Abstract Skeletal muscle is a plastic tissue that adapts to exercise through fusion of muscle stem cells (MuSCs) with myofibers, a physiological process referred to as myonuclear accretion. However, it is still unclear whether myonuclear accretion is driven by increased mechanical loading per se , or occurs, at least in part, in response to exercise-induced muscle injury. Here, we developed a carefully monitored and individualized neuromuscular electrical stimulation (NMES) training protocol of the mouse plantar flexor muscles. Each NMES training session consisted of 80 isometric contractions at a submaximal mechanical intensity corresponding to ~ 15% of maximal tetanic force to avoid muscle damage. NMES trained mice were stimulated for 2 × 3 consecutive days separated by one day of rest, for a total of 6 sessions. Experiments were conducted on C57BL/6J and BALB/c males at 10-12 weeks of age. NMES led to a robust myonuclear accretion and higher MuSC content in gastrocnemius muscle of both mouse lines, without overt signs of muscle damage/regeneration or muscle hypertrophy or force improvement. This new mouse model of myonuclear accretion relying on the main function of skeletal muscles, i.e. , force production in response to electrical stimuli, will be of utmost interest to further understand the role of MuSCs in skeletal muscle adaptations.

Abstract Muscular dystrophies, such as Duchenne muscular dystrophy (DMD), are caused by permanent muscle injuries leading to chronic inflammation. In that context, macrophages harbor an altered inflammatory profile that contributes to fibrosis through the secretion of the profibrotic cytokine TGFβ1. We previously showed that AMP-activated protein kinase (AMPK) activation reduces TGFβ1 secretion by macrophages and improves muscle homeostasis and muscle force in a mouse model of DMD. This makes AMPK an attractive therapeutic target for treating chronic inflammation and fibrosis in DMD. However, potent direct AMPK activators like compound 991 show strong adverse effects in vivo, preventing their direct use. Here, we encapsulated 991 into biodegradable polymeric poly(lactic- co -glycolic) acid (PLGA) nanoparticles for in vivo delivery, in an attempt to overcome toxicity issues. We show that 991-loaded PLGA nanoparticles retained drug activity on fibrotic macrophages in vitro , by reducing their secretion of TGFβ1. In the D2-mdx pre-clinical DMD mouse model, intravenously injected PLGA nanoparticles reached gastrocnemius and diaphragm muscles, which are the most affected muscles in this model. Chronic intravenous injections of 991-loaded PLGA nanoparticles decreased inflammation in both muscles, which was associated with fibrosis reduction and increase in myofiber size and muscle mass in the gastrocnemius. No impact on blood cell counts and liver enzymes was observed. These results demonstrate that nanomedicine is an efficient strategy to deliver AMPK activators in vivo to target inflammation and improve the dystrophic muscle phenotype.