Mięśnie szkieletowe prążkowane składają się głównie z włókien mięśniowych (włókien mięśniowych), które są odpowiedzialne za charakterystyczną funkcję dobrowolnego kurczenia się. Komórki te są wielojądrowymi, postmitotycznymi strukturami, które wspierają stres mechaniczny występujący podczas skurczu. Stabilność strukturalna błony włókien mięśniowych (sarcolemmy) i jej macierzy zewnątrzkomórkowej ma kluczowe znaczenie dla homeostazy tkanek. Komórki satelitarne stanowią główną populację progenitorów mięśni w dojrzałych mięśniach szkieletowych i istnieją w stanie spoczynku w zdrowych mięśniach. Po śmierci włókien mięśniowych regeneracja mięśni jest wspierana przez komórki satelitarne zgodnie z programem miogennym, który obejmuje aktywację komórek satelitarnych, proliferację, różnicowanie i fuzję, aby ostatecznie utworzyć nowe wielojądrowe włókna mięśniowe.
Utrata włókien mięśniowych może wystąpić w wielu stanach mięśniowych, w tym w urazach mechanicznych, urazach niedokrwienno-reperfuzyjnych lub dystrofiach mięśniowych, i jest związana z martwiczą morfologią martwych komórek1,2. Śmierć martwicza charakteryzuje się szybką przepuszczalnością błony plazmatycznej i uwalnianiem zawartości komórki w kompartmencie zewnątrzkomórkowym3. Może to wynikać albo z nieuregulowanego procesu obejmującego brak prawidłowej sygnalizacji komórkowej (tj. przypadkowej martwicy), albo z zaaranżowanego szlaku wewnątrzkomórkowego (tj. Regulowanej martwicy). W przypadku włókien mięśniowych zarówno procesy regulated4, jak i unregulated5 mogą prowadzić do martwicy. Typową konsekwencją mionecrozy jest uwolnienie wzorców cząsteczek związanych z uszkodzeniem, aktywujących silną reakcję zapalną6. Obecność makrofagów obserwuje się po około 48 i 72 godzinach od urazu7. Oprócz ich roli w usuwaniu martwiczych szczątków, są one również ważne w regeneracji mięśni8,9.
Dystrofie mięśniowe (MD) to niejednorodna grupa patologii, które często wynikają z defektu struktury sarcolemmy. Dystrofia mięśniowa Duchenne'a (DMD) jest młodzieńczą chorobą sprzężoną z chromosomem X, która dotyka około 1 na 3500 urodzeń mężczyzn na całym świecie10 i jest spowodowana brakiem ekspresji dystrofiny w sarkolemmie. Przewlekłe zwyrodnienie tkanki mięśniowej u chłopców z DMD prowadzi do skrajnego osłabienia mięśni i wczesnej śmiertelności. Stan zapalny wynikający ze śmierci martwiczej zwiększa cytotoksyczność i sprzyja zwłóknieniu mięśni oraz utracie funkcji mięśni11,12. Oczekuje się, że terapie będące obecnie w fazie badań klinicznych ukierunkowane na przyczyny chorób zwyrodnieniowych mięśni, takie jak terapia genowa, złagodzą mionetruzę. Potrzebne są zatem proste techniki dokładnego ilościowego określania zwyrodnienia mięśni.
Kilka metod jest rutynowo stosowanych do monitorowania utraty włókien mięśniowych in vivo. Pomiar aktywności enzymatycznej kinazy kreatynowej (CK) we krwi pozwala na wiarygodne określenie ilościowe trwającej martwicy tkanek mięśniowych i serca. Barwienie in situ hematoksyliną i eozyną (H&E) jest najpopularniejszą obecnie metodą stosowaną w diagnostyce do oceny przebudowy zwyrodnieniowo-regeneracyjnej. Jednak molekularne podstawy znakowania martwych komórek za pomocą H&E pozostają niejasne. Co więcej, modyfikacje kolorów sugerujące śmierć włókien mięśniowych w barwieniu H&E są stosunkowo subtelne i nie ułatwiają wiarygodnej i powtarzalnej kwantyfikacji. Metody ujawniające fragmentację DNA, takie jak końcowe znakowanie końca nacięcia deoksynukleotydylotransferazy dUTP (TUNEL), niedokładnie oznaczają śmierć nekrotyczną 3. Są również słabo przystosowane do monitorowania śmierci komórek syncytialnych, takich jak włókna mięśniowe. Wstrzyknięcie ważnych barwników, takich jak niebieski barwnik Evana (EBD), stanowi użyteczną alternatywę do oceny włókien mięśniowych, które utraciły integralność sarkolemma, ale niekoniecznie jest wygodne w niektórych protokołach eksperymentalnych. Na przykład obecność EBD w próbkach krwi może wpływać na wyniki pomiarów CK, testu kolorymetrycznego. Co więcej, wewnątrzkomórkowy wychwyt EBD sprawia, że koznakowanie immunologiczne jest trudne. W związku z tym interesująca jest alternatywna metoda pozwalająca na bezpośrednie znakowanie włókien mięśniowych ulegających nekrozie.
Mechanizm działania ważnych barwników opiera się na utracie integralności błony plazmatycznej w nekrotycznych włóknach mięśniowych i pasywnym pobieraniu wstrzykniętego barwnika. Podobnie, martwicze włókna mięśniowe wychwytują białka krwi, takie jak albumina, do której EBD ma silne powinowactwo13,14, immunoglobulina G (IgG) i IgM15. Nieprawidłowa obecność białek krwi w mięśniach stanowi zatem dogodne markery mionecrosis in situ. Barwienie tych białek może być alternatywą dla stosowania niezbędnych barwników.
Używając wychwytu IgG jako markera mionecrosis in situ, ten protokół jest używany do oceny zwyrodnienia mięśni w kości piszczelowej przedniej (TA) myszy z niedoborem dystrofiny mdx. Metoda ta ma znaczące zalety w porównaniu z technikami alternatywnymi: 1) jest powtarzalna i prosta w wykonaniu; 2) nie wymaga żadnego leczenia zwierząt przed pobraniem mięśni, takiego jak wstrzyknięcie krążących barwników życiowych, oraz 3) jak każde konwencjonalne znakowanie immunologiczne, jest zgodne z koznakowaniem.