Name: fabrication and implantation of miniature dual-element strain gages for measuring in vivo gastrointestinal contractions in rodents.
Uploaded: 2014-09-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 29 s
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研究資金は、神経疾患や脳卒中（NS049177およびNS087834）総合研究所を介して受信した。著者らは、ひずみゲージのオリジナルデザイン後半ポール博士低音と彼の同僚の知的貢献を認めることを望む。とひずみゲージの製造およびマーケティングのためのキャロルTollefsrud 2010年の生産中止まで、だけでなく、彼女の洞察力に富んだ対応をするため。

すべての手順は、健康ガイドラインの国立研究所に続き、医学のペンシルベニア州立大学でハーシー施設内動物管理使用委員会によって承認された。ラットを、共通のビバリウムの慣行を使用して飼育した。注：このプロトコルは、Wistar系雄性ラット≥8週齢、当初は175計量使用しています - 200グラム。 ひずみゲージの製作のために1。手続き<ol><li>ほとんどの工具および部品は、元のまたは後続の会社から入手可能のままであり、 表1にまとめる。 </li><li>準備と2つの要素のひずみゲージの接着<ol><li>クリーンデュモン＃5ピンセットで慎重にひずみゲージ要素（EA-06-031-350）を処理します。要素の不必要な動きを制限するために、接着面が汚れや過剰な接着性のリスクなし作業面に要素を固定するために上に向けて紙の小さな、きれいな、自己接着部分を使用してください。 </li><li>ボンド2つの歪みゲージ要素は、バック·ツー·バック、デュアル要素を形成する。イソプロピルアルコールで各要素フィルムの裏面をきれいにし、蒸発による乾燥を許可（ガーゼによる乾燥を頻繁に除去するのが困難である繊維の汚染物質が導入されて）。実体顕微鏡ガイダンス（1 - 3×）の下で、クリーン、アーティストブラシ（10-0ラクダの毛）を使用して、1素子の裏面にエポキシ - フェノール系接着剤の薄膜を適用し、すぐに接触する第二の要素の対向後ろに置くとホイルグリッド（ 図1A）を合わせます。 </li><li>完全にエポキシ樹脂を硬化させるために、60℃のオーブンでO / N - 50結合した要素を配置します。 注：グリッドの位置ずれが発生することがあり、過剰なエポキシが要素と圧力に浸透する可能性があるので貼り合わせの要素をクランプしないでください。二液型エポキシを混合した後にのみ、6週間の使用可能な冷蔵期を有する。ボンドとは、一度の要素の十分な供給を硬化させ、後で使用するために、清潔で埃のない環境に保管してください。 </li></ol></li><li>サイジングと配線二要素ひずみゲージ<ol><li> ＃11メスまたは単一エッジカミソリで3×3ミリメートルの最終的なサイズに結合した二重の要素をトリミング。遅延は、安全要素（ 図1A）を処理するための領域を有するために、この時点で二重の要素の最上部をトリミングする。 </li><li>各要素は、結合可能な3線から製作四導線を必要とし、テフロン（P / N 336-FTE）絶縁電線。 3つの構成のワイヤに三導体線の一つ30cmの編組ストランドを分解します。 </li><li> 4線式ケーブルを作成するために、3つの導体線の第二の長さ30cm内に含まれるような色の線で得られた単ワイヤの1をペアリング。次の手順では、これらのマッチングカラーワイヤは、最終的なひずみゲージ（ 図1B）のための共通配線を形成するために末端に結合されます。 </li><li>サーマルワイヤーストリッパーと各ワイヤの両端からテフロン絶縁体の約1ミリメートルを削除します。活性化されたロジンゾルを使用してワイヤがはんだ付け鉛筆で終わるフラックスおよび低温はんだ（融点183℃）、スズをダリング。 </li><li>次の段階のために、microsoldering先端が素子（ 図1C）のフィルム層への熱損傷を防止する複数の別個のはんだ接合を形成するために必要とされる。小さいmicrosolderingチップを製造するために、銅線は、標準こて先の長さを超えていることを確認して、一度標準はんだ付け先端の周りに銅線（〜0.25ミリメートルの直径）の小片をラップ。 </li><li>フラックスクリーン10-0ブラシと半田1つのリード線と半田パッド（ 図1D）のペア共通リードの一つと結合したデュアルエレメントの一方の側にちょうど半田パッド。残留フラックスは、樹脂を溶媒に浸しきれいなブラシで後で除去することができる。 </li><li>残りの共通のリード線は、元の共通リードと反対側のパッドにハンダ付けされていることを確認、反対側に処理を繰り返します。 </li></ol></li><li>テストND epoxyingデュアルエレメントひずみゲージ<ol><li>はんだゴールドソケットコネクタ（E363 / 0）リード線の自由端に。この時点で、二要素アセンブリの完全性をテストするために記録アンプ（後述）に歪みゲージを接続する。 </li><li>良質電圧抵抗計で抵抗を測定します。要素には、約350Ωの抵抗を登録します。新鮮なはんだと、この時点でResolder不十分な接続。 </li><li>はんだ接続やデュアルエレメントアセンブリは満足のいくものとみなされている場合、残りの素子膜を切り落とす。 </li><li>二液型のシリコーンゴム、エポキシ樹脂（P / N E211）の薄層要素半田パッド上にはんだ接合部を絶縁する。 30分適用前に（ 図1E） -最良の結果を得るために、部分的に20樹脂を硬化させる。 </li></ol></li><li>シリコーン中二要素ひずみゲージをカプセル化する<ol><li> 15ミリメートル2およびcに厚さ0.5mmのシリコンシート（P / N 20-20）の3枚をカット蒸留水でシリコーン傾く。カプセル化シリコン（ 図1F）を変形させることなく、最終的なデュアルエレメントアセンブリに対応するために、U字状にシリコンシートの一枚をカット。 </li><li>コー​​ト透明なシリコーン接着剤でノッチフリーのシリコーンシートの内面。 </li><li>その後ゆっくりと外側中心から、余分なシリコンを押すだけでなく、空気の泡、ノッチ内のデュアルエレメント·アセンブリーと整列外側のシートをサンドイッチ。慎重に均一な厚さと全く変形が発生しないことを確実にするために24時間のための金属棒材の二つのブロックの間に封入アセンブリをクランプする。 </li><li>過剰シリコーンは組み立ておよび硬化の境界に沿って残るようにします。シートシリコーンを（; 図1Gのx 8ミリメートル、一般的に6ミリメートル）所望の最終寸法にトリミングされている場合、この過剰は削除されます。 </li></ol></li><li>電線コネクタおよびキャリブレーションの完了<ol><li>はんだ接合部の強化個別の端子配線上の金のソケットコネクタの3ミリメートル（1/8インチ）収縮チューブ、プラスチック、電極台座（MS363、 図1H）以内に整列してつながる。実験（ 図1I）の間に断線を防止するために、チューブを収縮さ0.125と0.25インチ径の電極台座とワイヤを固定します。 </li><li>ひずみゲージの信号は高利得ブリッジアンプ（P / N AMP-01-SG）を介して処理されます。電極台座に合わせて - （SL / 6 363）嵌合プラグ付きケーブルを使用して、アンプにひずみゲージを接続します。ねじ付きキャップは、実験中に中断されない信号を維持するために追加のセキュリティを提供します。 </li><li>メーカーの指示に従って、専用のひずみゲージにアンプの橋、バランスとゲイン設定を調整します。ワイヤは、剛性クランプに水平に出る歪みゲージの先端を貼付し、もともとPascaudらによって説明されているように反対側の端に1グラム静荷重を配置することにより、キャリブレーション2、16、17。 </li></ol></li></ol>ひずみゲージの急性移植のための外科的処置2。 <ol><li>動物実験の準備： <ol><li>食べ物は外科的移植（水は自由に摂取してもよい）前夜実験動物を奪う。 </li><li>深く動物を麻酔。チオブタバルビタール（100から150ミリグラム/ kgを、ラット腹腔内）は、端末のために好ましい歪みゲージ注入と実験によるラット10の持続的な麻酔効果と胃の反射の最小限の変更（ すなわち 、非生存）。足のピンチ反射の不存在についての試験は、麻酔の深さを決定する。 </li><li> 、手術器具の滅菌切開部位を剃り、獣医眼軟膏を適用し、すべての外科の領域を消毒含むIACUCガイドラインを実験計画によって決定し、承認された無菌手術のためにラットを準備します。注：。ひずみゲージは長期使用のために適合されている場合は、滅菌唯一のエチレンオキシド（ガス）滅菌と歪みゲージ。熱や化学的な滅菌技術の使用は、歪みゲージを破損する恐れがあります。 </li></ol></li><li>ターミナル実験のための気管内挿管： <ol><li>長時間、端末のために、実験は気道を開いた状態に維持するために気管チューブをラットを挿管。胸骨切痕に下顎骨の下縁から首の腹側に2cmの正中切開 - 1を加えます。 </li><li>気管を露出するために正中線で鈍的切開を使用して、基本的なストラップの筋肉を分離してください。基本となる食道から気管を分離し、合字を形成するために、気管と食道の間に3-0 ethilon縫合糸のループを配置します。 </li><li>甲状腺のすぐ遠位気管の軟骨のリングの二つの間の膜に小さなincisonを行うことで、前方に気管を開きます。気管にポリエチレンチューブ（P / NのPE-270）、長さ5mmの（そして、一方の端部に面取り）の小片を挿入する結紮と所定の位置に固定します。 </li><li>所定の位置にバックストラップの筋肉を入れて3-0 ethilonで覆っている皮膚を縫合。 </li></ol></li><li>胃腸の表面にひずみゲージ計測機器： <ol><li>手術前に＃14のテーパ点3/8サークル針を用いて5 4-0のcmの長さ、以下、無菌の絹縫合 - 4ひずみゲージの四隅を通します。絹縫合糸は、高レベルの柔軟性を提供し、歪みゲージ素子を封シリコーンを損傷しにくい。 注：絹糸は、非生存手術用および上皮バリアを介した細菌の吸い上げが危険でない内部アプリケーションのために許容可能である。生存手術を必要とする用途では、プロレン縫合糸は、絹縫合糸の編組布の繊維に固有の感染のリスクを低減するために必要である。 </li><li>正中線に沿って腹部の皮膚を切開することによって開腹を行います。セクションに沿って腹直筋系出血を防ぐために、接続する白線（無血管）。そして、基本的な腹部の内臓を深く傷つける避けるために、壁側腹膜に非常に表面的な正中切開を行います。 </li><li>生理食塩水浸した綿先端アプリケーターを用いて胃を体外に出す。慎重に腹部切開の尾終わりに生理食塩水に浸したガーゼパッドの上に置くことによって、位置の胃に保管してください。 </li><li>円形の平滑筋線維と平行してカプセル化されたひずみゲージのグリッドを合わせます。以前にねじ切り縫合糸（ステップ2.3.1）を使用して、＃14テーパーポイント3/8サークル針を使用して胃体の腹漿膜面にゲージの角を添付してください。組織の損傷および潜在的な出血を最小限にするために、カッティングエッジの針を使用しない、胃の表面上の任意の表面的な血管を穿孔しない。 </li><li>眼底/コーパス境界付近の胃の大弯に沿ってゲージの縫合パターンを開始し、続行次の小弯に向けて眼底/コーパス境界に沿って。ひずみゲージの基礎となる漿膜はどちらも弛みや過度に最良の結果を得るために延伸してはならない。 </li><li>慎重に生理食塩水に浸した綿先端アプリケーターを使用して、その解剖学的位置に胃を返す。 </li><li>急性モデルでは、歪みゲージが腹部切開の閉鎖前に、正中切開の尾終わりにつながる体外に出す。動物または端子配線コネクタの操作中にストレインリリーフを提供するために、動物（ 例えば 、後足）にフリー電線を固定します。 3-0ナイロン縫合糸とは別に腹直筋や腹部の皮膚を閉じます。慢性モデルでは、ラットの背側に沿って皮下に導線を固定し、頭蓋骨18の上方にそれらを体外に出す。 </li><li>外科用器具の後、頭部を支え、上半身を昇格させる定位フレームに動物を配置します。後者の工程は、再を減らすのに役立ちます記録中spirationアーティファクト。直腸温度を監視し、フィードバック制御加熱パッドを使用して、37±1℃で維持する。 </li><li>チオブタバルビタール麻酔を利用し、端末の実験の最後に、動物を安楽死についてアメリカ獣医師会（AVMA）のガイドラインと一致した方法で安楽死させなければなりません。 </li></ol></li><li>胃運動の記録： <ol><li>任意の市販のDCブリッジアンプで歪みゲージ信号を増幅する。 </li><li>任意の市販のデータ収集システムのチャートレコーダ機能を使って、コンピュータ上のDC出力信号を記録する。 NOTE：アンプ出力のハードコピーは、ポリグラフチャートレコーダーを介して生成することができる。 </li></ol></li></ol>脳幹刺激後の胃収縮の3代表測定<ol><li>脳幹と第四脳室の暴露<ol><li>外科用器具、およびplacem後、首の付け根に向かって後頭骨から2cm正中皮膚切開 - 定位フレームにおけるチオブタバルビタール麻酔動物のENTは、1.5を作る。 </li><li>正中線に沿って、基礎となる首の筋肉の左右の筋腹に参加する結合組織を分離する（表在から深いの筋肉が挙する耳の長母頭蓋部分、挙筋耳用長母尾部及び広頸筋頭蓋部分である）。 </li><li>正中線が明確に定義されて露出されたら後頭骨から挙する耳の長母を切り離します。 </li><li>慎重に、基礎となる硬膜から広頸筋筋を切り離す鈍的切開を使用して頭蓋骨の尾領域を露出させる。 </li><li>慎重に後頭顆に左右対称に延びた大後頭孔に沿って硬膜を切り離すために、新しい25 G針を使用してください。 </li><li>第四脳室の上にある軟膜とクモ膜髄膜を除去し、脳幹を露出するために＃5デュモン鉗子を使用してください。 </li></ol></li><li>管理第四脳室の甲状腺刺激ホルモン放出ホルモンまた​​は静脈内ニトロプルシドナトリウム<ol><li>秤量し、50μMTRHの最終濃度に達するように滅菌生理食塩水で甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン（TRH）に溶解する。 </li><li> 150μMのSNPの最終濃度に達するように滅菌生理食塩水でニトロプルシドナトリウム（SNP）を計量し、溶解する。 </li><li> 10μlの注射器を使用して、胃の収縮の記録を容易にするために、脳幹第四脳室の背側表面に（最終投与量は100ピコモルに等しい）TRH2μlの管理。 </li><li>滅菌シリンジおよび27Gの針を用いて、胃の弛緩の記録を容易にするために、尾静脈を介してSNPの150モル/ kgを投与する。 </li></ol></li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests. The suppliers listed in this manuscript are provided for reference only.

ここに提示された手順は、各施設は、生物学的用途のために敏感な小型の歪みゲージを製造することができ、これらに限定されないが、小実験動物における胃腸の運動。これらのひずみゲージの商業生産が停止しているので、胃腸の機能を調査する研究室は、利用可能な実験的なアプリケーションの全範囲を許可することはできません、他の技術に限定されている。このレポートでは、以前?...

実験条件の数を横断vivoで胃腸（GI）運動性のレコードが栄養恒常性のために必要な基本的な正常および病態生理学的プロセスを理解するための強力なツールのまま実験的研究。伝統的に、多数の実験的な方法論、臨床診療1に見られるものと類似性を有するいくつかは、直接GI収縮率2-5、管腔内圧6,7、または非吸収性マーカー8のGI通過の変化、9を定量化するために使用されているまたは安定同位10-12。これらの技術のそれぞれは、文献において以前に対処されてきた固有の利点と欠点を有する。非吸収性マーカーの胃腸回復実験アニマを安楽死を必要としながら、例えば、圧力の変化を定量化するために、バルーン内圧測定の有用性は、バルーン材料の固有のコンプライアンスに起因して疑問視されている単一のデータポイントのlである。最近では、小型化された動脈圧カテーテルの適用および検証は、ラットおよびマウス3に胃の収縮性を監視するための非外科的方法を提供することが報告されている。 orogastrically配置された圧力変換器を効果的に侵襲性外科手術手順を回避することによって胃腸機能上の交絡変数を排除するが、このようなアプローチは、麻酔製剤にのみ適している。さらに、視線誘導の欠如は胃の特定の領域内のトランスデューサの一貫性のある配置を許可していません。このように、このアプリケーションは、視覚化以来、胃または結腸に限定されている比較的硬いトランスデューサ線に結合された、十二指腸または回腸内でオプションではない。 同様に、生体磁気交流biosusceptometry（ACB）技術は、GI収縮解析の4のために検証されています。 ACB技術は、非侵襲的にpを提供しますが胃腸の収縮を測定するためのローチ、ACBは、メディアが胃腸管の特定の領域の正確な記録を許可しない、摂取磁気検出の使用という点でも同様の制限に苦しんでいる。この制限は、磁気マーカの外科的移植を介して克服することができる。それにもかかわらず、ACB技術は、動物がデータ収集のために麻酔をすることを必要とする。 Ultrasonomicrometryは、小さなサイズ、空間、及び圧電結晶送信機/受信機の時間的利点を利用するために13,14を研究するいくつかのGIで採用されている。胃平滑筋収縮の波が高周波イベントではなく、約3分の速度で起こる - 、5サイクル/分。したがって、ソノマイクロメトリの時間的な利点は、コストを正当化する必要はないかもしれません。直線運動を正確にソノマイクロメトリーで測定しながらさらに、制限は正確な胃腸データに関する提示されている結晶14の数が不足して注入することに起因する解釈。 低音や同僚2,15のオリジナルデザインに基づいて、この可視化されたプロトコルは、より完全に、ステップバイステップの製造およびミニチュアの実験的なアプリケーション、全体のGIに沿って平滑筋の収縮を記録するための高感度と柔軟性を持っている二要素ひずみゲージを文書化道。完成したひずみゲージの感度およびサイズ​​は要素をカプセル化シリコーンシートの際に最も依存しているので、歪みゲージ要素の寸法は、任意のげっ歯類の適用に適している。これらのひずみゲージは、容易にそれによって平滑筋収縮を定量化するための単一の技術を提供すること、麻酔し、自由に行動する実験動物モデルにおける急性および慢性の適用のために適合されている。

<table><tbody><tr><td>Strain gage element</td><td>Micro-Measurements (Vishay Product Group)</td><td>EA-06-031-350</td><td>&amp;nbsp;Linear pattern, foil, stress analysis strain gage (2 required)&lt;br/&gt; &lt;a href=&quot;http://www.vishaypg.com/micro-measurements/&quot;&gt;www.vishaypg.com/micro-measurements/&lt;/a&gt;&lt;br/&gt; or&lt;br/&gt; &lt;a href=&quot;http://www.vishaypg.com/docs/11070/031ce.pdf&quot;&gt;http://www.vishaypg.com/docs/11070/031ce.pdf&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Epoxy-phenolic adhesive</td><td>M-bond 610</td><td>General purpose adhesive for bonding strain gage elements</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf&quot;&gt;http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>3 conductor insulated wire</td><td>336-FTE</td><td>Fine gage, flexible general purpose wire</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf&quot;&gt;http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Flux and rosin solvent kit</td><td>FAR-2 M-Flux AR kit</td><td>Liquid solder flux</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf&quot;&gt;http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Solder</td><td>361A-20R-25</td><td>Optimized and recommended for strain gage applications</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf&quot;&gt;http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Gold socket connector</td><td>PlasticsOne</td><td>E363/0</td><td>Socket contact for electrode pedestal&lt;br/&gt; &lt;a href=&quot;http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=407&quot;&gt;http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=407&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Electrode pedestal</td><td>MS363</td><td>Secure platform for wire contacts</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=499&quot;&gt;http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=499&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>6-wire cable</td><td>363 PLUG W/VINYL SL/6</td><td>Pre-fabricated vinyl-coated cable (in customized lengths) with plug adaptor to match electrode pedestal and tinned solder lugs on terminal end</td><td></td></tr><tr><td>Silicone rubber casting compound</td><td>EIS electrical products</td><td>Elan Tron E211</td><td>Potting medium for gage/wire solder joints&lt;br/&gt; &lt;a href=&quot;http://www.eis-inc.com/&quot;&gt;http://www.eis-inc.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>HOTweezers</td><td>Meisei Corporation</td><td>Model 4B</td><td>Wire insulation strippers&lt;br/&gt; &lt;a href=&quot;http://www.impexron.us/&quot;&gt;http://www.impexron.us&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Soldering station</td><td>Weller (Apex Tool Group)</td><td>WES 51</td><td>High quality soldering equipment&lt;br/&gt; &lt;a href=&quot;http://www.apexhandtools.com/weller/index.cfm&quot;&gt;http://www.apexhandtools.com/weller/index.cfm&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Available through http://www.eis-inc.com or http://www.amazon.com</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Silicone sheet</td><td>Trelleborg Sealing Solutions Northborough-Life Sciences</td><td>Pharmelast 20-20</td><td>Encapsulating strain gage elements&lt;br/&gt; 10 B Forbes Road Northborough, MA 01532 (800) 634-2000</td></tr><tr><td>Amplifier</td><td>Experimetria Ltd</td><td>AMP-01-SG</td><td>&lt;br/&gt; &lt;a href=&quot;http://experimetria.com/Biological_amplifiers.php&quot;&gt;http://experimetria.com/Biological_amplifiers.php&lt;/a&gt;</td></tr></tbody></table>

fabrication and implantation of miniature dual-element strain gages for measuring in vivo gastrointestinal contractions in rodents.

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an area of productive research with over 1,400 published animal studies in just the last 5 years. Numerous techniques have been developed for quantifying smooth muscle activity of the stomach, small intestine, and colon. In vitro and ex vivo techniques offer powerful tools for mechanistic studies of GI function, but outside the context of the integrated systems inherent to an intact organism. Typically, measuring in vivo smooth muscle contractions of the stomach has involved an anesthetized preparation coupled with the introduction of a surgically placed pressure sensor, a static pressure load such as a mildly inflated balloon or by distending the stomach with fluid under barostatically-controlled feedback. Yet many of these approaches present unique disadvantages regarding both the interpretation of results as well as applicability for in vivo use in conscious experimental animal models. The use of dual element strain gages that have been affixed to the serosal surface of the GI tract has offered numerous experimental advantages, which may continue to outweigh the disadvantages. Since these gages are not commercially available, this video presentation provides a detailed, step-by-step guide to the fabrication of the current design of these gages. The strain gage described in this protocol is a design for recording gastric motility in rats. This design has been modified for recording smooth muscle activity along the entire GI tract and requires only subtle variation in the overall fabrication. Representative data from the entire GI tract are included as well as discussion of analysis methods, data interpretation and presentation.

チオブタバルビタール、麻酔をかけたラットからの代表的データを図2に示す。上のトレースは、甲状腺刺激ホルモン放出ホルモンの脳幹内投与（TRH、100ピコモル）、既知の運動性増強ペプチド3、19時にラットから胃体収縮を表しています。これは、前の相性胃平滑筋活性の増加をベースライン収縮を示している。注：胃の収縮におけるこれらのピークの分析はオームズ?...

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Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

The in vivo measurement of smooth muscle contractions along the gastrointestinal tract of laboratory animals remains a powerful, though underutilized, technique. Flexible, dual element strain gages are not commercially available and require fabrication. This protocol describes the construction of reliable, inexpensive strain gages for acute or chronic implantation in rodents.

測定するための小型のデュアルエレメントひずみゲージの作製と移植<em&gt;インビボ</em&gt;げっ歯類における消化管収縮。

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an ...

fabrication-implantation-miniature-dual-element-strain-gages-for

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

10.3K ビュー.  Penn State University College of Medicine. The in vivo measurement of smooth muscle contractions along the gastrointestinal tract of laboratory animals remains a powerful, though underutilized, technique. Flexible, dual element strain gages are not commercially available and require fabrication. This protocol describes the construction of reliable, inexpensive strain gages for acute or chronic implantation in rodents.

ビデオ: Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

An in vivo Rodent Model of Contraction-induced Injury and Non-invasive Monitoring of Recovery

Muscle strains are one of the most common complaints treated by physicians. A muscle injury is typically diagnosed from the patient history and physical exam alone, however the clinical presentation can vary greatly depending on the extent of injury, the patient's pain tolerance, etc. In patients with muscle injury or muscle disease, assessment of muscle damage is typically limited to clinical signs, such as tenderness, strength, range of motion, and more recently, imaging studies. Biological markers, such as serum creatine kinase levels, are typically elevated with muscle injury, but their levels do not always correlate with the loss of force production. This is even true of histological findings from animals, which provide a "direct measure" of damage, but do not account for all the loss of function. Some have argued that the most comprehensive measure of the overall health of the muscle in contractile force. Because muscle injury is a random event that occurs under a variety of biomechanical conditions, it is difficult to study. Here, we describe an in vivo animal model to measure torque and to produce a reliable muscle injury. We also describe our model for measurement of force from an isolated muscle in situ. Furthermore, we describe our small animal MRI procedure.

An in vivo Rodent Model of Contraction-induced Injury and Non-invasive Monitoring of Recovery

An in vivo animal model of injury is described. The method takes advantage of the subcutaneous position of the fibular nerve. Velocity, timing of muscle activation, and arc of motion are all pre-determined and synchronized using commercial software. Post injury changes are monitored in vivo using MR imaging/spectroscopy.

アン in vivoで</em収縮で誘起された損傷と回復の非侵襲的モニタリングの>齧歯類モデル

Muscle strains are one of the most  common complaints treated by physicians. A muscle injury is typically diagnosed from the patient history and  physical ...

医学

Physiological Experimentation with the Crayfish Hindgut: A Student Laboratory Exercise

The purpose of the report is to describe dissection techniques for preparing the crayfish hindgut and to demonstrate how to make physiological recordings with a force transducer to monitor the strength of contraction. In addition, we demonstrate how to visually monitor peristaltic activity, which can be used as a bioassay for various peptides, biogenic amines and neurotransmitters. This preparation is amenable to student laboratories in physiology and for demonstrating pharmacological concepts to students. This preparation has been in use for over 100 years, and it still offers much as a model for investigating the generation and regulation of peristaltic rhythms and for describing the mechanisms underlying their modulation. The pharmacological assays and receptor sub-typing that were started over 50 years ago on the hindgut still contribute to research today. This robust preparation is well suited to training students in physiology and pharmacology.

In this report we demonstrate techniques that can be used to investigate the biology of the crayfish hindgut. We show how to dissect a crayfish abdomen and study the associated anatomy, physiology and modulation of activity. The peristaltic activity and strength of contractions are measured using a force transducer.

ザリガニ後腸との生理学的実験：学生実験室実習

The purpose of the report is to describe dissection techniques for preparing the crayfish hindgut and to demonstrate how to make physiological recordings ...

神経科学

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

A complex integration of molecular and electrical signals is needed to transform a quiescent uterus into a contractile organ at the end of pregnancy. Despite the discovery of key regulators of uterine contractility, this process is still not fully understood. Transgenic mice provide an ideal model in which to study parturition. Previously, the only method to study uterine contractility in the mouse was ex vivo isometric tension recordings, which are suboptimal for several reasons. The uterus must be removed from its physiological environment, a limited time course of investigation is possible, and the mice must be sacrificed. The recent development of radiometric telemetry has allowed for longitudinal, real-time measurements of in vivo intrauterine pressure in mice. Here, the implantation of an intrauterine telemeter to measure pressure changes in the mouse uterus from mid-pregnancy until delivery is described. By comparing differences in pressures between wild type and transgenic mice, the physiological impact of a gene of interest can be elucidated. This technique should expedite the development of therapeutics used to treat myometrial disorders during pregnancy, including preterm labor.

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

This manuscript provides a protocol for implanting telemeters in the mouse for the purpose of measuring intrauterine pressures during pregnancy.

マウス収縮圧力を測定するために子宮内テレメトリ<em&gt;インビボ</em

A complex integration of molecular and electrical signals is needed to transform a quiescent uterus into a contractile organ at the end of pregnancy. ...

Wireless Intramuscular EMG System for Locomotion Studies in Stroke Model Rats

A Real-Time Wearable Electromyography Measurement System for Small Animals

The intramuscular electromyography (EMG) measurement method for experimental animals has been implemented in various ways. Among these methods, tethering cables to external measurement devices can restrict the movement of experimental animals, while implantable devices may cause unwanted side effects due to the constant presence of a device with considerable size and weight. To address these issues, we propose a low-cost, wireless, detachable EMG measurement system and experimental procedure. This article focuses on the surgical installation of intramuscular wire electrodes with small connectors and the development of the wireless system. Notably, in this system, only the wire electrodes are inserted into the animal's body. Using this system, EMG measurements can be easily performed by attaching the circuit system to a connector installed on the animal's back, with real-time monitoring achievable on a laptop. The proposed method is explained in a detailed, step-by-step manner, followed by a demonstration involving the insertion of intramuscular electrodes into the hindlimbs of a rat. A treadmill experiment is conducted for a locomotion study, and the resulting electrophysiological signals are subsequently obtained and analyzed.

A protocol is presented for the installation and preparation of intramuscular electrodes, along with an animal-mountable, miniaturized measurement device for electromyography (EMG) analysis in locomotion studies. This system enables the wireless transmission of real-time EMG data for investigating locomotion recovery in stroke model rats.

The intramuscular electromyography (EMG) measurement method for experimental animals has been implemented in various ways. Among these methods, tethering ...

工学

Gastrointestinal Motility Monitor (GIMM)

The Gastrointestinal Motility Monitor (GIMM; Catamount Research and Development; St. Albans, VT) is an in vitro system that monitors propulsive motility in isolated segments of guinea pig distal colon. The complete system consists of a computer, video camera, illuminated organ bath, peristaltic and heated water bath circulating pumps, and custom GIMM software to record and analyze data. Compared with traditional methods of monitoring colonic peristalsis, the GIMM system allows for continuous, quantitative evaluation of motility. The guinea pig distal colon is bathed in warmed, oxygenated Krebs solution, and fecal pellets inserted in the oral end are propelled along the segment of colon at a rate of about 2 mm/sec. Movies of the fecal pellet proceeding along the segment are captured, and the GIMM software can be used track the progress of the fecal pellet. Rates of propulsive motility can be obtained for the entire segment or for any particular region of interest. In addition to analysis of bolus-induced motility patterns, spatiotemporal maps can be constructed from captured video segments to assess spontaneous motor activity patterns. Applications of this system include pharmacological evaluation of the effects of receptor agonists and antagonists on propulsive motility, as well as assessment of changes that result from pathophysiological conditions, such as inflammation or stress. The guinea pig distal colon propulsive motility assay, using the GIMM system, is straightforward and simple to learn, and it provides a reliable and reproducible method of assessing propulsive motility.

Gastrointestinal Motility Monitor GIMM

Evaluation of colonic motility in the guinea pig distal colon with the Gastrointestinal Motility Monitor (GIMM) is a straightforward and simple to learn approach to quantitatively evaluate propulsive motility in the gastrointestinal tract.

消化管運動のモニター（GIMM）

The Gastrointestinal Motility Monitor (GIMM; Catamount Research and Development; St. Albans, VT) is an in vitro system that monitors propulsive motility ...

生物学

Using a Microfluidics Device for Mechanical Stimulation and High Resolution Imaging of C. elegans

One central goal of mechanobiology is to understand the reciprocal effect of mechanical stress on proteins and cells. Despite its importance, the influence of mechanical stress on cellular function is still poorly understood. In part, this knowledge gap exists because few tools enable simultaneous deformation of tissue and cells, imaging of cellular activity in live animals, and efficient restriction of motility in otherwise highly mobile model organisms, such as the nematode Caenorhabditis elegans. The small size of C. elegans makes them an excellent match to microfluidics-based research devices, and solutions for immobilization have been presented using microfluidic devices. Although these devices allow for high-resolution imaging, the animal is fully encased in polydimethylsiloxane (PDMS) and glass, limiting physical access for delivery of mechanical force or electrophysiological recordings. Recently, we created a device that integrates pneumatic actuators with a trapping design that is compatible with high-resolution fluorescence microscopy. The actuation channel is separated from the worm-trapping channel by a thin PDMS diaphragm. This diaphragm is deflected into the side of a worm by applying pressure from an external source. The device can target individual mechanosensitive neurons. The activation of these neurons is imaged at high-resolution with genetically-encoded calcium indicators. This article presents the general method using C. elegans strains expressing calcium-sensitive activity indicator (GCaMP6s) in their touch receptor neurons (TRNs). The method, however, is not limited to TRNs nor to calcium sensors as a probe, but can be expanded to other mechanically-sensitive cells or sensors.

Using a Microfluidics Device for Mechanical Stimulation and High Resolution Imaging of C. elegans

New tools for mechanobiology research are needed to understand how mechanical stress activates biochemical pathways and elicits biological responses. Here, we showcase a new method for selective mechanical stimulation of immobilized animals with a microfluidic trap allowing high-resolution imaging of cellular responses.

マイクロ流体デバイスを用いた機械的刺激と線虫の高解像度イメージング

One central goal of mechanobiology is to understand the reciprocal effect of mechanical stress on proteins and cells. Despite its importance, the ...

Studying Murine Small Bowel Mechanosensing of Luminal Particulates

Gastrointestinal (GI) motility is critical for normal digestion and absorption. In the small bowel, which absorbs nutrients, motility optimizes digestion and absorption. For this reason, some of the motility patterns in the small bowel include segmentation for mixing of luminal contents and peristalsis for their propulsion. Physical properties of luminal contents modulate the patterns of small bowel motility. The mechanical stimulation of GI mechanosensory circuits by transiting luminal contents and underlying gut motility initiate and modulate complex GI motor patterns. Yet, the mechanosensory mechanisms that drive this process remain poorly understood. This is primarily due to a lack of tools to dissect how the small bowel handles materials of different physical properties. To study how the small bowel handles particulates of varying sizes, we have modified an established in vivo method to determine small bowel transit. We gavage live mice with fluorescent liquid or tiny fluorescent beads. After 30 minutes, we dissect out the bowels to image the distribution of fluorescent contents across the entirety of the GI tract. In addition to high-resolution measurements of the geometric center, we use variable size binning and spectral analysis to determine how different materials affect small bowel transit. We have explored how a recently discovered "gut touch" mechanism affects small bowel motility using this approach.

To study how the small bowel handles particulates of varying sizes, we have modified an established in vivo method to determine small bowel transit.

管腔微粒子のマウス小腸メカノセンシングの研究

Gastrointestinal (GI) motility is critical for normal digestion and absorption. In the small bowel, which absorbs nutrients, motility optimizes digestion ...

<meta charset="utf8"></head><body>マウスの経頭蓋カルシウムイメージングによる脳腸間相互作用の研究

Real-time Analysis of Gut-brain Neural Communication: Cortex wide Calcium Dynamics in Response to Intestinal Glucose Stimulation

Communication between the gastrointestinal tract and the brain after nutrient absorption plays an essential role in food preference, metabolism, and feeding behaviors. Particularly concerning specific nutrients, many studies have elucidated that the assimilation of glucose within gut epithelial cells instigates the activation of many signaling molecules. Hormones such as glucagon-like peptide-1 are renowned as quintessential signaling mediators. Since hormones predominantly influence the brain through circulatory pathways, they slowly modulate brain activity.
However, recent studies have shown two expeditious gut-brain pathways facilitated by the autonomic nervous system. One operates via the spinal afferent neural pathway, while the vagus nerve mediates the other. Consequently, brain responses following glucose assimilation in the gastrointestinal tract are complicated. Moreover, as intestinal stimulation finally induces diverse cortical activities, including sensory, nociceptive, reward, and motor responses, it is necessary to employ methodologies that facilitate the visualization of localized brain circuits and pan-cortical activities to comprehend gut-brain neural transmission fully. Some studies have indicated precipitous alterations in calcium ion (Ca2+) concentrations within the hypothalamus and ventral tegmental area independently through different pathways after intestinal stimulation. However, whether there are changes in cerebral cortex activity has not been known.
To observe cerebral cortex activity after intragastric glucose injection, we developed an imaging technique for real-time visualization of cortex wide Ca2+ dynamics through a fully intact skull, using transgenic mice expressing genetically encoded Ca2+ indicators. This study presents a comprehensive protocol for a technique designed to monitor intestinal stimulation-induced transcranial cortex wide Ca2+ imaging following intragastric glucose injection via an implanted catheter. The preliminary data suggest that administering glucose solution into the gut activates the frontal cortex, which remains unresponsive to water administration.

<meta charset="utf8"></head><body>腸-脳神経コミュニケーションのリアルタイム解析:腸管グルコース刺激に応答した皮質ワイドカルシウムダイナミクス

Gut-brain communication, facilitated by the vagus nerve, is crucial for communication between the gastrointestinal endocrine system and the brain. However, whether intragastric glucose injection can change cortical activity is still not understood. Here, we offer a comprehensive protocol to observe changes in cortical activity after glucose injection into the duodenum.

腸-脳神経コミュニケーションのリアルタイム解析:腸管グルコース刺激に応答した皮質ワイドカルシウムダイナミクス

Communication between the gastrointestinal tract and the brain after nutrient absorption plays an essential role in food preference, metabolism, and ...

測定するための小型のデュアルエレメントひずみゲージの作製と移植

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アン in vivoで齧歯類モデル

ザリガニ後腸との生理学的実験：学生実験室実習

マウス収縮圧力を測定するために子宮内テレメトリ

A Real-Time Wearable Electromyography Measurement System for Small Animals

消化管運動のモニター（GIMM）

マイクロ流体デバイスを用いた機械的刺激と線虫の高解像度イメージング

管腔微粒子のマウス小腸メカノセンシングの研究

腸-脳神経コミュニケーションのリアルタイム解析:腸管グルコース刺激に応答した皮質ワイドカルシウムダイナミクス

腸-脳神経コミュニケーションのリアルタイム解析:腸管グルコース刺激に応答した皮質ワイドカルシウムダイナミクス

腸-脳神経コミュニケーションのリアルタイム解析:腸管グルコース刺激に応答した皮質ワイドカルシウムダイナミクス