RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
it_IT
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Louai Zaidan*1, Perla Geara*1, Matthew J. Borok*1, Léo Machado1, Despoina Mademtzoglou1, Philippos Mourikis1, Frederic Relaix1,2,3,4
1Univ Paris Est Creteil, INSERM, IMRB, F-94010 Creteil, France, 2Ecole nationale vétérinaire d'Alfort, IMRB, F-94700 Maisons-Alfort, France, 3EFS, IMRB, F-94010 Creteil, France, 4AP-HP, Hopital Mondor, Service d'histologie, F-94010 Creteil, France
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Il muscolo scheletrico comprende più tipi di cellule, comprese le cellule staminali residenti, ognuna con un contributo speciale all'omeostasi e alla rigenerazione muscolare. Qui vengono descritte la coltura 2D di cellule staminali muscolari e la nicchia delle cellule muscolari in un ambiente ex vivo che conserva molte delle caratteristiche fisiologiche, in vivo e ambientali.
Il muscolo scheletrico è il tessuto più grande del corpo e svolge molteplici funzioni, dalla locomozione al controllo della temperatura corporea. La sua funzionalità e il recupero dagli infortuni dipendono da una moltitudine di tipi di cellule e da segnali molecolari tra le cellule muscolari centrali (miofibre, cellule staminali muscolari) e la loro nicchia. La maggior parte delle impostazioni sperimentali non preserva questo complesso microambiente fisiologico, e non consente nemmeno lo studio ex vivo delle cellule staminali muscolari in quiescenza, uno stato cellulare che è cruciale per loro. Qui, viene delineato un protocollo per la coltura ex vivo di cellule staminali muscolari con componenti cellulari della loro nicchia. Attraverso la scomposizione meccanica ed enzimatica dei muscoli, si ottiene una miscela di tipi cellulari, che viene messa in coltura 2D. L'immunocolorazione mostra che entro 1 settimana, più cellule di nicchia sono presenti in coltura insieme alle miofibre e, soprattutto, alle cellule Pax7-positive che mostrano le caratteristiche delle cellule staminali muscolari quiescenti. Queste proprietà uniche rendono questo protocollo un potente strumento per l'amplificazione cellulare e la generazione di cellule staminali quiescenti che possono essere utilizzate per affrontare domande fondamentali e traslazionali.
Il movimento, la respirazione, il metabolismo, la postura del corpo e il mantenimento della temperatura corporea dipendono tutti dal muscolo scheletrico e i malfunzionamenti del muscolo scheletrico possono, quindi, causare patologie debilitanti (ad esempio, miopatie, distrofie muscolari, ecc.) 1. Date le sue funzioni essenziali e l'abbondanza, il muscolo scheletrico ha attirato l'attenzione dei laboratori di ricerca di tutto il mondo che si sforzano di comprendere gli aspetti chiave che supportano la normale funzione muscolare e possono fungere da bersagli terapeutici. Inoltre, il muscolo scheletrico è un modello ampiamente utilizzato per studiare la rigenerazione e la funzione delle cellule staminali, poiché il muscolo sano può autoripararsi completamente dopo una lesione completa e una degenerazione, principalmente a causa delle sue cellule staminali residenti2; Queste sono anche chiamate cellule satelliti e sono localizzate sotto la lamina basale nella periferia delle fibre muscolari3.
Le cellule centrali del muscolo scheletrico adulto sono le miofibre (cellule multinucleate sinciziali lunghe) e le cellule satelliti (cellule staminali con potenziale miogenico che sono quiescenti fino a quando una lesione non le attiva). Queste ultime cellule sono le cellule centrali della rigenerazione muscolare e questo processo non può avvenire in loro assenza 4,5,6,7. Nel loro microambiente immediato, ci sono più tipi di cellule e fattori molecolari che segnalano loro. Questa nicchia si stabilisce gradualmente durante lo sviluppo e fino all'età adulta8. Il muscolo adulto contiene più tipi di cellule (cellule endoteliali, periciti, macrofagi, progenitori fibro-adipogenici-FAP, cellule T regolatorie, ecc.) 9,10 e componenti della matrice extracellulare (laminine, collageni, fibronectina, fibrilline, periostina, ecc.) 11 che interagiscono tra loro e con le cellule satelliti nel contesto della salute, della malattia e della rigenerazione.
Preservare questa complessa nicchia in contesti sperimentali è fondamentale ma impegnativo. Altrettanto difficile è mantenere o tornare alla quiescenza, uno stato cellulare che è critico per le cellule satelliti9. Sono stati introdotti diversi metodi per affrontare parzialmente queste sfide, ognuno con i suoi vantaggi e svantaggi (dettagliati nella sezione di discussione). Qui viene presentato un metodo che può superare parzialmente queste due barriere. I muscoli vengono inizialmente raccolti e poi scomposti meccanicamente ed enzimaticamente prima che la miscela di cellule eterogenee venga messa in coltura. Nel corso della coltura, vengono rilevati molti tipi di cellule della nicchia e si osservano cellule satelliti che sono tornate in quiescenza. Come ultima fase del protocollo, vengono presentate le fasi di immunofluorescenza che consentono la rilevazione di ciascun tipo di cellula attraverso l'uso di marcatori universalmente accettati.
Tutti gli esperimenti sono stati conformi alle normative animali francesi e dell'UE presso l'Institut Mondor de Recherche Biomédicale (INSERM U955), in particolare la direttiva 2010/63/UE. Gli animali sono stati tenuti in ambiente controllato e arricchito presso le strutture zootecniche con i numeri di certificazione A94 028 379 e D94-028-028; Sono stati maneggiati solo da ricercatori autorizzati e custodi di animali e sono stati ispezionati visivamente dal personale di stabulazione per animali per segni di disagio durante la loro vita. Sono stati soppressi mediante lussazione cervicale prima della dissezione. Nessuna procedura interventistica è stata eseguita durante la vita degli animali; pertanto, non è stato necessario ottenere l'approvazione della procedura da parte di un comitato etico e del ministero francese dell'Istruzione superiore, della ricerca e dell'innovazione. Infatti, non è richiesta alcuna autorizzazione etica per l'eutanasia e la dissezione post-mortem secondo la direttiva 2010/63/UE. I risultati presentati in questo manoscritto provengono dalla linea wild-type C57BL/6NRj (vedi Tabella dei Materiali) e dalla linea transgenica Tg:Pax7-nGFP 12 (allevata dal nostro team). Il protocollo è stato applicato a topi maschi e femmine di età compresa tra 8 e 12 settimane.
1. Pre-digestione per la preparazione di reagenti e attrezzature
2. Preparazione dei reagenti e delle attrezzature dopo la digestione
3. Dissezione

Figura 1: Preparazione muscolare pre-colturale. (A) La pelle viene rimossa per rivelare i muscoli degli arti posteriori, come descritto al punto 3.1. (B,C) Tutti i muscoli degli arti posteriori vengono prelevati (B) intorno e (C) tra le ossa, come descritto al punto 3.2. (D) I muscoli prelevati vengono posti in una capsula di Petri di 10 cm su ghiaccio con gocce di DMEM per mantenerli umidi, come descritto al punto 3.3. (E) I muscoli vengono tritati finemente con le forbici fino ad ottenere una pasta liscia con la consistenza raffigurata in questa immagine. (F) un'immagine del pellet dopo la centrifugazione finale; La freccia blu evidenzia il pallino, che si trova contro il tubo, sotto la linea blu tratteggiata. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
4. Digestione
NOTA: Al termine della digestione, per la sezione 5 sono necessari una centrifuga a 4 °C, un secchio di ghiaccio, tre filtri per celle (100 um, 70 um, 40 um) e tre provette da 50 mL (per animale).
5. Filtrazione
6. (Facoltativo) Congelamento
NOTA: La sezione 6 è facoltativa. Il protocollo può essere sospeso dopo il filtraggio, ma ciò può ridurre la sopravvivenza cellulare e il successo della coltura.
7. Coltivazione
NOTA: Ci si può aspettare che le sospensioni cellulari congelate o fresche riempiano 24-32 pozzetti di tre o quattro piastre da 8 pozzetti.
8. Fissazione
NOTA: Le sezioni 8-10 devono essere condotte a temperatura ambiente, salvo diversa indicazione.
9. Permeabilizzazione e blocco
10. Colorazione
Questo protocollo consente la coltura di cellule muscolari preservando le cellule satelliti e la maggior parte delle cellule dalla loro nicchia endogena. La Figura 2 riassume le fasi principali del protocollo, mentre le parti essenziali della dissezione e della digestione sono presentate nella Figura 1. Si raccomanda la dissezione della muscolatura degli arti posteriori (Figura 1A-C), poiché questo gruppo di muscoli è ben studiato e condivide un'origine evolutiva e gerarchie molecolari 14. Si consiglia di preparare tutte le miscele in condizioni sterili. Inoltre, è stata notata una minore contaminazione della coltura quando la miscela di digestione è stata fatta passare attraverso un filtro da 0,22 μm sotto una cappa di coltura cellulare.
Quando si placca 1/30 di una preparazione sfusa su piastre rivestite da 1 cme 2 pozzetti, le cellule allungate sono visibili 3-4 giorni dopo l'inizio della coltura. Tuttavia, questo può variare a seconda della concentrazione cellulare e le cellule allungate possono iniziare a comparire più tardi, in particolare quando si espandono preparazioni sfuse congelate. Circa 7 giorni dopo, il terreno dovrebbe essere diventato giallo e, a questo punto, sono necessari cambi giornalieri del mezzo. Inoltre, a questo punto, i pozzetti devono essere coperti con miotubi. Le cellule endoteliali costituiscono una frazione minore della coltura. L'indicazione principale di una coltura di successo sono le abbondanti cellule PAX7+, che possono richiedere fissazione e colorazione. Un comodo modello murino che potrebbe essere utilizzato quando possibile è la linea Tg:Pax7-nGFP 12, che consente di visualizzare la positività di PAX7 sotto forma di espressione GFP; quindi, le cellule satelliti possono essere prontamente rilevate dal reporter GFP. La GFP può essere osservata con un ingrandimento di 20x su un microscopio a epifluorescenza invertita, consentendo così l'analisi del successo della coltura mentre la coltura è in corso. Ciò rende possibile anche l'imaging dal vivo delle cellule PAX7-GFP in colture di massa. Le colture non devono essere lasciate più di 10 giorni. Dopodiché, le cellule di riserva iniziano a diminuire di numero e i miotubi possono staccarsi dalla piastra. Le colture fallite, anche sulla base di recenti esperienze con colture da cellule congelate, possono ancora generare una grande percentuale di fibre ma pochissime cellule PAX7-GFP. Quando si utilizzano topi senza un marcatore fluorescente per PAX7, è necessario eseguire la colorazione per valutare l'efficacia della generazione di cellule di riserva.
I seguenti anticorpi sono stati testati e funzionano bene con il protocollo di colorazione presentato nella sezione 10 del protocollo: anti-PAX7 (un marcatore di cellule satelliti e mioblasti attivati 15; anche un marcatore di cellule di riserva che emergono in questa coltura), anti-miosina (un marcatore di miotubi15), anti-CD31 (un marcatore di cellule endoteliali16), anti-GFP (se vengono utilizzati topi reporter), anti-MYOD (un marcatore dei mioblasti 15), anti-MYOG (un marcatore dei miociti differenzianti 15), anti-KI67 (un marcatore delle cellule proliferanti17) e anti-PDGFRα (un marcatore di FAPs15). La Figura 3 mostra le cellule miogeniche e di nicchia dopo 7 giorni in coltura. Per quanto riguarda la Figura 3A-C, le masse muscolari sono state coltivate da topi wild-type, mentre per la Figura 3D-F, le masse muscolari sono state coltivate dalla già citata linea Tg:Pax7-nGFP. La doppia colorazione con PAX7 e KI67 (Figura 3A) ha permesso di marcare le cellule di riserva che apparivano dopo 5 giorni in coltura e che presentavano caratteristiche di cellule staminali muscolari, come l'uscita dal ciclo cellulare (stato KI67-) e una localizzazione come "satelliti" ai miotubi formati. La doppia colorazione con MyHC e MYOG (Figura 3B,D,E) ha permesso di marcare le cellule che avanzavano attraverso la differenziazione muscolare e, quindi, esprimevano progressivamente MYOG e poi si univano per formare miotubi MyHC+ multinucleati. La colorazione con CD31 o PDGFRα ha permesso di marcare cellule di nicchia (Figura 3C), come le cellule endoteliali e le FAP. La Figura 3D,E mostra le celle di riserva emergenti contrassegnate da GFP. La co-colorazione con GFP e MyHC ha permesso di valutare la posizione delle cellule satelliti delle cellule di riserva (Figura 3E), mentre la co-colorazione con GFP e altri marcatori di attivazione/differenziazione ha permesso di valutare la natura quiescente delle cellule di riserva (Figura 3F).

Figura 2: Panoramica dei passaggi del protocollo. (A-D) Fasi sequenziali di (A) dissezione, (B) digestione, (C) filtrazione e (D) coltura. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Immunocolorazione delle popolazioni cellulari. (A) Immunofluorescenza di cellule miogeniche (marcate da PAX7; verde) e cicliche (marcate da KI67; rosse). I nuclei sono controcolorati con DAPI (blu). La presenza di cellule miogeniche non cicliche (KI67-PAX7+) mostra che il protocollo può produrre cellule quiescenti da topi wild-type che sono abbondanti a 7 giorni di coltura. (B) Immunofluorescenza dei miotubi (contrassegnati dalla catena pesante della miosina [MyHC]; verde) e dei miociti (contrassegnati da MYOG; rosso) dopo 7 giorni di coltura di cellule di topi wild-type. I nuclei sono controcolorati con DAPI (blu). (C) Immunofluorescenza di cellule miogeniche (marcate da PAX7; verde), progenitori fibro-adipogenici mesenchimali (marcate da PDGFRa; rosso) e cellule endoteliali (marcate da CD31; magenta) dopo 7 giorni di coltura di cellule di topi wild-type. I nuclei sono controcolorati con DAPI (blu). (D) Immunofluorescenza di cellule GFP+ (verde) e miociti (marcati da MYOG; magenta) dopo 8 giorni di coltura di cellule di topi Tg:Pax7-nGFP , in cui le cellule esprimenti PAX7 sono marcate da GFP nucleare. (E) Immunofluorescenza di cellule GFP+ (verde) e miotubi (contrassegnati da MyHC; rosso) dopo 7 giorni di coltura di cellule di topi Tg:Pax7-nGFP . Si noti che le cellule simili a cellule satelliti compaiono nella coltura dopo 7 giorni. (F) Quantificazione della proporzione cellulare GFP+ che co-esprime marcatori di cellule satelliti (PAX7), attivazione (FOSB), proliferazione (KI67) o differenziamento miogenico (MYOD, MYOG). Le barre di errore indicano la deviazione standard. Barra della scala: 100 um. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse.
Il muscolo scheletrico comprende più tipi di cellule, comprese le cellule staminali residenti, ognuna con un contributo speciale all'omeostasi e alla rigenerazione muscolare. Qui vengono descritte la coltura 2D di cellule staminali muscolari e la nicchia delle cellule muscolari in un ambiente ex vivo che conserva molte delle caratteristiche fisiologiche, in vivo e ambientali.
Per la Figura 2 sono stati utilizzati i modelli di Servier Medical Art (https://smart.servier.com/). Il laboratorio FR è sostenuto dall'Association Française contre les Myopathies - AFM tramite TRANSLAMUSCLE (sovvenzioni 19507 e 22946), dalla Fondation pour la Recherche Médicale - FRM (EQU202003010217, ENV202004011730, ECO201806006793), dall'Agence Nationale pour la Recherche - ANR (ANR-21-CE13-0006-02, ANR-19-CE13-0010, ANR-10-LABX-73) e da La Ligue Contre le Cancer (IP/SC-17130). I finanziatori di cui sopra non hanno avuto alcun ruolo nella progettazione, nella raccolta, nell'analisi, nell'interpretazione o nella stesura di questo studio o nella stesura di questo manoscritto.
| diluizione anti-CD31 | BD | 550274 | 1:100 |
| anti-FOSB | Santa Cruz | sc-7203 | diluizione 1:200 |
| anti-GFP | Abcam | ab13970 | diluizione 1:1000 |
| anti-Ki67 | Abcam | ab16667 | diluizione 1:1000 |
| anti-MyHC | DSHB | MF20-c | diluizione 1:400 |
| anti-MYOD | Active Motif | 39991 | diluizione 1:200 |
| anti-MYOG | Santa Cruz | sc-576 | diluizione 1:150 |
| anti-Pax7 | Santa Cruz | sc-81648 | diluizione 1:100 |
| anti-PDGFR&alfa; | Invitrogen | PA5-16571 | diluizione 1:50 |
| b-FGF | Peprotech | 450-33 | concentrazione 4 ng/mL |
| Albumina sierica bovina (BSA) - utilizzata per la digestione | Sigma Aldrich | A7906-1006 | concentrazione 0,2% |
| BSA IgG-free, senza proteasi – utilizzato per la colorazione | Jackson ImmunoResearch | 001-000-162 | concentrazione 5% |
| Filtro cellulare 40 um | Dominique Dutscher | 352340 | |
| Filtro cellulare 70 um | Dominique Dutscher | 352350 | |
| Filtro cellulare 100 um | Dominique Dutscher | 352360 | |
| Collagenasi | Roche | 10103586001 | concentrazione 0,5 U/mL |
| Piastra di coltura | Sarstedt | 94.6140.802 | |
| Dimetilsolfossido (DMSO) | Euromedex | UD8050-05-A | |
| Dispase | Roche | 4942078001 | concentrazione 3 U/mL |
| Pinze per dissezione misura 5 | Fine Science Tools | 91150-20 | |
| Pinza per dissezione misura 55 | Fine Science Tools | 11295-51 | |
| Forbici per dissezione (grandi, dritte) | Fine Science Tools | 9146-11 | ideali per tagliare |
| Forbici da dissezione (piccole, curve) | Fine Science Tools | 15017-10 | |
| Forbici da dissezione (piccole, dritte) | Fine Science Tools | 14084-08 | |
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) | ThermoFisher | 41966-029 | |
| EdU Click-iT kit | ThermoFisher | C10340 | |
| Siero fetale bovino - opzione 1 | Eurobio | CVF00-01 | |
| Siero fetale bovino - opzione 2 | Gibco | 10270-106 | |
| Matrigel | Corning Life Sciences | 354234 | soluzione di rivestimento |
| Parafilm | Dominique Dutscher | 090261 | film flessibile |
| Paraformaldeide - opzione 1 | PanReac AppliChem ITW Reagents | 211511.1209 | concentrazione 4% |
| Paraformaldeyde - opzione 2 | ThermoFisher | 28908 | concentrazione 4% |
| Penicillina streptomicina | Gibco | 15140-122 | |
| Bagno d'acqua agitante | ThermoFisher | TSSWB27 | |
| TritonX100 | Sigma Aldrich | T8532-500 ML | concentrazione 0,5% |
| Topi wild-type | Janvier | C57BL/6NRj |