Количественная оценка жировой инфильтрации скелетных мышц на основе децеллюляризации
9 июня 2023 г.
В настоящем исследовании описаны основанные на децеллюляризации методики визуализации и количественной оценки отложения внутримышечной жировой ткани (IMAT) через интактный мышечный объем, а также количественная оценка показателей отдельных адипоцитов, составляющих IMAT.
Нас интересует перекрестная связь между сокращающимися мышцами и адипоцитами, которые образуются между мышечными волокнами при травмах и заболеваниях, называемых внутримышечной жировой тканью, или IMAT. Генная инженерия в клетках мышей является мощным инструментом для механистического рассечения перекрестных помех в жировых мышцах. Анализ передачи сигналов с помощью транскриптомики и протеомики выявляет медиаторы, а затем доставка лекарств на основе биоматериала может вмешаться в эти пути.
Одной из основных проблем является выделение и количественное определение адипоцитов IMAT. Особенно в моделях мелких животных, сигнал IMAT вымывается с помощью анализа всей мышцы, такого как транскриптомика или липидомика, и количественная оценка IMAT с помощью неинвазивной визуализации страдает от аналогичного вымывания, поскольку большинство вокселей содержат смесь мышц и IMAT. Недавно мы использовали эту технику, описанную в этой статье, чтобы продемонстрировать, что IMAT напрямую ухудшает сократительную способность мышц.
С помощью точных измерений отложения IMAT мы показали, что он не просто замещает сократительный материал, но и препятствует сокращению оставшейся сухой мышцы. Этот протокол решает проблемы, связанные с количественной оценкой IMAT. В настоящее время стандартом для измерения IMAT у мелких животных является односекционная гистология, которая не является комплексной или неинвазивной визуализацией, которая является дорогостоящей и имеет низкое разрешение.
Мы считаем, что это ограничило наше понимание перекрестных помех мышц IMAT. Этот метод представляет собой комплексный и недорогой метод оценки IMAT путем качественной визуализации и многоуровневой количественной оценки. Мы надеемся, что простота этого метода побудит больше исследователей измерять IMAT на своих моделях животных.
Кроме того, этот метод предоставит исследователям, заинтересованным в IMAT, более точный инструмент для выявления более тонких взаимосвязей между адипоцитами IMAT и другими клетками.
Обзор
Данное исследование посвящено взаимодействию между сокращающейся мышцей и межмышечной жировой тканью (МЖТ), в частности, её роли в нарушении функций мышц при травмах и заболеваниях. В работе представлена методология на основе децеллюляризации для визуализации и количественной оценки отложения МЖТ, а также анализа показателей отдельных адипоцитов.
Основные компоненты исследования
Область исследования
- Биология мышц
- Функции адипоцитов
- Характеристика IMAT
Теоретические сведения
- Внутримышечная жировая ткань (IMAT) образуется между мышечными волокнами в ответ на травму или заболевание.
- Традиционным методам не хватает точности и комплексности.
- Понимание динамики IMAT имеет решающее значение для выяснения взаимодействий между мышечной и жировой тканями.
Используемые методы
- Методы децеллюляризации для подготовки мышечной ткани.
- Мышиные модели для изучения взаимодействий между мышечной и жировой тканями.
- Окрашивание Oil Red O (ORO) и спектрофотометрический анализ для количественной оценки показателей жировой ткани.
Основные результаты
- Разработан метод для точной визуализации и количественного определения IMAT.
- Продемонстрировано, что IMAT отрицательно влияет на сократительную способность мышц.
- Усовершенствованные методы визуализации и количественного анализа позволяют глубже изучить взаимосвязь между мышечной и жировой тканями.
Выводы
- Данное исследование предоставляет комплексный инструмент для оценки IMAT.
- Расширяет понимание взаимодействий между мышечной и жировой тканями в различных биологических контекстах.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Количественная оценка интермускулярной жировой ткани (IMAT) представляет собой серьезную проблему в исследованиях мышечных заболеваний, что влияет на валидацию мишеней и снижение механистических рисков на ранних этапах разработки. Протокол на основе децеллюляризации позволяет проводить комплексный и воспроизводимый количественный анализ жировой инфильтрации в скелетных мышцах, преодолевая ограничения методов визуализации и гистологии на моделях мелких животных. Данная возможность повышает прогностическую достоверность исследований перекрестного взаимодействия между мышечной и жировой тканями и служит основой для принятия взвешенных решений по портфелю программ изучения метаболических и нервно-мышечных заболеваний.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Обеспечивает точную количественную оценку IMAT для проверки гипотез о путях передачи сигналов между мышцами и жировой тканью.
- Поддерживает функциональную валидацию мишеней, связывая объем IMAT с нарушением сократительной способности мышц.
- Способствует снижению механистических рисков путем разграничения эффектов IMAT и других патологических признаков.
- Повышает прогностическую достоверность при отборе перспективных активов на ранних стадиях разработки препаратов для лечения мышечных и метаболических заболеваний.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированный рабочий процесс подготовки и анализа интактной мышечной ткани для исследования жировой инфильтрации.
- Позволяет получать воспроизводимые количественные данные, подходящие для разработки методов анализа и скрининга соединений.
- Обеспечивает масштабируемую и экономически эффективную оценку IMAT на различных моделях животных или при различных вмешательствах.
- Служит основой для надежной оценки потенциальных терапевтических средств, воздействующих на взаимодействие между мышечной и жировой тканями.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует стратегиям трансляционных биомаркеров, обеспечивая возможность применения на разных видах и при анализе биоптатов человека.
- Обеспечивает преемственность от этапа поиска до доклинической валидации за счет надежного количественного определения IMAT.
- Поддерживает принятие решений о продвижении терапии с учетом рисков для препаратов, направленных на борьбу с жировой инфильтрацией мышц.
- Улучшает процесс выбора и валидации релевантных моделей заболеваний для трансляционных исследований.
Интеграция в конвейер и рабочий процесс
Данный метод количественного анализа на основе децеллюляризации охватывает все этапы — от ранних открытий до доклинических исследований, обеспечивая надежную валидацию мишеней и трансляционную преемственность в программах изучения мышечных заболеваний.
- Фундаментальная биология: способствует проверке гипотез и уточнению сигнальных путей путем выделения и количественного определения IMAT в интактных мышцах.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые и количественные измерения IMAT, готовые к использованию в анализах для оценки соединений.
- Аналитика: предоставляет метрики на основе абсорбции и анализа изображений для сравнения условий и статистического анализа.
- Трансляционные исследования: облегчает сопоставление с данными биопсии человека и системами, релевантными для конкретных заболеваний, при наличии соответствующих образцов.
- Прикладное использование: предлагает широко применимый недорогой протокол, который можно адаптировать для различных видов и типов мышц.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность в исследованиях мышечно-жировой ткани.
- Операционная ценность: стандартизирует количественное определение IMAT, повышая воспроизводимость и масштабируемость исследований.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать более обоснованные решения о продолжении или прекращении разработок (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет уточнения функционального воздействия IMAT.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритизацию с учетом рисков и продвижение активов в области лечения мышечных и метаболических заболеваний.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с тканями, проведение децеллюляризации и количественного анализа изображений.
- Необходим доступ к стандартному лабораторному оборудованию, спектрофотометрии и инфраструктуре для визуализации.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов подготовки образцов и анализа.
- Метод применим к различным типам мышц и видам, включая биопсию человека, при условии оптимизации протокола.
- Потенциальные ограничения включают этапы ручной коррекции при анализе изображений и необходимость тщательного контроля качества.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:42
Decellularization of Skeletal Muscle
3:15
Intramuscular Adipose Tissue (IMAT) Visualization with Oil Red O Staining
6:29
Estimation of Total Lipid Volume from Decellularized Muscles by Lipid Extraction
7:23
Quantification of Intramuscular Adipose Tissue (IMAT) Lipid Droplet Metrics Using Confocal Imaging
