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.2020年7月1日；176(1):124-136.
doi:10.1093/toxsci/kfaa049。

组织工程化人肌束系统作为评价骨骼肌损伤生物标志物的平台

阿拉斯泰尔·科达布库斯 1, 阿穆利亚·卡萨 1, 王再颂 1, 内尔·帕布 1, 理查德·戈尔德斯坦 2, Vishal S Vaidya公司 2, 内纳德·布尔萨克 1
附属公司

组织工程化人肌束系统作为评价骨骼肌损伤生物标志物的平台

阿拉斯泰尔·科达布库斯等。 毒理学科学. .

摘要

用于评估骨骼肌损伤的传统血清生物标记物，如肌酸激酶（CK）活性，缺乏组织特异性和敏感性，阻碍了药物诱导肌病的早期检测。最近，由骨骼肌钙蛋白I（sTnI）、CK质量（CKm）、脂肪酸结合蛋白3（Fabp3）和肌球蛋白轻链3组成的新型四因子骨骼肌损伤生物标记物小组（MIP）已被证明在骨骼肌损伤的啮齿动物模型中具有更高的组织特异性和敏感性。在这里，我们评估了先前建立的组织工程功能性人类骨骼肌（肌束）模型是否能够在体外检测损伤或药物诱导的肌毒性后的MIP生物标记物。我们发现，肌束培养基中三种MIP生物标记物（sTnI、CKm和Fabp3）的浓度显著增加，以应对已知蛇毒（notexin）的伤害。Cerivastatin是一种已知的肌毒性他汀类药物，但不是普伐他汀，可导致肌束收缩功能显著丧失、肌管萎缩，并增加传统和新型生物标记物的释放。相反，地塞米松导致肌束收缩功能显著丧失和肌管萎缩，但减少了传统和新型生物标记物的释放。地塞米松还增加了培养基中基质金属蛋白酶-2和-3的水平，这与肌束细胞外基质重塑增加有关，这项验证概念的研究表明，组织工程化的人肌束可以提供一个体外平台，以探测患者特异性药物诱导的肌毒性，并评估新的损伤生物标记物的性能，以指导临床前和临床药物开发研究。

关键词：萎缩；生物标志物；肌肉；肌病；他汀类药物；组织工程；毒性。

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数字

图1。
图1。
notexin损伤对肌束结构的影响。A、 具有代表性的肌束横截面细胞核染色图像（DAPI）。B、 标准化为无药物对照的每个肌束横截面细胞核数的量化(n个 = 每组4个肌束，n个 = 2份技术副本来自N个 = 1名捐赠者）。C、 丝状肌动蛋白（f-actin）染色的典型肌束横截面图像。D、 标准化为无药物对照的每个肌束横截面的F-肌动蛋白阳性面积的定量(n个 = 每组4个肌束，来自N个 = 1名捐赠者）。E、 β-spectrin.F染色的代表性肌束横截面图像，与无药物对照组相比肌管直径的量化(n个 = 每组4个肌束中的100个肌管N个 = 1名捐赠者）*第页 < .0中的01 μg/ml notexin和#第页 < .从1开始01 μg/ml诺特辛。
图2。
图2。
notexin损伤对肌束生物标记物释放的影响。7年期间累积生物标记物释放概况和总释放量的量化 显示（A，B）CK、（C，D）LDH、（E，F）CKm、（G，H）Fabp3、（I，J）sTnI和（K，L）cTnT在NTX损伤后恢复到无药物对照的天数。从执行的量化n个 = 每个供体4个肌束，n个 = 2份技术副本来自N个 = 1名捐赠者*第页 < .0中的01 μg/ml notexin和#第页 < .从1开始05 μg/ml诺特辛。
图3。
图3。
普伐他汀和西伐他汀7天应用对肌管直径和收缩功能的影响。A、 肌束横截面β-spectrin.B染色的代表性图像，根据归一化为无药物对照的β-spectrin染色定量肌管直径(n个 = 每组8个肌束中的200个肌管N个 = 2名捐赠者）。C、 抽搐和强直收缩期间的典型力迹。D、 破伤风收缩期间比力的量化标准化为无药物对照(n个 = 8个肌束，n个 = 1份技术副本，来自N个 = 2名捐赠者）*第页 < .01来自CTL和#第页 < .001来自C10。CTL，无药控制；第50页，第250页 nM普伐他汀；第250页 nM普伐他汀；C10、10 nM西伐他汀；100元 nM西伐他汀。
图4。
图4。
普伐他汀和西伐他汀7天应用对肌束生物标记物释放的影响。7年期间，累计生物标记物释放曲线和总释放量标准化为无药物控制 普伐他汀或西伐他汀用药天数，显示为（A，B）CK、（C，D）LDH、（E，F）CKm、（G，H）Fabp3、（I，J）sTnI和（K，L）cTnT。从执行的量化n个 = 每个供体8个肌束，n个 = 2份技术副本来自N个 = 2名捐赠者*第页 < .01来自CTL和#第页 < .从C10到05。CTL，无药控制；第50、250页 nM普伐他汀；第250、250页 nM普伐他汀；C10、10 nM西伐他汀；100元 nM西伐他汀。
图5。
图5。
7天IGF-1和地塞米松治疗对肌管直径和收缩功能的影响。A、 肌束横截面β-spectrin.B染色的代表性图像，根据归一化为无药物对照的β-spectrin染色定量肌管直径(n个 = 每组8个肌束中的200个肌管N个 = 2名捐赠者）。C、 抽搐和强直收缩期间的典型力迹。D、 破伤风收缩期间比力的量化标准化为无药物对照(n个 = 8个肌束来自N个 = 2名捐赠者）*第页 < .01来自CTL。CTL，无药物对照。IGF 0.1、0.1 毫克/毫升IGF-1；IGF 0.5，0.5 毫克/毫升IGF-1；德克斯1，1 μM地塞米松；12月25日，25日 μM地塞米松。
图6。
图6。
7天IGF-1和地塞米松应用对肌束生物标记物释放的影响。7年期间，累计生物标记物释放曲线和总释放量标准化为无药物控制 IGF-1和地塞米松应用天数，显示7天后（A，B）CK、（C，D）LDH、（E，F）CKm、（G，H）Fabp3、（I，J）sTnI和（K，L）cTnT的释放 天*第页 < .来自CTL的01。从执行的量化n个 = 每个供体8个肌束，n个 = 2份技术副本，来自N个 = 2名捐赠者。CTL，无药控制；IGF 0.1、0.1 毫克/毫升IGF-1；IGF 0.5，0.5 毫克/毫升IGF-1；德克斯1，1 μM地塞米松；12月25日，25日 μM地塞米松；BLLOD，低于检测下限。
图7。
图7。
普伐他汀和西伐他汀7天应用对肌束形态和基质金属蛋白酶释放的影响。A、 具有代表性的肌束横截面细胞核染色图像（DAPI）。B、 标准化为无药物对照的每个肌束横截面细胞核数的量化(n个 = 每组8个肌束中的200个肌管N个 = 2名捐赠者）。C、 丝状肌动蛋白（F-肌动蛋白）染色的代表性肌束横截面图像。D、 标准化为无药物对照的每个肌束横截面的f-肌动蛋白面积的量化(n个 = 8个肌束来自N个 = 2名捐赠者）。（E，F）MMP-1，（G，H）MMP-2，（I，J）MMP-3的累积日释放曲线和7天累积定量(n个 = 8个肌束，n个 = 2份技术副本来自N个 = 2名捐赠者）*第页 < .01来自CTL和#第页 < .05来自IGF 0.5。CTL，无药控制；IGF 0.1、0.1 毫克/毫升IGF-1；IGF 0.5，0.5 毫克/毫升IGF-1；德克斯1，1 μM地塞米松；12月25日，25日 μM地塞米松。
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