Name: application of chronic stimulation to study contractile activity-induced rat skeletal muscle phenotypic adaptations
Uploaded: 2018-01-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 50 s
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우리는 리암 Tyron 원고의 전문가 그의 독서에 대 한 감사입니다. 이 작품은 D. A. 후드를 자연과학 및 캐나다 엔지니어링 연구 위원회 (NSERC)에서 자금에 의해 지원 되었다. D. A. 후드 캐나다 연구의 자 세포 생리학에서의 소유자 이기도합니다.

모든 동물 관련 절차 검토 및 뉴욕 대학 동물 관리 위원회에 의해 승인 했다. 뉴욕 대학에서 동물 시설에 도착, 모든 쥐 제공 음식 광고 libitum와 수술 전에 그들의 환경에 순응을 최소 5 일을 주어졌다. 이 프로토콜은 이전을 적용 된 다른 종15,,1722현재 종이 Pette과 동료23 의 선구적인 작품에 및 쥐 모델에 특히 초점을 맞추고.
1입니다. 만성 수축 성 활동 단위의 준비
<ol><li>전압계를 사용 하 여 동전 리튬 배터리의 잠재력을 확인 하십시오. 참고: 각 배터리의 잠재력 3.0 ± 0.10 V 이어야 한다.</li>
	<li>총 잠재력은 6-9 V 장치의 슬롯에 2 개 또는 3 개의 배터리를 삽입 합니다. 참고:이 (6 또는 9 V)을 유지 하기 위해 얼마나 많은 가능성을 고려 하는 연구자의 재량까지 전체 실험 절차 동안. 연구 설계 및 자극의 원하는 강도 따라 2 또는 3 배터리를 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>장치는 제대로 작동 하는지 펄스 표시기를 통해 휴대용 적외선 스트로브 빛 방출 1 펄스를 노출 하 여 확인 합니다.</li>
</ol>2. 만성 수축 성 활동의 수술
참고: 수술 전에 모든 수술 도구를 소독. 중과 수술 직후, 쥐의 체온 생리대에 의해 유지 됩니다. 외과 용 드 레이프에서 수술 절차를 수행 하는 것이 바람직합니다. 외과 의사는 깨끗 한 실험실 코트로 서 불 임 수술 장갑을 착용 해야 한다. 필요한 경우, 일회용 인공 호흡기 마스크를 착용 하는 것이 좋습니다.
<ol><li>Anesthetize 쥐 1-3% 미만 isoflurane 흡입 산소, 가스 기화 기 시스템에 의해 운영 되는. 동물 hindlimb 발가락 핀치를 선택 하 여 및 호흡의 깊이 속도 관찰 하 여 진정 완벽 하 게는 확인 합니다. 건조를 피하기 위해 눈에 눈 윤 활 유를 적용 합니다. 2 mg/kg에서 Meloxicam (0.5 mg/mL)의 피하 주사를 적용 합니다. 참고: 그것은 또한 동안에 그리고 수술 후 통증을 최소화 하기 위해 (예: Meloxicam 플러스 lidocaine) 진통의 멀티 모달 응용 프로그램을 권장.</li>
	<li>부드럽게 면도 목의 뒤쪽에서 몸통 주위 스트립으로 왼쪽된 hindlimb 약 뒤에 앞 발을 앞쪽 흉부에 걸쳐. 부드럽게 요오드와 에틸 알코올 소독 면도 영역을 닦으십시오.</li>
	<li>동물의 뱃속에 누워, 면도 지역 (양 어깨 사이 만져 서 지역)의 중심에서 목의 뒤에 작은 절 개 (~0.5 cm) 게 메스 (No. 10 블레이드)를 사용 하 여.</li>
	<li>일반적인 비 골 신경을 찾습니다.<ol>
<li>동물의 오른쪽 면에 롤 하 고 ~ 2-3 cm-긴 왼쪽된 hindlimb의 피부에 잘라. 무릎 관절의 보조 개는 꼬리의 가까이 다시 사이 landmarked는 위쪽 허벅지 근육 그룹 주변 절 개 지역 대상. 참고: 수 시체의 위치를 변경할 때 첫 번째 절 개 영역을 오염 하지 않도록 주의 하십시오.</li>
		<li>무뚝뚝한 끝을 사용 하 여 곡선 수술가 위, 피하 영역을 널리 해 부 ~3.5-4 cm, 열린된 피부와 기본 근육 사이 주머니를 만들기 위해 기본 근육에서 피부를 분리. 피부 절 개 (~1.5 c m2)의 전체 둘레 기본 조직에서 엽니다.</li>
		<li>수술가 위,가 위 팁은 근육을 통해 직접 다운 절단 보장 femoris 팔 뚝 근육에 작은 절 개 (미만 0.5 c m)를 확인 합니다.</li>
		<li>내부 근육 그룹 및 일반적인 비 골 신경 표시 될 때까지 부드럽게 잘라 영역을 열고 (외부 근육 조직 (즉, 팔 뚝 femoris)의 깊이 ~0.5 cm 주변). 집게를 사용 하 여, 부드럽게 터치/핀치 보이는 신경 그리고 일반적인 비 골 신경 분리 되는지 확인 하는 대상 근육 그룹 (예를 들어, TA 근육) 및 발가락 (보이는 dorsiflexion)의 응답을 관찰. 참고:이 단계는 절단 또는 신경 손상 방지 하려면 극단주의 함께 행해져야 한다.</li>
		<li>윈도우의 크기는 ~1.5 cm2 윈도우의 중앙에 누워 비 골 신경 금속 견인 기도 당겨 창 수정. 스트랩 또는 테이블 표면 (또는 수술 보드)에 고정은 고무 줄에 연결 된 작은 금속 후크를 사용 하 여 (그림 2A).</li>
	</ol></li>
	<li>신경의 양쪽에 와이어를 연결 합니다.<ol>
<li>소계 (PTFE)의 50-60 cm를 준비-고급 스테인레스 스틸 와이어 코팅 하 고 반으로 접어. 참고: 수술 전에 자외선 아래 PTFA 코팅 와이어를 노출 하는 데 도움이 수 있습니다.</li>
		<li>30 cm 긴 스테인리스 막대의 슬릿을 와이어의 접힌된 부분을 후크. L 자형 패턴 다리 및 뒤의 중앙에 따라 로드, 와이어, 피하의 작은 절 개 영역, 목 뒤쪽을 향해 hindlimb 오픈 포켓에서에서 함께 전달 합니다.</li>
		<li>hindlimb에 철사의 2 개의 끝을 찾아. 이후 모든 전선은 PTFE 절연 전선을 스트립. ~1.5 cm에 의해 철사의 끝을 스트립 신중 하 게 메스를 사용 하 여. 와이어 마모 될 경우 그들을 잘라 고 다시 스트립. 랩 무딘된 21 G 바늘 주위 벗겨진된 철사 끝 (5 회), 코일을 만들기. 일단 코일은 제대로, 그들 로부터 바늘을 놓습니다.</li>
		<li>6-0 수술 실크는 크기를 사용 하 여, 일반적인 비 골 신경 (그림 2A)의 양쪽에 코일의 각 보안.<ol>
<li>코일의 끝에 매듭을 만들고 신경의 왼쪽에 봉합. 코일은 신경에서 1.5-2.5 m m 인지 확인 합니다.</li>
			<li>확보 하기 위해 코일, 코일을 따라 2 개 또는 3 개의 추가 봉합을 적용 합니다.</li>
			<li>신경의 오른쪽 측면에서이 단계를 반복 합니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>항 생 (암 피 실린 염 분에; 132 mg/mL), 2-3 방울을 적용 하 고 신중 하 게 봉합 크기 5-0 실크를 사용 하 여 창 (즉, 팔 뚝 femoris 근육 조직).</li>
	</ol></li>
	<li>느슨하게 (검지 손가락의 지름)에 대해 와이어 및 팔 뚝 femoris 근육 (엉덩이) 위 약의 sutured 절 개 위에 피하 포켓에 밀어의 나머지 여유 바람.</li>
	<li>다시 항생제 솔루션 (암 피 실린 염 분에; 132 mg/mL) 2-3 방울을 적용 합니다. 스테이플링 열린된 피부를 닫습니다.</li>
	<li>CCA 자극을 (목의 절 개 면 나오는) 와이어를 연결 합니다.<ol>
<li>와이어 핀 소켓에 연결 합니다.<ol>
<li>2 와이어 끝 (비 골 신경의 양쪽을 봉합 하는 코일에 이러한 리드)를 만드는 목의 상단에 절 개를 나오는 와이어 루프를 잘라.</li>
			<li>있는 경우 메스, ~0.5 cm. 컷 닳은 전선에서 전선의 끝에서 스트립을 사용 합니다.</li>
			<li>천천히 핀 소켓의 구멍에 철사의 벗겨진된 부분을 밀어 하 고 핀 소켓에 철사를 납땜 납땜을 사용 하 여.</li>
		</ol>
</li>
		<li>필요한 경우 전선의 연결을 확인 합니다.<ol>
<li>악어 클립을 통해 큰 벤치탑 자극 단위에 핀을 연결 합니다.</li>
			<li>단일 펄스를 9 V (0.1 ms, 10 Hz) TA 근육 계약 및 왼쪽 발 dorsiflexes 확인을 제공 합니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>핀 연결 와이어 끝 ~ 4 c m x 4cm 멸 균 거 즈 패드를 통해 전달 합니다.</li>
		<li>CCA 자극 단위에 핀을 연결 합니다.<ol>
<li>자극 기 상자 밑면에 있는 구멍에 전선을 통과. 참고:이 상자는 CCA 자극 단위에 대 한 집에서 만든 챔버 이며 3.5 c m × 3.5 c m × 2.5 c m13.</li>
			<li>CCA 단위에 연결 소켓에 핀을 삽입 합니다. 실로 CCA 단위를 넣어 부드럽게. 끈적끈적한 압정을 사용 하 여 챔버의 하단에 CCA 단위 보안.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Using 운동 테이프 또는 다공성 외과 테이프, 면도 몸통 주위 테이프로 챔버를 수정 합니다. 녹화의 세 가지 레이어와 챔버의 상단 닫고 테이프 상자 (그림 2B)를 확보 하기 위해 자극 상자의 측의 주위에 포장 하 여 완료 합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>CCA 적외선 빛의 단일 펄스를 제공 하 여 작동 하는지 확인 (파장 스펙트럼 > 770 nm)는 휴대용 적외선 스트로브 빛으로 방출 된다. 참고: CCA 올바르게 작동 하는 경우 연구원은 됩니다 (즉, TA) hindlimb 근육 응답 적외선 빛으로 계약 하 고 있다 볼 수 있습니다.</li>
	<li>쥐를 관찰 하 고 그것은 완전히 의식이 회복 될 때까지 그것의 온도 모니터링. 그것은 다른 동물에서 어떤 해 든 지 방지 하기 위해 단일 탑승자에에서 하며 자극 단위 또는 동물에 손상의 위험을 완화 하는 연구의 나머지 부분에 대 한 장에 어떤 터널 또는 플라스틱 개체를 떠나 지 마. Amoxicillin 포함 물 병 (0.5 mg/mL)와 함께 제공 합니다.</li>
	<li>피하 1 mg/kg 복용량 Meloxicam의 모든 24 h 72 h에 대 한 적어도 계속 수술을 적용 합니다.</li>
</ol>3. 만성 수축 성 활동
<ol><li>수술 후, 절 개 및 봉합에 / 주변 지역 골격 근육의 전체 복구를 위해 적어도 5-7 일 수 있습니다. 참고: 동안 CCA 절차 후, 철저 하 게 확인 각 동물의 상태 (예: 식사, 음주, 또는 이동) 그들의 행동을 관찰 하 여. 또한, CCA 절차 전후 몸 무게의 변화를 확인 하 여 어떤 심한 스트레스 또는 부작용을 결정 합니다.</li>
	<li>CCA 자극의 날, CCA에 자극 장치 적외선의 단일 펄스를 제공 하 여 설정 (파장 범위 > 770 nm) 휴대용 적외선 스트로브 빛.</li>
	<li>10 Hz CCA 자극의 3 또는 6 h를 적용 합니다. 참고: 자극에 대 한 시간 프레임 연구원까지입니다. 이 실험에서 자극의 주파수 변경 되었습니다 결코 고 미토 콘 드리 아 적응에만 매우 겸손 기능 향상 자극 3에서 6 h/일, 우리의 경험을 확장 하 여 관찰 되었습니다. 만약에 가능 하다 면, 자극 및 동물 30-60 분 마다 확인 합니다.</li>
	<li>원하는 CCA 기간에 따라 적외선 빛 노출 (단위에 동일한 절차) 통해 CCA 장치를 해제 합니다.</li>
	<li>여러 날 경우, 3.2 단계를 반복 합니다. 3.4.</li>
	<li>조직 컬렉션의 타이밍을 결정 합니다. 예를 들어 CCA CCA 수술 동안 마 취에서 실시 되는 (즉, 6 h의 마지막 CCA 자극 후 18 h)의 마지막 시 합 개시 후 조직 24 h를 수집 합니다. 수집 후 즉시 모든 조직, 동물 마 취의 밑에 아직도 있는 동안 마음을 절 개 하 여 동물을 안락사.</li>
</ol>

<ol>
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C., Salmons, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+implantable+device+for+investigating+the+adaptive+response+of+skeletal+muscle+to+chronic+electrical+stimulation.">Programmable implantable device for investigating the adaptive response of skeletal muscle to chronic electrical stimulation.</a> Med Biol Eng Comput. 29 (5), 548-553 (1991).</li><li>Kern, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+stimulation+counteracts+muscle+decline+in+seniors.">Electrical stimulation counteracts muscle decline in seniors.</a> Front Aging Neurosci. 6, 189 (2014).</li><li>Zampieri, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+exercise+in+aging+human+skeletal+muscle+increases+mitochondrial+calcium+uniporter+expression+levels+and+affects+mitochondria+dynamics.">Physical exercise in aging human skeletal muscle increases mitochondrial calcium uniporter expression levels and affects mitochondria dynamics.</a> Physiol Rep. 4 (24), (2016).</li></ol>

저자는 공개 없다.

저주파 근육 자극에서 vivo에서,을 통해 운동, 만성 수축 성 활동 (CCA) 모델은13,,2425 운동 근육 phenotypic 적응 공부에 대 한 우수한 모델 , 26. 같이 이전 연구20,27, CCA는 효과적인 도구는 연구원의 훈련 볼륨과 주파수 (즉, 시간 및 일)를 제어할 수 ?...

골격 근육은 생체에 물리적 구조1변화를 통해 교육 운동에 적응할 수 있습니다. 지구력 훈련에 대 한 가져온 주요 변경 사항 중 하나는의 표현 뿐만 아니라 미토 콘 드리 아 구성 요소 (예: 시 토 크롬 c 산화 효소 [콕스] subunits)의 표현에 증가 하 여 평가할 수 있다 미토 콘 드리 아 속 transcriptional coactivator, PGC-1α2. 연구의 증가 미토 콘 드 리아 회전율과 mitophagy를 포함 하 여 수많은 다른 요인, 근육 적응에 대 한 중요 한 또한 나타내 었 다. 그러나,는 급성 또는 만성 운동 메커니즘은 이러한 규제 골격 근육에서 프로세스는 여전히 명확 하지 않다.
운동 유도 된 근육 적응 조절 경로 윤곽을 그리 다, 다양 한 운동 모델 일반적으로 설치류 연구, 디딜 방 아, 휠, 실행 하 고 수영 운동에에서 사용 되었습니다. 그러나, 이러한 프로토콜에는 4 ~ 12 주 phenotypic 변경3,,45관찰 하는 데 필요한 몇 가지 한계를가지고. 대체 실험 방법으로 낮은-주파수 자극 유발 만성 수축 성 활동 (CCA) 효과적으로 사용 되었습니다로 근육 적응 실질적으로 짧은 기간에 발생할 수 있습니다 (즉, 최대 7 일)의 효과를 표시 비교, 또는 다른 운동 프로토콜 보다 더 큰 일. 또한, 호르몬6,7, 온도 및 신경 효과8 의 존재 어려워질 수 있습니다 그것은 만성 운동 근육 특정 응답을 이해 하. 예를 들어 갑 상선 호르몬9,10 와 인슐린 같은 성장 인자 (IGF)-111 또한 골격에서 다른 신호 통로 조절 수 있습니다 훈련 유도 근육 적응을 중재 확인 되었습니다 근육입니다. 특히, CCA 유도 효과 최소한 골격 근육의 수축 성 활동에 직접 응답에 배치에 초점을 수 있도록 조직 요인에 의해 통제 된다.
CCA에 대 한 외부 단위 타일러와 라이트12에 의해 처음 도입 되었다 그리고 수정12와 함께 개발 되었습니다. 즉, 단위는 3 개의 주요 부분으로 구성: 켜고 적외선 빛, 펄스 발생기 및 펄스 표시기 (그림 1)에 노출에 의해 돌릴 수 있다 적외선 감지기. 자극 단위의 상세한 회로 설계 되었습니다13위에서 설명한. CCA의 상세 하 고 특정 기능에서 찾을 수 있습니다 큰 다양 한 검토에에서 깊이 기사14,15,,1617. 간단 하 게, 자극 프로토콜은 낮은 주파수에 일반적인 비 골 신경 활성화 하도록 설계 되었습니다 (즉, 10 Hz), 그리고 innervated 근육 (tibialis 앞쪽 [TA] 신 근 digitorum longus [EDL] 근육)에 대 한 계약을 강요 하는 미리 정해진 시간 (예를 들어, 3-6 h). 시간이 지나면서,이 모 세관 밀도18 에 미토 콘 드리 아 콘텐츠19,,2021증가 의해 입증 더 에어로빅 형 전술 근육 이동 합니다. 따라서,이 방법은 쥐의 골격 근 내 주요 지구력 훈련 적응의 일부를 모방 하는 검증 된 모델 이다.
이 종이 연구원은 그들의 운동 연구에서이 모델을 적용할 수 있도록 CCA 유도 전극 이식 수술의 자세한 절차를 제공 합니다. CCA 운동 훈련의 다음 모두 초기 및 나중 시간 포인트에서 다양 한 분자 및 신호 이벤트의 수사를 위한 효과적인 도구를 제공 하는 따라서 근육 적응의 시간 과정 공부에 대 한 우수한 모델입니다.

<table><tbody><tr><td>Sprague Dawley Rat</td><td>Charles River</td><td>Strain 400</td><td></td></tr><tr><td>Chronic contractile activity unit</td><td>Home-made</td><td>n/a</td><td></td></tr><tr><td>CCA unit protective box (3.5 x 3.5 x 2.5 cm)</td><td>Home-made</td><td>n/a</td><td>Box should be made of opaque material or covered in an opague tape</td></tr><tr><td>Coin lithium ion batteries (3V)</td><td>Panasonic</td><td>CR2016</td><td></td></tr><tr><td>Medwire</td><td>Leico Industries</td><td>316SS7/44T</td><td></td></tr><tr><td>Solder pin (socket)</td><td>Digi-Key</td><td>ED6218-ND</td><td></td></tr><tr><td>Zonas porous tape</td><td>Johnson &amp;amp; Johnson</td><td>5104</td><td></td></tr><tr><td>Suture silk (Size 5)</td><td>Ethicon</td><td>640G</td><td></td></tr><tr><td>Suture silk (Size 6)</td><td>Ethicon</td><td>706G</td><td></td></tr><tr><td>Curved blunt scissor (11.5 cm Length)</td><td>F.S.T.</td><td>14075-11</td><td></td></tr><tr><td>Curved blunt scissor (15 cm Length)</td><td>F.S.T.</td><td>14111-15</td><td></td></tr><tr><td>Delicate haemostatic forceps (16 cm Length)</td><td>Lawton</td><td>06-0230</td><td></td></tr><tr><td>Scalpel</td><td>Feather</td><td>3</td><td></td></tr><tr><td>Curved forceps</td><td>F.S.T.</td><td>11052-10</td><td></td></tr><tr><td>Stainless-steel rod (30 cm; 7mm diameter)</td><td>Home-made</td><td>n/a</td><td>Rod should have 5 mm slit in one end to hold the wire for tunneling under the skin</td></tr><tr><td>Clip applying forceps</td><td>KLS Martin</td><td>20-916-12</td><td></td></tr><tr><td>Staples (clips)</td><td>Bbraun</td><td>BN507R</td><td></td></tr><tr><td>Metal hooks/retractor</td><td>Home-made</td><td>n/a</td><td></td></tr><tr><td>Povidone-iodine (500 mL)</td><td>Rougier</td><td>#NPN00172944</td><td></td></tr><tr><td>Ampicillin sodium</td><td>Novopharm</td><td>#DIN00872644</td><td></td></tr><tr><td>Metacam</td><td>Boehringer</td><td>#DIN02240463</td><td></td></tr><tr><td>Digital multimeter (voltmeter)</td><td>Soar Corporation</td><td>ME-501</td><td></td></tr><tr><td>LED digital stroboscope</td><td>Lutron Electronic Enterprise</td><td>DT-2269</td><td></td></tr></tbody></table>

application of chronic stimulation to study contractile activity-induced rat skeletal muscle phenotypic adaptations

골격 근육은 매우 적응할 수 있는 조직 응답 만성 운동으로 크게 변경 되는 생화학 및 생리 적 속성. 다양 한 근육 적응에 대해가지고 있는 내부 메커니즘을 조사, 디딜 방 아, 휠 실행, 그리고 수영 운동 등 운동 프로토콜의 여러 동물 연구에서 사용 되었습니다. 그러나, 이러한 모델 운동 근육 각 색 한, 따라서 특정 근육 수축 유발 adaptations를 공부 하 고 응용 프로그램을 제한 하는 체액 또는 신경 요인에 의해 또한 통제 될 수 있는 달성 하기 위해 오랜 기간 필요. 간접 저주파 자극 (10 Hz) 만성 수축 성 활동 (CCA)를 유도 하기 위해 사용 되었습니다 대체 모델로 운동 훈련에 대 한 성공적으로 이끌어 낼 수 있다 근육 미토 콘 드 리아 적응 7 일 이내 조직 요인의 독립으로. 이 종이 광범위 한 응용 프로그램에서 미래 연구에 대 한 쥐의 골격 근에 CCA의 치료를 적용 하는 데 필요한 수술 기법을 자세히 설명 합니다.

우리는 만성 수축 성 활동 (CCA) 골격 근육 내 유리한 미토 콘 드리 아 적응을 유도 하는 효과적인 도구입니다 나타났습니다. CCA (하루 6 h)의 7 일 대상이 쥐 unstimulated contralateral (제어) hindlimb에 비해 자극된 근육에서 향상 된 미토 콘 드리 아 속을 표시 됩니다. 미토 콘 드리 아 속에 있는이 증가 다른 키 미토 콘 드리 아 단백질 콕스의 고도가 함께 미토 콘 드리 아 속의 마스?...

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Application of Chronic Stimulation to Study Contractile Activity-induced Rat Skeletal Muscle Phenotypic Adaptations

이 프로토콜 쥐 hindlimb에 골격 근육 자극 유도 적응을 관찰 하는 운동의 만성 수축 성 활동 모델의 사용을 설명 합니다.

수축 성 활동 유도 된 쥐 골격 근육 Phenotypic 적응 연구 만성 자극에의 응용

Skeletal muscle is a highly adaptable tissue, as its biochemical and physiological properties are greatly altered in response to chronic exercise. To ...

application-chronic-stimulation-to-study-contractile-activity-induced

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

6.7K 조회수.  York University. 이 프로토콜 쥐 hindlimb에 골격 근육 자극 유도 적응을 관찰 하는 운동의 만성 수축 성 활동 모델의 사용을 설명 합니다.

비디오: Application of Chronic Stimulation to Study Contractile Activity-induced Rat Skeletal Muscle Phenotypic Adaptations

Myo-mechanical Analysis of Isolated Skeletal Muscle

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for the treatment of muscle disease 1,2,3, quantitative methods are needed that measure force generation and fatigability in treated muscle. We describe a detailed approach to evaluating myo-mechanical properties in freshly explanted hindlimb muscle from the mouse. We describe the atraumatic harvest of mouse extensor digitorum longus muscle, mounting the muscle in a muscle strip myograph (Model 820MS; Danish Myo Technology), and the measurement of maximal twitch and tetanic tension, contraction time, and half-relaxation time, using a square pulse stimulator (Model S48; Grass Technologies). Using these measurements, we demonstrate the calculation of specific twitch and tetanic tension normalized to muscle cross-sectional area, the twitch-to-tetanic tension ratio, the force-frequency relationship curve and the low frequency fatigue curve 4. This analysis provides a method for quantitative comparison between therapeutic interventions in mouse models of muscle disease 1,2,3,5, as well as comparison of the effects of genetic modification on muscle function 6,7,8,9.

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for muscle disease, methods are needed to quantitate force generation and fatigability in treated muscle. We detail an approach to evaluating myo-mechanical properties in explanted mouse hindlimb muscle. This analysis provides a robust approach to quantitating the effects of genetic modification on muscle function, as well as comparison of therapies in mouse models of muscle disease.

절연 골격근의 묘 - 기계 분석

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for the treatment of muscle disease 1,2,3, quantitative methods are needed that measure force ...

연구

의학

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.

생체내에</em수축 유도 부상 및 복구의 비침습 모니터링> 쥐 모델

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

Utilization of Microscale Silicon Cantilevers to Assess Cellular Contractile Function In Vitro

The development of more predictive and biologically relevant in vitro assays is predicated on the advancement of versatile cell culture systems which facilitate the functional assessment of the seeded cells. To that end, microscale cantilever technology offers a platform with which to measure the contractile functionality of a range of cell types, including skeletal, cardiac, and smooth muscle cells, through assessment of contraction induced substrate bending. Application of multiplexed cantilever arrays provides the means to develop moderate to high-throughput protocols for assessing drug efficacy and toxicity, disease phenotype and progression, as well as neuromuscular and other cell-cell interactions. This manuscript provides the details for fabricating reliable cantilever arrays for this purpose, and the methods required to successfully culture cells on these surfaces. Further description is provided on the steps necessary to perform functional analysis of contractile cell types maintained on such arrays using a novel laser and photo-detector system. The representative data provided highlights the precision and reproducible nature of the analysis of contractile function possible using this system, as well as the wide range of studies to which such technology can be applied. Successful widespread adoption of this system could provide investigators with the means to perform rapid, low cost functional studies in vitro, leading to more accurate predictions of tissue performance, disease development and response to novel therapeutic treatment.

Utilization of Microscale Silicon Cantilevers to Assess Cellular Contractile Function In Vitro

This protocol describes the use of microscale silicon cantilevers as pliable culture surfaces for measuring the contractility of muscle cells in vitro. Cellular contraction causes cantilever bending, which can be measured, recorded, and converted into readouts of force, providing a non-invasive and scalable system for measuring contractile function in vitro.

마이크로 실리콘 캔틸레버의 이용은 세포 수축 기능을 평가하기 위해<em&gt; 체외</em

The development of more predictive and biologically relevant in vitro assays is predicated on the advancement of versatile cell culture systems which ...

생체공학

Applications of In Vivo Functional Testing of the Rat Tibialis Anterior for Evaluating Tissue Engineered Skeletal Muscle Repair

Despite the regenerative capacity of skeletal muscle, permanent functional and/or cosmetic deficits (e.g., volumetric muscle loss (VML) resulting from traumatic injury, disease and various congenital, genetic and acquired conditions are quite common. Tissue engineering and regenerative medicine technologies have enormous potential to provide a therapeutic solution. However, utilization of biologically relevant animal models in combination with longitudinal assessments of pertinent functional measures are critical to the development of improved regenerative therapeutics for treatment of VML-like injuries. In that regard, a commercial muscle lever system can be used to measure length, tension, force and velocity parameters in skeletal muscle. We used this system, in conjunction with a high power, bi-phase stimulator, to measure in vivo force production in response to activation of the anterior crural compartment of the rat hindlimb. We have previously used this equipment to assess the functional impact of VML injury on the tibialis anterior (TA) muscle, as well as the extent of functional recovery following treatment of the injured TA muscle with our tissue engineered muscle repair (TEMR) technology. For such studies, the left foot of an anaesthetized rat is securely anchored to a footplate linked to a servomotor, and the common peroneal nerve is stimulated by two percutaneous needle electrodes to elicit muscle contraction and dorsiflexion of the foot. The peroneal nerve stimulation-induced muscle contraction is measured over a range of stimulation frequencies (1-200 Hz), to ensure an eventual plateau in force production that allows for an accurate determination of peak tetanic force. In addition to evaluation of the extent of VML injury as well as the degree of functional recovery following treatment, this methodology can be easily applied to study diverse aspects of muscle physiology and pathophysiology. Such an approach should assist with the more rational development of improved therapeutics for muscle repair and regeneration.

Applications of In Vivo Functional Testing of the Rat Tibialis Anterior for Evaluating Tissue Engineered Skeletal Muscle Repair

We describe an in vivo protocol to measure dorsiflexion of the foot following stimulation of the peroneal nerve and contraction of the anterior crural compartment of the rat hindlimb. Such measurements are an indispensable translational tool for evaluating skeletal muscle pathology and tissue engineering approaches to muscle repair and regeneration.

의 응용 프로그램<em&gt; 생체</em&gt; 조직 평가를위한 쥐 앞정 전방의 기능 테스트는 골격근 수리 엔지니어링

Despite the regenerative capacity of skeletal muscle, permanent functional and/or cosmetic deficits (e.g., volumetric muscle loss (VML) resulting from ...

Real Time and Repeated Measurement of Skeletal Muscle Growth in Individual Live Zebrafish Subjected to Altered Electrical Activity

A number of methods can be used to visualize individual cells throughout the body of live embryonic, larval or juvenile zebrafish. We show that live fish with fluorescently-marked plasma membranes can be scanned in a confocal laser scanning microscope in order to determine the volume of muscle tissue and the number of muscle fibers present. Efficient approaches for the measurement of cell number and size in live animals over time are described and validated against more arduous segmentation methods. Methods are described that permit the control of muscle electrical, and thus contractile, activity. Loss of skeletal muscle contractile activity greatly reduced muscle growth. In larvae, a protocol is described that allows reintroduction of patterned electrical-evoked contractile activity. The described methods minimize the effect of inter-individual variability and will permit analysis of the effect of electrical, genetic, drug, or environmental stimuli on a variety of cellular and physiological growth parameters in the context of the living organism. Long-term follow-up of the measured effects of a defined early-life intervention on individuals can subsequently be performed.

Optical clarity is a major advantage for cell biological and physiological work in zebrafish. Robust methods for measurement of cell growth in individual animals are described that permit novel insights into how growth of skeletal muscle and neighboring tissues are integrated with whole body growth.

변경된 전기적 활동을 받은 개별 살아있는 제브라피쉬의 골격근 성장에 대한 실시간 및 반복 측정

A number of methods can be used to visualize individual cells throughout the body of live embryonic, larval or juvenile zebrafish. We show that live fish ...

발생학

Procedures for Rat in situ Skeletal Muscle Contractile Properties

There are many circumstances where it is desirable to obtain the contractile response of skeletal muscle under physiological circumstances: normal circulation, intact whole muscle, at body temperature. This includes the study of contractile responses like posttetanic potentiation, staircase and fatigue. Furthermore, the consequences of disease, disuse, injury, training and drug treatment can be of interest. This video demonstrates appropriate procedures to set up and use this valuable muscle preparation.
To set up this preparation, the animal must be anesthetized, and the medial gastrocnemius muscle is surgically isolated, with the origin intact. Care must be taken to maintain the blood and nerve supplies. A long section of the sciatic nerve is cleared of connective tissue, and severed proximally. All branches of the distal stump that do not innervate the medial gastrocnemius muscle are severed. The distal nerve stump is inserted into a cuff lined with stainless steel stimulating wires. The calcaneus is severed, leaving a small piece of bone still attached to the Achilles tendon. Sonometric crystals and/or electrodes for electromyography can be inserted. Immobilization by metal probes in the femur and tibia prevents movement of the muscle origin. The Achilles tendon is attached to the force transducer and the loosened skin is pulled up at the sides to form a container that is filled with warmed paraffin oil. The oil distributes heat evenly and minimizes evaporative heat loss. A heat lamp is directed on the muscle, and the muscle and rat are allowed to warm up to 37&deg;C. While it is warming, maximal voltage and optimal length can be determined. These are important initial conditions for any experiment on intact whole muscle. The experiment may include determination of standard contractile properties, like the force-frequency relationship, force-length relationship, and force-velocity relationship.
With care in surgical isolation, immobilization of the origin of the muscle and alignment of the muscle-tendon unit with the force transducer, and proper data analysis, high quality measurements can be obtained with this muscle preparation.

Procedures for Rat in situ Skeletal Muscle Contractile Properties

This video demonstrates the surgical preparation and procedures needed to study the contractile responses of the rat medial gastrocnemius muscle preparation in situ. This preparation allows measurement of skeletal muscle contractile properties under physiological conditions. The animal is anesthetized and the muscle is separated from surrounding tissue at its distal end. The Achilles tendon is attached to a force transducer, allowing measurement of the muscle&#x2019;s contractile response at 37 degrees C with an intact circulation.

쥐 절차<em&gt; 현장에서</em&gt; 골격근 수축 등록

There are many circumstances where it is desirable to obtain the contractile response of skeletal muscle under physiological circumstances: normal ...

생물학

Assessing Functional Metrics of Skeletal Muscle Health in Human Skeletal Muscle Microtissues

Three-dimensional (3D) in vitro models of skeletal muscle are a valuable advancement in biomedical research as they afford the opportunity to study skeletal muscle reformation and function in a scalable format that is amenable to experimental manipulations. 3D muscle culture systems are desirable as they enable scientists to study skeletal muscle ex vivo in the context of human cells. 3D in vitro&#160;models closely mimic aspects of the native tissue structure of adult skeletal muscle. However, their universal application is limited by the availability of platforms that are simple to fabricate, cost and user-friendly, and yield relatively high quantities of human skeletal muscle tissues. Additionally, since skeletal muscle plays an important functional role that is impaired over time in many disease states, an experimental platform for microtissue studies is most practical when minimally invasive calcium transient and contractile force measurements can be conducted directly within the platform itself. In this protocol, the fabrication of a 96-well platform known as &#39;MyoTACTIC&#39;, and en masse production of 3D human skeletal muscle microtissues (hMMTs) is described. In addition, the methods for a minimally invasive application of electrical stimulation that enables repeated measurements of skeletal muscle force and calcium handling of each microtissue over time are reported.

This manuscript describes a detailed protocol to produce arrays of 3D human skeletal muscle microtissues and minimally invasive downstream in situ assays of function, including contractile force and calcium handling analyses.

인간 골격 근육 미세 조직에서 골격 근육 건강의 기능 메트릭 평가

Three-dimensional (3D) in vitro models of skeletal muscle are a valuable advancement in biomedical research as they afford the opportunity to study ...

Ex Vivo Assessment of Contractility, Fatigability and Alternans in Isolated Skeletal Muscles

Described here is a method to measure contractility of isolated skeletal muscles. Parameters such as muscle force, muscle power, contractile kinetics, fatigability, and recovery after fatigue can be obtained to assess specific aspects of the excitation-contraction coupling (ECC) process such as excitability, contractile machinery and Ca2+ handling ability. This method removes the nerve and blood supply and focuses on the isolated skeletal muscle itself. We routinely use this method to identify genetic components that alter the contractile property of skeletal muscle though modulating Ca2+ signaling pathways. Here, we describe a newly identified skeletal muscle phenotype, i.e., mechanic alternans, as an example of the various and rich information that can be obtained using the in vitro muscle contractility assay. Combination of this assay with single cell assays, genetic approaches and biochemistry assays can provide important insights into the mechanisms of ECC in skeletal muscle.

Ex Vivo Assessment of Contractility, Fatigability and Alternans in Isolated Skeletal Muscles

We describe a method to directly measure muscle force, muscle power, contractile kinetics and fatigability of isolated skeletal muscles in an in vitro system using field stimulation. Valuable information on Ca2+ handling properties and contractile machinery of the muscle can be obtained using different stimulating protocols.

절연 골격근의 수축성, Fatigability 및 Alternans의 예 VIVO 평가

 
Described here is a method to measure contractility of isolated skeletal muscles. Parameters such as muscle force, muscle power, contractile kinetics, ...

Engineering and Characterization of an Optogenetic Model of the Human Neuromuscular Junction

Many neuromuscular diseases, such as myasthenia gravis (MG), are associated with dysfunction of the neuromuscular junction (NMJ), which is difficult to characterize in animal models due to physiological differences between animals and humans. Tissue engineering offers opportunities to provide in vitro models of functional human NMJs that can be used to diagnose and investigate NMJ pathologies and test potential therapeutics. By incorporating optogenetic proteins into induced pluripotent stem cells (iPSCs), we generated neurons that can be stimulated with specific wavelengths of light. If the NMJ is healthy and functional, a neurochemical signal from the motoneuron results in muscle contraction. Through the integration of optogenetics and microfabrication with tissue engineering, we established an unbiased and automated methodology for characterizing NMJ function using video analysis. A standardized protocol was developed for NMJ formation, optical stimulation with simultaneous video recording, and video analysis of tissue contractility. Stimulation of optogenetic motoneurons by light to induce skeletal muscle contractions recapitulates human NMJ physiology and allows for repeated functional measurements of NMJ over time and in response to various inputs. We demonstrate this platform&#39;s ability to show functional improvements in neuromuscular connectivity over time and characterize the damaging effects of patient MG antibodies or neurotoxins on NMJ function.

We describe a reproducible, automated, and unbiased imaging system for characterizing neuromuscular junction function using human engineered skeletal muscle tissue and optogenetic motoneurons. This system allows for the functional quantification of neuromuscular connectivity over time and detects diminished neuromuscular function caused by neurotoxins and myasthenia gravis patient serum.

인간 신경근 접합부의 광유전학 모델의 공학 및 특성화

Many neuromuscular diseases, such as myasthenia gravis (MG), are associated with dysfunction of the neuromuscular junction (NMJ), which is difficult to ...

Contractility Measurements on Isolated Papillary Muscles for the Investigation of Cardiac Inotropy in Mice

Papillary muscle isolated from adult mouse hearts can be used to study cardiac contractility during different physiological/pathological conditions. The contractile characteristics can be evaluated independently of external influences such as vascular tonus or neurohumoral status. It depicts a scientific approach between single cell measurements with isolated cardiac myocytes and in vivo studies like echocardiography. Thus, papillary muscle preparations serve as an excellent model to study cardiac physiology/pathophysiology and can be used for investigations like the modulation by pharmacological agents or the exploration of transgenic animal models. Here, we describe a method of isolating the murine left anterior papillary muscle to investigate cardiac contractility in an organ bath setup. In contrast to a muscle strip preparation isolated from the ventricular wall, the papillary muscle can be prepared in toto without damaging the muscle tissue severely. The organ bath setup consists of several temperature-controlled, gassed and electrode-equipped organ bath chambers. The isolated papillary muscle is fixed in the organ bath chamber and electrically stimulated. The evoked twitch force is recorded using a pressure transducer and parameters such as twitch force amplitude and twitch kinetics are analyzed. Different experimental protocols can be performed to investigate the calcium- and frequency-dependent contractility as well as dose-response curves of contractile agents such as catecholamines or other pharmaceuticals. Additionally, pathologic conditions like acute ischemia can be simulated.

Murine left ventricular papillary muscle can be used to investigate cardiac contractility in vitro. This article describes in detail the isolation and experimental protocols to study cardiac contractile characteristics.

마우스의 심장 수축력의 조사에 대 한 격리 유두 근육의 수축력 측정

Papillary muscle isolated from adult mouse hearts can be used to study cardiac contractility during different physiological/pathological conditions. The ...

수축 성 활동 유도 된 쥐 골격 근육 Phenotypic 적응 연구 만성 자극에의 응용

요약

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이 비디오의 챕터

절연 골격근의 묘 - 기계 분석

생체내에 쥐 모델

마이크로 실리콘 캔틸레버의 이용은 세포 수축 기능을 평가하기 위해

의 응용 프로그램

변경된 전기적 활동을 받은 개별 살아있는 제브라피쉬의 골격근 성장에 대한 실시간 및 반복 측정

쥐 절차

인간 골격 근육 미세 조직에서 골격 근육 건강의 기능 메트릭 평가

절연 골격근의 수축성, Fatigability 및 Alternans의 예 VIVO 평가

인간 신경근 접합부의 광유전학 모델의 공학 및 특성화

마우스의 심장 수축력의 조사에 대 한 격리 유두 근육의 수축력 측정