Le cellule del sistema nervoso centrale modificano il modo in cui producono energia in risposta a condizioni normali emalattiche 1,2. Tra le principali vie metaboliche, la glicolisi e la fosforilazione ossidativa (OXPHOS) sono vie chiave che regolano le funzioni delle cellule immunitarie - esse subiscono rispettivamente una reazione robusta e immediata a condizioni pro-infiammatorie e antinfiammatorie. Pertanto, le cellule immunitarie possono passare tra vie metaboliche in risposta ai segnali infiammatori e agli statifunzionali 5. Le microglie, come le loro controparti mieloide, sono metabolicamente legate alle loro funzioni e si adattano rapidamente a diversi percorsi metabolici come carburante metabolico alternativo, dimostrando flessibilitàmetabolica 6,7. La microglia subisce una rapida riprogrammazione metabolica durante l'infiammazione, con glicolisi aumentata che funge da firma metabolica chiave degli statipro-infiammatori. Così, i saggi che identificano la dipendenza cellulare da un fenotipo metabolico ci permettono di indagare i loro stati funzionali in varie condizioni. Nel protocollo attuale, miriamo a determinare se la microglia primaria si basi sull'aumento della glicolisi durante condizioni pro-infiammatorie. Per questo, eseguiamo regolarmente i test di sforzo della glicolisi. Sebbene l'analizzatore Seahorse XFe24 (analizzatore di flusso extracellulare) sia stato ampiamente utilizzato per misurare ECAR in linee cellulari immortalate e cellule trasformate, la microglia primaria presenta sfide tecniche uniche, tra cui rese cellulari limitate, proprietà di adesione variabili e alta sensibilità alle condizioni di coltura, che possono confondere le misurazioni metaboliche. Inoltre, fornisce una misurazione in tempo reale dell'ECAR, consentendo una valutazione precisa della glicolisi guidata dal lattato in più momenti temporali, che non può essere catturata da solo dai test di lattato di endpoint. Il profiling metabolico basato su flusso extracellulare è stato ampiamente adottato nella ricerca sul metabolismo per caratterizzare la bioenergetica cellulare, rendendo questo protocollo particolarmente adatto per studi che indagano i cambiamenti metabolici nelle cellule durante l'attivazione, la modellazione delle malattie o i test farmacologici. I lettori possono determinare l'idoneità in base alla necessità di misurazioni glicolitiche dinamiche ad alta risoluzione all'interno delle cellule primarie.
Il glucosio viene metabolizzato in piruvato tramite glicolisi e poi convertito in lattato nel citoplasma o in CO₂ e acqua nei mitocondri. La conversione del glucosio in lattato porta al rilascio di protoni nello spazio extracellulare, causando acidificazione del mezzo. L'analizzatore di flusso extracellulare quantifica questa acidificazione come ECAR9. Nel test di sforzo per glicolisi, le cellule vengono prima incubate in un mezzo privo di glucosio e piruvato, e la loro ECAR di base viene registrata. La prima iniezione fornisce una quantità saturante di glucosio, che le cellule metabolizzano tramite glicolisi in piruvato, produciendo ATP, NADH, acqua e protoni. L'aumento del rilascio di protoni aumenta l'ECAR, riflettendo la 'glicolisi'. Successivamente, viene aggiunta oligomicina per inibire la sintesi mitocondriale di ATP, costringendo le cellule a fare affidamento esclusivamente sulla glicolisi. Questa variazione del gradiente protonico aumenta ulteriormente l'ECAR ed è misurata come la capacità glicolitica massima della cellula. Infine, viene introdotto il 2DG, un analogo del glucosio. Inibisce in modo competitivo l'esoxinasi, bloccando la glicolisi e riducendo l'ECAR. Questa diminuzione conferma che l'ECAR precedente era dipendente dalla glicolisi. La differenza tra la massima capacità glicolitica e il livello di glicolisi definisce la riserva glicolitica. L'ECAR iniziale prima dell'aggiunta di glucosio rappresenta un'acidificazione non glicolitica da altri processi cellulari (Figura 1).
Abbiamo eseguito un test di sforzo per glicolisi utilizzando l'analizzatore di flusso extracellulare. I valori grezzi dell'ECAR venivano esportati su Excel per l'analisi. Per ogni condizione, abbiamo identificato i punti temporali corrispondenti all'ECAR basale (prima dell'aggiunta del glucosio), alla glicolisi (dopo l'iniezione di glucosio) e alla capacità glicolitica (dopo il trattamento con oligomicina). I valori ECAR dai punti temporali rilevanti all'interno di ogni fase e tra le quattro repliche tecniche sono stati mediati, e la glicolisi è stata calcolata come l'aumento dell'ECAR dopo l'aggiunta di glucosio. La capacità glicolitica è stata calcolata come un aumento dell'ECAR dopo l'aggiunta di oligomicina. La riserva glicolitica è stata calcolata come una diminuzione dell'ECAR dopo l'iniezione di 2DG. Questi valori medi sono stati poi utilizzati per confrontare le risposte metaboliche tra i gruppi.
D'altra parte, per valutare il tasso di consumo di ossigeno (OCR) e valutare le funzioni mitocondriali, il test da sforzo mitocondriale (Agilent) è l'approccio standard, che misura parametri come la respirazione basale, la respirazione legata ad ATP, la perdita di protoni, la respirazione massima, la capacità respiratoria di riserva e la respirazione non mitocondriale. Queste misurazioni si ottengono iniettando sequenzialmente specifici inibitori mitocondriali, oligomicina (inibitore ATP sintasi), FCCP (Carbonilciuro-4 (trifluorometossi)fenilidrazone), un disaccoppiatore che favorisce la respirazione massima, e rotenone/antimicina A (inibitori complessi I/III), permettendo una valutazione quantitativa della salute mitocondriale e dellabioenergetica 10,11,12,13 . I test ECAR e OCR vengono quindi eseguiti in condizioni diverse.