High-dimensional Single-Cell Mass Cytometry에 의한 급성 골격근 손상 중 In Vivo의 Myogenic Progenitors 식별 및 분석
2023년 12월 1일
여기에 제시된 프로토콜은 단일 세포 질량 세포분석을 통한 근육 줄기 및 전구 세포의 식별 및 고차원 분석을 가능하게 하고 FACS에 의한 정제를 통해 기능에 대한 심층적인 연구를 가능하게 합니다. 이 접근법은 질병 모델의 재생 역학을 연구하고 약리학적 중재의 효능을 테스트하는 데 적용할 수 있습니다.
우리의 연구는 노화와 질병에서 줄기세포 기능 장애의 기저에 있는 분자 메커니즘을 조사합니다. 우리의 목표는 근육 줄기 및 전구 세포가 근육 미세환경에서 다른 세포와 어떻게 상호 작용하여 효과적인 재생을 달성하는지 이해하는 것입니다. 우리는 또한 불모의 세포 전달이 노화와 질병에서 근육 줄기 세포 기능에 영향을 미치는지 여부를 연구하고 있습니다.
줄기 세포 틈새 내에서 세포 간 통신을 조사하는 데 있어 가장 큰 장벽은 단일 세포 분해능을 제공하는 기술이 부족하다는 것입니다. 단일 세포 질량 세포분석은 복잡한 조직의 여러 세포 유형 및 분자 표현형에 대한 동시 고처리량 정량 분석을 가능하게 합니다. 당사의 프로토콜은 세포 표면 마커 및 근육 전사 인자에 대한 항체를 사용하여 근육 재생 중 희귀 줄기 세포와 자손의 정제 및 심층 프로파일링을 가능하게 합니다.
이러한 세포를 연구하는 것은 근육 줄기 세포의 운명이 어떻게 제어되는지 이해하고 효과적인 재생을 수행하는 세포 상태 전환을 주도하는 네트워크를 밝히는 데 도움이 됩니다. 단일 세포 수준에서 최대 50개의 세포 표면과 세포 내 단백질을 동시에 측정하는 것은 근육 조직의 세포 기능을 조사하는 데 유용한 접근 방식입니다. 이 기술은 고유한 분자 서명을 식별하고 노화 및 질병에서 근육 줄기 세포 기능 장애의 새로운 메커니즘을 밝힐 수 있습니다.
이 프로토콜을 통해 세포 상태 전환이 건강 및 질병의 조직 재생에 어떤 영향을 미치는지 조사할 수 있습니다. 여기에서 제시하는 활성화된 줄기 세포의 서명은 줄기 세포 정지 연구를 가능하게 합니다. 이전에는 불가능했습니다.
이제 세포 표면 마커만을 기반으로 활성화된 줄기 세포, CD98 High, CD44 High를 정제할 수 있으며, 이들이 어떻게 정지 상태로 돌아가는지 처음으로 연구할 수 있습니다.
전체 스크립트를 보고 수천 개의 과학 동영상에 액세스하세요
개요
본 연구는 노화 및 질환 시 근육 줄기세포와 전구세포의 기능 부전이 일어나는 분자적 메커니즘을 조사합니다. 단일 세포 질량 세포 분석법(single-cell mass cytometry)과 FACS를 적용하여, 이러한 세포들이 근육 미세환경 내에서 어떻게 상호작용하는지 및 재생 역학에서 어떤 역할을 하는지에 초점을 맞추어 잠재적인 치료적 개입에 대한 통찰을 제공합니다.
주요 연구 구성 요소
연구 분야
- 근육 생물학
- 줄기세포 기능
- 재생 역학
배경
- 줄기세포의 기능 부전은 노화 및 질병 상황에서 조직 재생에 영향을 미칩니다.
- 줄기세포 니치 내에서 효과적인 세포 간 통신은 매우 중요합니다.
- 기존 기술들은 상세한 연구를 위한 단일 세포 수준의 해상도가 부족했습니다.
사용된 방법
- 고차원 분석을 위한 단일 세포 질량 분석법.
- 세포 정제를 위한 FACS (형광 활성 세포 분류법).
- 재생 연구를 위한 인비보(In vivo) 마우스 모델.
주요 결과
- 근육 줄기세포 내 고유한 분자적 시그니처의 식별.
- 줄기세포의 휴지기 및 재활성화에 대한 통찰.
- 효과적인 재생에 필수적인 세포 상태 전이의 특성 규명.
결론
- 본 연구는 근육 줄기세포 생물학을 이해하는 데 있어 고급 사이토메트리 기술의 유용성을 입증합니다.
- 연구 결과는 노화 관련 근육 퇴행의 치료 전략을 개발하는 데 유용합니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
고차원 단일 세포 질량 세포 분석법(mass cytometry)은 급성 골격근 손상 과정에서 근원성 전구세포와 줄기세포의 정밀한 식별 및 프로파일링을 가능하게 하여, 재생 역학 이해의 결정적인 공백을 메워줍니다. 이러한 역량은 근육 질환 및 재생 의학 포트폴리오의 타겟 검증과 기전적 리스크 제거에 있어 예측 신뢰도를 높여줍니다. 이 접근 방식은 초기 발견 및 중개 연구와 관련된 정량적이고 재현 가능한 세포 수준의 통찰력을 제공함으로써, 리스크가 조정된 추진 결정을 지원합니다.
바이오 제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 근육 재생 과정 중의 세포 및 분자 동역학을 규명하여 치료 가설의 검증을 가능하게 합니다.
- 다중 마커를 사용하여 활성화된 줄기세포 및 전구세포 상태를 식별함으로써 기능적 표적 검증을 지원합니다.
- 질환 모델에서 세포 상태 전이 및 기능 장애 징후를 밝혀 기전적 리스크 감소를 촉진합니다.
- 희귀 세포 집단과 그 활성화 상태를 정량화하여 포트폴리오 선별을 위한 예측 신뢰도를 향상시킵니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- FACS를 통해 특정 줄기세포 및 전구세포 집단을 분리함으로써 다운스트림 스크리닝을 위한 검증된 생물학적 시스템을 준비합니다.
- 단일 세포 해상도에서 정량적, 고차원적 단백질 측정을 통해 분석의 표준화 및 재현성을 가능하게 합니다.
- 세포당 최대 50개의 마커를 동시에 분석할 수 있어 확장 가능한 스크리닝 준비를 지원합니다.
- 질환 관련 시스템 내 화합물 평가를 위한 신뢰할 수 있는 정량적 출력값을 제공합니다.
중개 및 전임상 연구
- 손상 또는 약물 개입 후 줄기세포 및 전구세포 역동성의 in vivo 분석을 가능하게 하여 질환 관련 모델과 일치시킵니다.
- 분자적 시그니처를 재생 결과와 연결함으로써 중개 바이오마커 발굴을 지원합니다.
- 분리된 세포 집단의 기능 연구를 가능하게 하여 발견 단계부터 전임상 검증까지의 연속성을 촉진합니다.
- 노화 및 질환 시 줄기세포 기능 이상에 대한 기전적 통찰력을 제공함으로써 전임상 단계의 위험을 완화합니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
이 방법은 초기 발굴부터 리드 물질 확인 및 전임상 연구까지 통합하여, 근육 재생 연구에서 가설 검증, 경로 규명 및 생물학적 리스크 감소를 지원합니다.
- 발견 생물학: 줄기세포 및 전구세포의 정량적 프로파일링을 통해 재생 경로와 세포 운명 결정을 명확히 합니다.
- 스크리닝: 고차원 마커 분석을 통해 하위 응용 단계에서의 분석 준비 상태와 재현성을 보장합니다.
- 분석학: 다중 단백질 측정 및 클러스터링 알고리즘을 통해 세포 상태와 조건 간의 강력한 비교가 가능합니다.
- 중개 연구: 질환 모델에서의 체내(in vivo) 적용을 통해 바이오마커 정렬 및 중개적 연속성을 지원합니다.
- 기업적 재사용: 해당 플랫폼은 다양한 재생 및 질환 모델 연구에 적응 가능하며, 폭넓은 R&D 재사용을 지원합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 타겟 검증 시 예측 신뢰도를 높이고 기전적 모호성을 줄입니다.
- 운영적 가치: 희귀 세포군에 대해 표준화되고 재현 가능하며 확장 가능한 단일 세포 분석을 제공합니다.
- 전략적 가치: 재생 세포 역학을 정량화함으로써 정보에 기반한 진행/중단 결정과 자본 효율적인 포트폴리오 관리가 가능하게 합니다.
- 포트폴리오 영향: 재생 및 질환 수정 프로그램의 위험 조정 우선순위 설정 및 추진을 지원합니다.
실행 시 고려 사항
- 단일 세포 사이토메트리(single-cell cytometry), FACS 및 고차원 데이터 분석에 대한 전문 지식이 필요합니다.
- 질량 사이토메트리(mass cytometry) 장비와 고급 계산 인프라에 대한 접근이 필요합니다.
- 재현성을 위해 항체 패널과 게이팅 전략의 팀 간 표준화가 필수적입니다.
- 다양한 근육 손상 또는 질환 모델에 적용할 경우 마커 패널 최적화가 필요할 수 있습니다.
- 처리량과 민감도는 장비 용량과 희귀 세포의 존재량에 의해 제한됩니다.
바이오 제약 FAQ
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
