인체의 ~40%를 차지하는 골격근은 움직임부터 호흡, 신진대사에 이르기까지 중요한 기능을 지원하는 주요 기관입니다. 중요한 것은 부상 후 자가 복구할 수 있는 고유한 능력을 가지고 있으며 이러한 재생 능력으로 한 달 이내에 심각한 손상으로부터 완전한 기능 및 구조적 회복을 보장한다는 것입니다. 여러 세포 유형이 이 놀라운 복구 능력과 관련이 있으며 근육 줄기 세포가 중심적인 역할을 합니다.
전 세계의 근육 연구자들은 기능적, 분자적, 세포 수준에서 골격근을 분석하기 위한 여러 분석을 개발했습니다. 각 기술에는 고유한 강점이 있으며, 동물 모델에 대한 생체 내 테스트는 인간과 가장 관련성이 높은 옵션과 살아있는 유기체의 복잡성을 나타냅니다. 전 세계 연구 그룹이 국제적으로 인정된 3R(Replacement-Reduction-Refinement) 원칙에 따라 동물 연구를 최소화하기 위해 노력함에 따라 시험관 내 및 생체 외 대응물이 입지를 다지고 있습니다. 이 방법 컬렉션은 종 전반에 걸친 분자, 세포 및 기능적 근육 연구를 위한 생체 내 및 생체 외 모델을 제공하는 것을 목표로 했습니다.
Montandon et al.1 은 대조군 및 돌연변이 유전자형의 제브라피쉬에서 근육 재생 표현형을 신속하게 특성화하는 기술을 설명합니다. 첫째, 배아는 마취된 동물에게서 털어낸 물질을 사용하여 유전자형을 분석합니다. 유전자 변형 배아의 유전자형 분석과 관련된 대부분의 프로토콜은 배아의 동시 희생을 요구하기 때문에 이는 흥미로운 전망입니다. 다음으로, 제브라피쉬 유충 근육 조직의 특정 부위를 찌르는 것으로 재생을 유도합니다. 근절의 광학적 특성 덕분에 손상된 근육의 무결성은 손상 후 영상을 사용하여 평가할 수 있습니다. 이 프로토콜은 재생 결함에 대한 다양한 돌연변이를 조사하기 위한 빠르고 잠재적으로 처리량이 높은 방법이기 때문에 근육 재생을 연구하는 과학자들에게 큰 관심을 끌고 있습니다.
Hüttner et al.2 및 Pegoli et al.3 은 근육 재생의 핵심에 있는 세포 집단인 근육 줄기 세포의 세포 및 분자 연구를 가능하게 하는 방법을 제시합니다. 이 방법은 초기 활성화 연구 및 세포-틈새 상호 작용에 중점을 둔 연구자들에게 매우 흥미롭습니다. 단일 근섬유 배양 방법은 근육 줄기 세포가 여전히 근육 섬유와 연관되어 있는 동안 최대 96시간 동안 배양하고 연구할 수 있으며, 이 근접한 내인성 틈새 시장으로부터 신호를 수신합니다. 이 기술은 Hüttner et al.2 이 주의 깊게 설명하는 많은 섬세한 단계(예: 부드러운 근육 해부 및 해리)로 인해 확립하기가 특히 어렵습니다. 한 단계 더 나아가 저자는 줄기 세포 행동에 영향을 미칠 수 있는 요인의 기능적 분석을 위한 siRNA 표적화에 대해 자세히 설명하고 동일한 마우스와 근육에서 siRNA 형질감염된 세포와 대조군 형질감염된 세포를 비교하는 것의 중요성을 강조합니다. 동시에 Pegoli et al.3 은 Emery-Dreifuss 근이영양증 및 출생 후 초기 생활의 맥락에서 근육 줄기 세포를 연구하기 위해 이 방법을 조정할 수 있는 방법을 설명하며, 이러한 맥락에서 근육 취약성과 관련된 문제에 초점을 맞춥니다. 프로토콜 효율성을 높이기 위해 생존율이 좋은 섬유와 나쁜 생존율이 있는 섬유의 이미지로 독자를 안내하고 소화 시간을 "경험적으로 검증"해야 할 필요성을 강조합니다.
Zaidan et al.4 은 정지 상태와 같은 예비 세포의 생산을 선호하는 골격근의 생체 외 배양 시스템을 설명하는 동시에 대체 배양 시스템에서 문제를 제시하는 여러 다른 세포 유형도 유지합니다. 따라서 이 방법은 약물, siRNA 또는 벡터를 사용하여 분자 경로를 수정하는 조건을 포함하여 정지 연구 또는 틈새-줄기 세포 상호 작용을 지향하는 연구자에게 유용할 수 있습니다. 이 프로토콜은 뒷다리 근육의 빠른 해부에 이어 효소 소화 및 여과를 수반합니다. 그 후, 세포를 배양에 넣고 1주일 이내에 예비 세포가 나타납니다. 이 프로토콜은 Pax7nGFP와 같은 유전적으로 태그된 마우스를 사용하여 살아있는 세포 이미징의 가능성과 함께 이러한 예비 세포의 대규모 증폭을 허용합니다.
Park et al.5 은 주요 질산염 저장 기관 중 하나인 골격근에서 질산염과 아질산염을 측정할 수 있는 방법을 보여줍니다. 설명된 방법은 운동 생리학 및 산화질소 주기 관련 신경근 또는 대사 장애를 연구하는 연구자들에게 특히 흥미롭습니다. 질산염 및 아질산염 측정을 용이하게 하기 위한 상당한 기술 개발이 있지만 최종 결과에 영향을 미칠 수 있는 몇 가지 매개변수가 있으며 저자가 신중하게 설명하고 비교합니다(예: 균질화 방법, 생검 크기, 근육 유형).
Hessel et al.6 은 기계적 실험에 충분한 길이의 섬유를 얻기 위해 인간 환자의 전 경골 근에서 생검을 수행하는 절차를 매우 자세히 설명합니다. 저자는 최근 근육 손상이 있는 환자는 제외되어야 한다고 강조합니다. 적격 환자의 정보에 입각한 동의를 얻으면 초음파를 사용하여 생검 수집을 위한 근육의 가장 좋은 부위를 평가합니다. 이상적인 주사 경로를 논의한 후 팀은 특수 바늘을 사용하여 생검을 수행합니다. 마지막으로 수술 후 환자 관리 및 조직 처리 방법이 자세히 설명되어 있습니다. 이 방법은 근육 섬유의 기계적 연구를 위해 환자의 조직 수집을 표준화하려는 의사-과학자에게 특히 관심이 있습니다.
이 방법 모음에서 기계적 연구는 Brightwell et al.7 및 Corona et al.8에 의해 제시됩니다. 이 기사에서는 소형 및 대형 동물 모델에서 근력을 측정하는 방법에 대해 설명합니다. 신경근 질환이나 부상은 근력에 부정적인 영향을 미칩니다. 따라서 운동, 영양 및 치료 개입은 이를 회복하는 것을 목표로 합니다. Brightwell et al.7 은 인간 환자에게 사용되는 방법과 유사한 방식으로 마우스의 대퇴사두근 기능을 평가하는 방법을 자세히 설명합니다. 먼저 실험에 필요한 장비와 소프트웨어를 준비하는 단계를 제공합니다. 다음으로, 마우스를 마취하고 신근 기능을 평가할 수 있는 위치에 놓습니다. 수축 유도를 위해 대퇴사두근의 원위 부분에 전극을 배치하고 최적의 전류를 평가하며 최대 등척성 파상풍 토크의 측정값을 기록하고 분석합니다. 더 큰 동물 모델을 사용하여 Corona et al.8 은 돼지 뒷다리 배굴근의 등척성 토크를 평가하여 단계별 장비 설정 및 근력 측정 프로토콜을 보여줍니다. 참고로, 최적의 결과 획득을 보장하기 위해 고품질 및 저품질 파면을 보여줍니다. 그들은 동일한 동물의 종단 분석을 가능하게 하는 이 비침습적 기술의 강점을 인식하지만 중요한 단계(예: 신경 자극, 기계적 정렬) 및 방법 한계에 대해서도 길게 논의합니다.
골격근 연구 분야에는 근육 재생에 어떤 유전자가 중요한지, 위성 세포가 다양한 유기체의 일생 동안 재생 잠재력을 유지하는 방법, 다양한 질병 상태에서 근육 기능에 어떤 영향을 미치는지에 대해 여전히 많은 미해결 질문이 있습니다. 이 컬렉션은 광범위한 모델 시스템을 사용하여 분자 및 기계적 수준에서 근육 기능과 복구를 조사하는 다양한 최신 기술을 보여줍니다. 자세한 프로토콜을 제공함으로써 이 논문의 저자는 이미 기초 및 응용 골격근 연구의 일관성과 투명성을 높이는 데 도움을 주었습니다.