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Development of an in vitro platform for the analysis of contractile and calcium dynamics in single human myotubes
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2024-09-04 , DOI: 10.1039/d3lc00442b Camila Vesga-Castro 1, 2 , Laura Mosqueira-Martín 3, 4, 5 , Paul Ubiria-Urkola 1, 2 , Pablo Marco-Moreno 3, 4, 5 , Klaudia González-Imaz 3, 4, 5 , Jorge Rendon-Hinestroza 3, 4 , Ainara Vallejo-Illarramendi 3, 4, 5 , Jacobo Paredes 1, 2
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2024-09-04 , DOI: 10.1039/d3lc00442b Camila Vesga-Castro 1, 2 , Laura Mosqueira-Martín 3, 4, 5 , Paul Ubiria-Urkola 1, 2 , Pablo Marco-Moreno 3, 4, 5 , Klaudia González-Imaz 3, 4, 5 , Jorge Rendon-Hinestroza 3, 4 , Ainara Vallejo-Illarramendi 3, 4, 5 , Jacobo Paredes 1, 2
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In vitro myotube cultures are widely used as models for studying muscle pathophysiology, but their limited maturation and heterogeneity pose significant challenges for functional analyses. While they remain the gold standard for studying muscle function in vitro, myotube cultures do not fully recapitulate the complexity and native features of muscle fibers, which may compromise their ability to predict in vivo outcomes. To promote maturation and decrease heterogeneity, we have incorporated engineered structures into myotube cultures, based on a PDMS thin layer with micrometer-sized grooves (μGrooves) placed over a glass substrate. Different sizes and shapes of μGrooves were tested for their ability to promote alignment and fusion of myoblasts and enhance their differentiation into myotubes. A 24 hour electrical field stimulation protocol (4 V, 6 ms, 0.1 Hz) was used to further promote myotube maturation, after which several myotube features were assessed, including myotube alignment, width, fusion index, contractile function, and calcium handling. Our results indicate superior calcium and contractile performance in μGrooved myotubes, particularly with the 100 μm-width 700 μm-long geometry (7 : 1). This platform generated homogeneous and isolated myotubes that reproduced native muscle features, such as excitation–contraction coupling and force-frequency responses. Overall, our 2D muscle platform enables robust high-content assays of calcium dynamics and contractile readouts with increased sensitivity and reproducibility compared to traditional myotube cultures, making it particularly suitable for screening therapeutic candidates for different muscle pathologies.
中文翻译：
开发用于分析单个人肌管中收缩和钙动力学的体外平台
体外肌管培养物被广泛用作研究肌肉病理生理学的模型，但其有限的成熟度和异质性对功能分析构成了重大挑战。虽然它们仍然是体外研究肌肉功能的金标准，但肌管培养并不能完全概括肌肉纤维的复杂性和天然特征，这可能会损害它们预测体内结果的能力。为了促进成熟和减少异质性，我们已将工程结构整合到肌管培养物中，基于 PDMS 薄层，在玻璃基板上放置了微米级凹槽 （μGrooves）。测试了不同大小和形状的 μGrooves 促进成肌细胞对齐和融合以及增强它们分化为肌管的能力。使用 24 小时电场刺激方案 （4 V， 6 ms， 0.1 Hz） 进一步促进肌管成熟，之后评估了肌管的几个特征，包括肌管排列、宽度、融合指数、收缩功能和钙处理。我们的结果表明，μGrooved 肌管具有优异的钙和收缩性能，特别是 100 μm 宽 700 μm 长的几何形状 （7 ： 1）。该平台生成均质和孤立的肌管，再现天然肌肉特征，例如兴奋-收缩耦合和力-频率响应。总体而言，与传统肌管培养相比，我们的 2D 肌肉平台能够对钙动力学和收缩读数进行稳健的高内涵分析，具有更高的灵敏度和可重复性，使其特别适用于筛选不同肌肉病理的治疗候选者。
更新日期：2024-09-04
中文翻译：
开发用于分析单个人肌管中收缩和钙动力学的体外平台
体外肌管培养物被广泛用作研究肌肉病理生理学的模型，但其有限的成熟度和异质性对功能分析构成了重大挑战。虽然它们仍然是体外研究肌肉功能的金标准，但肌管培养并不能完全概括肌肉纤维的复杂性和天然特征，这可能会损害它们预测体内结果的能力。为了促进成熟和减少异质性，我们已将工程结构整合到肌管培养物中，基于 PDMS 薄层，在玻璃基板上放置了微米级凹槽 （μGrooves）。测试了不同大小和形状的 μGrooves 促进成肌细胞对齐和融合以及增强它们分化为肌管的能力。使用 24 小时电场刺激方案 （4 V， 6 ms， 0.1 Hz） 进一步促进肌管成熟，之后评估了肌管的几个特征，包括肌管排列、宽度、融合指数、收缩功能和钙处理。我们的结果表明，μGrooved 肌管具有优异的钙和收缩性能，特别是 100 μm 宽 700 μm 长的几何形状 （7 ： 1）。该平台生成均质和孤立的肌管，再现天然肌肉特征，例如兴奋-收缩耦合和力-频率响应。总体而言，与传统肌管培养相比，我们的 2D 肌肉平台能够对钙动力学和收缩读数进行稳健的高内涵分析，具有更高的灵敏度和可重复性，使其特别适用于筛选不同肌肉病理的治疗候选者。
京公网安备 11010802027423号