACtique à base de PDMS à 96 puits à partir d’un moule PU, de fabriquer des réseaux de tissus répliques hMMT et d’analyser deux aspects de la fonction hMMT dans la génération de force du dispositif de culture et la manipulation du calcium. La figure 1 offre un aperçu schématique de la préparation des puits de culture myotactique avant l’ensemencement de la hMMT. PDMS est un polymère à base de silic.......

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Discussion

Ce manuscrit décrit des méthodes pour fabriquer et analyser un modèle de culture 3D hMMT qui peut être appliqué à des études de biologie musculaire de base, à la modélisation de maladies ou à des tests de molécules candidates. La plate-forme MyoTACTIC est économique, facile à fabriquer et nécessite un nombre relativement faible de cellules pour produire des microtissus musculaires squelettiques. Les mmTh formés au sein de la plateforme de culture MyoTACTIC sont constitués de myotubes alignés, multinucléés et striés, et r.......

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à déclarer.

Remerciements

Nous tenons à remercier Mohammad Afshar, Haben Abraha, Mohsen Afshar-Bakooshli et Sadegh Davoudi d’avoir contribué à l’invention de la plateforme de culture MyoTACTIC et d’avoir établi les méthodes de fabrication et d’analyse décrites ici. HL a reçu un financement d’un programme de formation en génie du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG) en génie et en entrepreneuriat d’organes sur puce et d’une bourse d’études supérieures Wildcat de l’Université de Toronto. PMG est titulaire de la Chaire de recherche du Canada en réparation endogène et a reçu le soutien de l’Institut ontarien de médecine régénérative, du Réseau de cellules souches et de ....

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Solution saline à 0,9 %,marque maison101010 mL d’aliquotes de la solution sont préparées et stockées à 4 ° C
25G AiguilleBD, Medstore, Université de Toronto2548-CABD305127
Acide 6-aminocaproïque, &ge ; 99 % (titrage), PowderSigma - AldrichA2504-100GUne solution mère de 50 mg / mL est générée en dissolvant 5 mg de poudre d’acide 6-aminocaproïque dans 100 mL d’eau distillée autoclave. La solution est filtrée sous vide et des aliquotes de 10 mL sont stockées à 4° ; C
6.35 mm ID TubingVWR60985-528
AB1167 Myoblast Cell LineInstitut de Myologie (Paris, France)
Générateur de formes d’onde arbitrairesRigolDG1022Z
Extrait de membrane basale (Geltrex)Thermo Fisher ScientificA14132-02Stocké sous forme d’aliquotes de 50 µ ; L ou 100 & micro ; L à -80° ;
C Benchtop Benchtop Vacuum ChamberSigma - AldrichD2672
BNC to Aligator Clip CableCommandé auprès d’Amazon
Culture PlasticsSarstedtComprend des plaques de culture, des pipettes sérologiques, etc
Dimethyl SulfoxideSigma - AldrichD8418-250ML
DPBS, poudre, sans calcium, sans magnésiumThermo Fisher Scientific
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) (1X)Gibco11995-065Il s’agit d’un DMEM à haute teneur en glucose avec de la L-glutamine et du pyruvate de sodium
Sérum fœtal bovinFisher Scientific 10437028
Fibrinogène de plasma bovinSigma - AldrichF8630-5GDes aliquotes allant de 7 à 10 mg de poudre de fibrinogène sont fabriquées et stockées à -20° ; C
Filtropur Seringue Filtre, 0,22um Taille des poresSarstedt83.1826.001
Sérum de chevalGibco16050-122
Insuline recombinante humaineSigma - Aldrich91077CLa solution mère est 100X et fabriquée en dissolvant 1 mg d’insuline recombinante humaine dans 1 mL de DMEM et 1 µ ; L de NaOH 10N. La solution est filtrée et stockée sous forme d’aliquotes de 1 mL à 4° ; C
Logiciel d’acquisition d’imagesOlympuscellSens Dimension
Logiciel de traitementd’images National Institutes of HealthImageJ
Isotemp OvenThermo Fisher Scientific201
MicroscopeOlympusIX83
Microscope - Support de caméraLabcamLabcam pour iPhoneCommandé sur Amazon
Pénicilline-Streptomycine (10 000 U/mL)Gibco15140-122
Seringues jetables en plastique, 1ccBD2606-309659
Seringues jetables en plastique, 50ccBD2612-309653
Pluronic F-127, poudre, BioReagentSigma - AldrichP2443-250GUne solution mère à 5 % d’acide pluronique est obtenue en dissolvant 5 g de poudre d’acide pluronique dans 100 ml d’eau distillée réfrigérée et autoclavée. La solution est filtrée sous vide et des aliquotes de 10 mL sont stockées à 4° ; C
Polydiméthylsiloxane (kit d’élastomère de silicone Sylgard 184)Les kits 4019862 Dowsont également disponibles chez Thermo Fisher Scientific, Sigma - Aldrich, etc.
Moule négatif en polyuréthaneAgent
Mann Release Technologies200
Pompe à vide à palettes rotativesEdwardsA65401906
ScalpelAlmedic, Medstore, Université de Toronto2586-M36-0100
Lame de rasoir à simple tranchantVWR55411-050
Cellule musculaire squelettique Basal MediumPromocellC-2326030 mL d’aliquotes sont générées et stockées à 4° ;C.
Milieu de croissance des cellules musculaires squelettiques (prêt à l’emploi)PromocellC-2306042 mL d’aliquotes sont générées et stockées à 4° ;C.
Smartphone (iPhone)AppleSE
Standard Duty Dry Vacuum PumpWelch2546B-01
Sterilization BagAlliance211-SCM2
ThimbleIgegeCommandé chez Amazon
Thrombin from human plasmaSigma - AldrichT6884-250UN100 unités de thrombine sont dissoutes dans 1 mL d’une solution de BSA à 0,1 %. 10 et micro ; Les aliquotes L sont préparées et stockées à - 20 °C.
Fil de cuivre étaméArcoB8871K48Commandé chez Amazon
Trypan Blue Solution, 0,4 %Thermo Scientific15250061
Trypsine-EDTA, 0,25 %Thermo FIsher Scientific25200072 Chambre à
vide 2SP Bel-ArtF42027-0000
stérile . 21600069 de démoulage interne

Références

  1. Frontera, W. R., Ochala, J. Skeletal Muscle: A brief review of structure and function. Calcified Tissue International. 96 (3), 183-195 (2015).
  2. McGreevy, J. W., Hakim, C. H., McIntosh, M. A., Duan, D. Animal models of Duchenne muscular....

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