Identificação e análise de progenitores miogênicos in vivo durante lesão muscular esquelética aguda por citometria de massa de célula única de alta dimensão
1 de dezembro de 2023
O protocolo aqui apresentado permite a identificação e análise de alta dimensão de células-tronco musculares e progenitoras por citometria de massa de célula única e sua purificação por FACS para estudos aprofundados de sua função. Essa abordagem pode ser aplicada para estudar a dinâmica de regeneração em modelos de doenças e testar a eficácia de intervenções farmacológicas.
Nossa pesquisa investiga os mecanismos moleculares subjacentes à disfunção das células-tronco no envelhecimento e na doença. Nosso objetivo é entender como as células-tronco musculares e progenitoras interagem com outras células no microambiente muscular para alcançar uma regeneração eficaz. Também estamos estudando se uma comunicação celular estéril afeta a função das células-tronco musculares no envelhecimento e na doença.
Uma grande barreira para investigar a comunicação célula-célula dentro do nicho de células-tronco tem sido a falta de tecnologias que forneçam resolução de célula única. A citometria de massa de célula única permite a análise quantitativa simultânea de alto rendimento em vários tipos de células e fenótipos moleculares em tecidos complexos. Nosso protocolo permite a purificação e o perfil profundo de células-tronco raras e da progênie durante a regeneração muscular usando anticorpos para marcadores de superfície celular e fatores de transcrição miogênicos.
Estudar essas células nos ajuda a entender como o destino das células-tronco musculares é controlado e descobrir as redes que impulsionam as transições do estado celular fazendo uma regeneração eficaz. Medir até 50 proteínas de superfície celular e intracelular simultaneamente em um único nível de célula é uma abordagem valiosa para investigar a função celular no tecido muscular. Essa técnica pode identificar assinaturas moleculares únicas e revelar novos mecanismos de disfunção das células-tronco musculares no envelhecimento e na doença.
Este protocolo permite investigar como a transição do estado celular afeta a regeneração tecidual na saúde e na doença. A assinatura de células-tronco ativadas que apresentamos aqui permite estudos de quiescência de células-tronco. Eles não eram possíveis anteriormente.
Agora podemos purificar células-tronco ativadas, CD98 High, CD44 High, com base apenas no marcador de superfície celular, e estudar pela primeira vez, como elas retornam à quiescência.
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Visão Geral
Esta pesquisa investiga os mecanismos moleculares da disfunção das células-tronco e progenitoras musculares no envelhecimento e na doença. Através da aplicação de citometria de massa de célula única e FACS, o estudo concentra-se em como essas células interagem dentro do microambiente muscular e seus papéis na dinâmica de regeneração, fornecendo insights sobre potenciais intervenções terapêuticas.
Componentes Principais do Estudo
Área de Pesquisa
- Biologia muscular
- Função de células-tronco
- Dinâmica de regeneração
Fundo
- A disfunção das células-tronco impacta a regeneração de tecidos no envelhecimento e na doença.
- A comunicação eficaz entre células é crucial dentro do nicho das células-tronco.
- Tecnologias anteriores careciam de resolução de célula única para estudo detalhado.
Métodos Utilizados
- Citometria de massa de célula única para análise de alta dimensionalidade.
- FACS (Classificação de células ativadas por fluorescência) para purificação de células.
- Modelos de camundongos in vivo para estudos de regeneração.
Principais Resultados
- Identificação de assinaturas moleculares únicas em células-tronco musculares.
- Insights sobre a quiescência e reativação das células-tronco.
- Caracterização de transições de estado celular vitais para regeneração eficaz.
Conclusões
- Este estudo demonstra a utilidade de técnicas avançadas de citometria na compreensão da biologia das células-tronco musculares.
- Os resultados são relevantes para o desenvolvimento de estratégias terapêuticas para degeneração muscular relacionada à idade.
Perguntas Frequentes
Executive Industry Relevance
High-dimensional single-cell mass cytometry enables precise identification and profiling of myogenic progenitors and stem cells during acute skeletal muscle injury, addressing a critical gap in understanding regenerative dynamics. This capability enhances predictive confidence in target validation and mechanistic de-risking for muscle disease and regenerative medicine portfolios. The approach supports risk-adjusted advancement decisions by providing quantitative, reproducible cellular insights relevant to early discovery and translational research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of therapeutic hypotheses by resolving cellular and molecular dynamics during muscle regeneration.
- Supports functional target validation through identification of activated stem and progenitor cell states using multiplexed markers.
- Facilitates mechanistic de-risking by revealing cell state transitions and dysfunction signatures in disease models.
- Improves predictive confidence for portfolio triage by quantifying rare cell populations and their activation status.
Screening & Assay Development
- Prepares validated biological systems for downstream screening by isolating defined stem and progenitor populations via FACS.
- Enables assay standardization and reproducibility through quantitative, high-dimensional protein measurements at single-cell resolution.
- Supports scalable screening readiness by allowing simultaneous analysis of up to 50 markers per cell.
- Provides reliable quantitative outputs for compound evaluation in disease-relevant systems.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant models by enabling in vivo analysis of stem and progenitor cell dynamics post-injury or pharmacological intervention.
- Supports translational biomarker discovery by linking molecular signatures to regenerative outcomes.
- Facilitates continuity from discovery through preclinical validation by enabling functional studies of isolated cell populations.
- De-risks preclinical advancement by providing mechanistic insights into stem cell dysfunction in aging and disease.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates from early discovery through lead identification and preclinical research, supporting hypothesis testing, pathway clarification, and biological de-risking in muscle regeneration studies.
- Discovery Biology: Quantitative profiling of stem and progenitor cells clarifies regenerative pathways and cell fate decisions.
- Screening: High-dimensional marker analysis ensures assay readiness and reproducibility for downstream applications.
- Analytics: Multiplexed protein measurements and clustering algorithms enable robust comparison of cellular states and conditions.
- Translational Research: In vivo application in disease models supports biomarker alignment and translational continuity.
- Enterprise Reuse: The platform is adaptable for diverse regenerative and disease model studies, supporting broad R&D reuse.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in target validation.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable single-cell analytics for rare cell populations.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio management by quantifying regenerative cell dynamics.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of regenerative and disease-modifying programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in single-cell cytometry, FACS, and high-dimensional data analysis.
- Demands access to mass cytometry instrumentation and advanced computational infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization of antibody panels and gating strategies for reproducibility.
- Adaptation across different muscle injury or disease models may require marker panel optimization.
- Throughput and sensitivity are limited by instrument capacity and rare cell abundance.
Biopharma FAQs
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
