1. Development of an electric stimulation system to analyze muscle damage in 3D Duchenne Muscular Dystrophy muscle culture
- Abstract
La distròfia muscular de Duchenne (DMD) és una malaltia fatal progressiva de pèrdua muscular causada per mutacions al gen de la distrofina. La distrofina és una proteïna gran, component principal del complex de proteïnes associades a la distrofina (DAPC). Aquest complex manté la integritat muscular, unint el citoesquelet cel·lular amb el sarcolemma i la matriu extracel·lular. La incapacitat de produir distrofina desemboca en dany muscular en forma d’esquinçaments al sarcolemma a causa de la incapacitat de gestionar les forces mecàniques eficientment. DMD pot ser estudiada in vitro fent servir estimulació de polsos elèctrics (EPS) per substituir l’activació de les neurones motores. Aquesta tècnica consisteix en l’aplicació d’un senyal d’estimulació a teixits fent servir elèctrodes per induir contracció. En aquest treball, un sistema d’estimulació elèctrica va ser desenvolupat per estudiar el dany al sarcolemma causat per la contracció de teixits musculars esquelètics cultivats en 2D afectats per Duchenne en comparació amb teixits sans. Es van fer servit diferents règims d’estimulació per induir contracció als miotubs, i el dany causat es va mesurar amb assaigs de CK-ELISA per quantificar la fuita de l’enzim Creatina Cinasa a través dels esquinçaments. Es va demostrar que els teixits afectats per Duchenne són més susceptibles al dany per contracció. El dany va ser directament proporcional al temps d’estimulació, i estimulacions de freqüències més altes no van semblar causar més tensió al sarcolema que estimulacions de baixa freqüència., La distrofia muscular de Duchenne (DMD) es una enfermedad letal progresiva de pérdida muscular causada por mutaciones en el gen de la distrofina. La distrofina es una proteína grande, componente principal del complejo de proteínas asociadas a la distrofina (DAPC). Este complejo mantiene la integridad muscular, uniendo el citoesqueleto celular, el sarcolema y la matriz extracelular. La incapacidad de producir distrofina lleva a daño muscular en forma de desgarros en el sarcolema debido a la incapacidad de gestionar las fuerzas mecánicas eficientemente. DMD puede estudiarse in vitro usando estimulación de pulsos eléctricos (EPS) para reemplazar la activación de las neuronas motoras. Esta técnica consiste en la aplicación de una señal de estimulación pulsátil a tejidos mediante electrodos para inducir contracción. En este trabajo se desarrolló un sistema de estimulación eléctrica para estudiar el daño sarcolémico causado por la contracción de tejidos de músculo esquelético cultivados en 2D afectados por Duchenne en comparación con tejidos sanos. Se utilizaron diferentes regímenes de estimulación para inducir contracción en los miotubos, y el daño causado se midió usando ensayos CK-ELISA para cuantificar la fuga de enzima Creatina Cinasa a través de los desgarros. Se demostró que los tejidos afectados por Duchenne son más susceptibles al daño por contracción. El daño fue directamente proporcional al tiempo de estimulación, y las frecuencias de estimulación más altas no parecieron causar más tensión en el sarcolema que estimulaciones de baja frecuencia., Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a fatal progressive muscle wasting disease caused by mutations in the dystrophin gene. Dystrophin is a large protein and the main component of the dystrophin-associated protein complex (DAPC). This complex maintains muscle integrity, linking cell’s cytoskeleton, sarcolemma, and extracellular matrix. Production impairment of dystrophin leads to muscle damage in the form of sarcolemmal tears due to the inability to efficiently handle mechanical stress. DMD can be studied in vitro using electrical pulse stimulation (EPS) to replace motor neuron activation. This technique consists in the application of a stimulation signal to tissues using electrodes to induce contraction. In this work, an electric stimulation system was developed to study sarcolemmal damage caused by contraction of 2D cultured DMD-affected skeletal muscle tissues in comparison with healthy tissues. Different regimes of EPS were used to induce myotube contraction, and the damage done was measured using CK-ELISA assays to quantify the leakage of Creatine Kinase enzyme through the tears. DMD was proved to make muscle more susceptible to damage under contraction. Damage was found to be directly proportional to stimulation time, and higher frequency stimulation did not seem to cause more stress to the sarcolemma than low frequency stimulation.
- Published
- 2023