Identificatie en analyse van myogene voorlopercellen in vivo tijdens acuut skeletspierletsel door hoogdimensionale eencellige massacytometrie
1 december 2023
Het hier gepresenteerde protocol maakt de identificatie en hoogdimensionale analyse van spierstam- en voorlopercellen mogelijk door middel van eencellige massacytometrie en hun zuivering door FACS voor diepgaande studies van hun functie. Deze benadering kan worden toegepast om de regeneratiedynamiek in ziektemodellen te bestuderen en de werkzaamheid van farmacologische interventies te testen.
Ons onderzoek onderzoekt de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan stamceldisfunctie bij veroudering en ziekte. Ons doel is om te begrijpen hoe spierstam- en voorlopercellen interageren met andere cellen in de spiermicro-omgeving om effectieve regeneratie te bereiken. We onderzoeken ook of een kale celcommunicatie de spierstamcelfunctie beïnvloedt bij veroudering en ziekte.
Een belangrijke barrière voor het onderzoeken van cel-celcommunicatie binnen de stamcelniche is het gebrek aan technologieën die een resolutie van één cel bieden. Massacytometrie van één cel maakt gelijktijdige kwantitatieve analyse met hoge doorvoer mogelijk op meerdere celtypen en moleculaire fenotypes in complexe weefsels. Ons protocol maakt zuivering en diepe profilering van zeldzame stamcellen en het nageslacht tijdens spierregeneratie mogelijk met behulp van antilichamen tegen celoppervlaktemarkers en myogene transcriptiefactoren.
Het bestuderen van deze cellen helpt ons te begrijpen hoe het lot van spierstamcellen wordt gecontroleerd en de netwerken bloot te leggen die celtoestandsovergangen aandrijven en effectieve regeneratie uitvoeren. Het gelijktijdig meten van maximaal 50 celoppervlak en intracellulair eiwit op celniveau is een waardevolle benadering voor het onderzoeken van de cellulaire functie in spierweefsel. Deze techniek kan unieke moleculaire handtekeningen identificeren en nieuwe mechanismen van spierstamceldisfunctie bij veroudering en ziekte onthullen.
Dit protocol maakt het mogelijk om te onderzoeken hoe de overgang van de celtoestand de weefselregeneratie in gezondheid en ziekte beïnvloedt. De signatuur van geactiveerde stamcellen die we hier presenteren, maakt studies van de rust van stamcellen mogelijk. Die waren voorheen niet mogelijk.
We kunnen nu geactiveerde stamcellen, CD98 High, CD44 High, uitsluitend op basis van celoppervlaktemarkers zuiveren en voor het eerst bestuderen hoe ze terugkeren naar rust.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit onderzoek onderzoekt de moleculaire mechanismen van disfunctie van spierstam- en progenitorcellen bij veroudering en ziekte. Door de toepassing van single-cell massacytometrie en FACS richt de studie zich op de wijze waarop deze cellen interageren binnen de spiermicro-omgeving en hun rollen in regeneratiedynamiek, wat inzicht biedt in potentiële therapeutische interventies.
Belangrijkste studiecomponenten
Onderzoeksgebied
- Spierbiologie
- Stamcelfunctie
- Regeneratiedynamiek
Achtergrond
- Stamceldysfunctie heeft invloed op weefselregeneratie bij veroudering en ziekte.
- Effectieve cel-celcommunicatie is cruciaal binnen de stamcelniche.
- Eerdere technologieën beschikten niet over single-cell resolutie voor gedetailleerd onderzoek.
Gebruikte methoden
- Single-cell masscytometrie voor hoogdimensionale analyse.
- FACS (Fluorescentie-geactiveerde cel sortering) voor celzuivering.
- In vivo muismodellen voor regeneratiestudies.
Belangrijkste resultaten
- Identificatie van unieke moleculaire signaturen in spierstamcellen.
- Inzichten in de quiescentie en reactivering van stamcellen.
- Karakterisering van celtoestandsovergangen die essentieel zijn voor effectieve regeneratie.
Conclusies
- Deze studie demonstreert het nut van geavanceerde cytometrytechnieken bij het begrijpen van de biologie van spierstambrocellen.
- De bevindingen zijn relevant voor de ontwikkeling van therapeutische strategieën voor ouderdomsgerelateerde spierdegeneratie.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Hoogdimensionele single-cell massa-cytometrie maakt een nauwkeurige identificatie en profilering van myogene progenitorcellen en stamcellen tijdens acute skeletspierbeschadiging mogelijk, waardoor een kritische leemte in het begrip van regeneratieve dynamiek wordt opgevuld. Deze mogelijkheid vergroot het voorspellend vertrouwen bij targetvalidatie en mechanistische risicoreductie voor portfolio's op het gebied van spierziekten en regeneratieve geneeskunde. De aanpak ondersteunt risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling door kwantitatieve, reproduceerbare cellulaire inzichten te bieden die relevant zijn voor vroege discovery- en translationeel onderzoek.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door cellulaire en moleculaire dynamiek tijdens spierregeneratie in kaart te brengen.
- Ondersteunt functionele targetvalidatie door de identificatie van geactiveerde stamcel- en progenitorceltoestanden met behulp van gemultiplexte markers.
- Faciliteert mechanistische risicoreductie door celtoestandsovergangen en dysfunctie-signaturen in ziektemodellen te onthullen.
- Verbetert het voorspellend vertrouwen voor portfolio-triage door zeldzame celpopulaties en hun activatiestatus te kwantificeren.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream screening door het isoleren van gedefinieerde stamcel- en progenitorpopulaties via FACS.
- Maakt standaardisatie en reproduceerbaarheid van assays mogelijk door kwantitatieve, hoogdimensionale eiwitmetingen op resolutie van individuele cellen.
- Ondersteunt schaalbare screening door de gelijktijdige analyse van maximaal 50 markers per cel mogelijk te maken.
- Levert betrouwbare kwantitatieve resultaten voor de evaluatie van verbindingen in ziekterelevante systemen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Sluit aan bij ziekte-relevante modellen door in vivo analyse van de dynamiek van stam- en progenitorcellen na letsel of farmacologische interventie mogelijk te maken.
- Ondersteunt de ontdekking van translationele biomarkers door moleculaire signaturen te koppelen aan regeneratieve resultaten.
- Faciliteert continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door functionele studies van geïsoleerde celpopulaties mogelijk te maken.
- Vermindert de risico's bij preklinische voortgang door mechanistische inzichten te verschaffen in stamceldysfunctie bij veroudering en ziekte.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode integreert het proces van vroege ontdekking tot lead-identificatie en preklinisch onderzoek, ter ondersteuning van hypothesetoetsing, verduidelijking van signaalpaden en biologische risicoreductie in studies naar spierregeneratie.
- Discovery Biology: Kwantitatieve profilering van stam- en progenitorcellen verduidelijkt regeneratieve paden en beslissingen over het cellot.
- Screening: Hoogdimensionale markeranalyse waarborgt de assay-gereedheid en reproduceerbaarheid voor downstream-toepassingen.
- Analytics: Multiplex-eiwitmetingen en clusteringalgoritmen maken een robuuste vergelijking van cellulaire toestanden en condities mogelijk.
- Translationeel Onderzoek: In vivo-toepassing in ziektemodellen ondersteunt de afstemming van biomarkers en translationele continuïteit.
- Enterprise Hergebruik: Het platform is aanpasbaar voor diverse studies naar regeneratie en ziektemodellen, wat breed hergebruik binnen R&D ondersteunt.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij targetvalidatie.
- Operationele waarde: Levert gestandaardiseerde, reproduceerbare en schaalbare single-cell analytics voor zeldzame celpopulaties.
- Strategische waarde: Maakt geïnformeerde go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiënt portfoliomanagement mogelijk door regeneratieve celdynamiek te kwantificeren.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en voortgang van regeneratieve en ziekte-modificerende programma's.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in single-cell cytometrie, FACS en hoogdimensionale data-analyse.
- Vereist toegang tot massacytometrie-instrumentatie en geavanceerde computationele infrastructuur.
- Maakt cross-team standaardisatie van antilichaampanels en gating-strategieën noodzakelijk voor reproduceerbaarheid.
- Aanpassing aan verschillende modellen van spierletsel of ziekten kan optimalisatie van het markerpanel vereisen.
- De doorvoer en sensitiviteit worden beperkt door de capaciteit van het instrument en de abundantie van zeldzame cellen.
Veelgestelde vragen over biopharma
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
