Nachahmung einer Weltraum-Mission zum Mars mit Megalosauridae entladen und teilweisen Belastung bei Ratten

Zusammenfassung

Durch eine innovative bodengebundenen analogen Modell, können wir eine Weltraummission, die unter anderem eine Reise nach (0 g) und einen Aufenthalt auf dem Mars (0,38 g) bei Ratten zu simulieren. Dieses Modell erlaubt eine longitudinale Bewertung der physiologischen Veränderungen während der zwei Hypo-Schwerkraft Phasen der Mission.

Zusammenfassung

Nagetier bodengebundene Modelle sind weit verbreitet, die physiologischen Konsequenzen des Raumes Flug auf dem physiologischen System und seit 1979 regelmäßig eingesetzt und die Entwicklung der hinteren Gliedmaßen entladen (HLU) zu verstehen. Jedoch sind die nächsten Schritte in der Weltraumforschung jetzt zum Mars zu reisen, wo ist die Schwerkraft 38 % der Erdanziehungskraft. Da kein Mensch dieses Niveau der teilweisen Schwerkraft erlebt hat, ist ein nachhaltiges bodengebundenen Modell notwendig zu untersuchen, wie der Körper bereits durch die Verweildauer in der Schwerelosigkeit, beeinträchtigt auf diesem Teillast reagieren würde. Hier haben wir unsere innovativen teilweise tragende (PWB) Modell zu imitieren eine kurze Mission auf dem Mars zu beurteilen, die physiologischen Beeinträchtigungen in den hinteren Gliedmaßen Muskeln induziert durch zwei verschiedene Ebenen der reduzierten Schwerkraft in sequenzieller Weise angewendet. Dies könnte eine sichere, bodengestützte Modell, die Muskel-Skelett-Anpassungen an Schwerkraft Änderung zu studieren und wirksame Gegenmaßnahmen zur Erhaltung von Gesundheit und Funktion der Astronauten zu etablieren bieten.

Einleitung

Außerirdische Ziele, einschließlich der Mond und Mars, die Zukunft der menschlichen Raumfahrt repräsentieren, aber beide haben deutlich schwächer Schwerkraft als die Erde. Während die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den Bewegungsapparat ausgiebig in Astronauten^1,2,3,4,5 und Nagetiere^6, untersucht wurden ^{7 , 8 , 9}, etablierten Megalosauridae entladen (HLU) Model¹⁰, Letzteres ist sehr wenig über die Wirkung der Schwerkraft teilweise bekannt. Mars Schwerkraft ist 38 % der Erdoberfläche und diesem Planeten geworden im Mittelpunkt der langfristigen Exploration¹¹; Daher ist es wichtig zu verstehen, die muskulären Veränderungen, die in dieser Umgebung auftreten können. Dazu entwickelten wir ein teilweise Gewicht tragen (PWB) System in Ratten¹², basierend auf früheren Arbeit in Mäusen^6,13, die mit Muskeln und Knochen Ergebnisse validiert wurde. Jedoch wird die Erforschung des Mars durch einen längeren Zeitraum der Schwerelosigkeit, vorausgehen, die nicht in unsere oben beschriebenen Modell¹²gerichtet war. Daher in dieser Studie verändert unser Modell um eine Reise zum Mars simulieren wir, bestehend aus einer ersten Phase des gesamten Megalosauridae entladen und unmittelbar gefolgt von einer zweiten Phase des teilweisen Gewichtsbelastung bei 40 % der normalen Belastung.

Im Gegensatz zu den meisten HLU Modellen wählten wir einen Becken-Gurt (basierend auf dem von Chowdhury Et Al.⁹beschrieben) verwenden anstatt einer Rute Suspension, Komfort der Tiere zu verbessern und sich nahtlos bewegen können und mühelos von HLU, PWB in wenigen Minuten. In Verbindung verwendeten wir die Käfige und Aussetzung Geräte, die wir zuvor entwickelt und¹²ausführlich beschrieben. Neben der Bereitstellung von zuverlässigen/konsistenten Daten, haben wir auch zuvor gezeigt, dass die festen Befestigungspunkt des Federungssystems in der Mitte des Stabes nicht verhindern, die Tiere dass von Bewegung, Pflege, Fütterung oder trinken. In diesem Artikel beschreiben wir wie Sie entladen der Tiere Hinterbeine (sowohl vollständig als auch teilweise), überprüfen ihre erzielten Schwerkraft-Ebenen, sowie wie funktional die resultierenden muskulären Veränderungen mit Griff bewerten Kraft und nass Muskelmasse. Dieses Modell wäre äußerst nützlich für Forscher versuchen, untersuchen die Folgen der teilweisen Schwerkraft (künstliche oder extra-terrestrial) auf einem bereits infizierten Muskel-Skelett-System, so dass sie zu untersuchen, wie Organismen anpassen teilweise Nachladen, und für die Entwicklung von Gegenmaßnahmen, die zur Erhaltung der Gesundheit während und nach der bemannten Raumfahrt entwickelt werden könnte.

Protokoll

Alle hier beschriebene Methoden wurden von den institutionellen Animal Care und Nutzung Committee (IACUC) des Beth Israel Deaconess Medical Center unter Protokoll-Nummer 067-2016 genehmigt.

Hinweis: Es werden männliche Wistar Ratten im Alter von 14 Wochen vor Behandlungsbeginn (Tag 0) verwendet. Ratten sind in benutzerdefinierten Käfige 24 h vor Grundlinie Akklimatisierung ermöglichen individuell untergebracht.

(1) Megalosauridae entladen

Hinweis: Das Becken Gurtzeug an narkotisierten oder wach Tieren einsetzbar. Hier ist die Beschreibung des Protokolls an narkotisierten Tieren gegeben. Tragen Sie geeigneten persönliche Schutzausrüstung (PSA), Tiere zu behandeln.

1. Legen Sie die Ratte in eine Anästhesie-Box mit 3,5 % Isofluran und ein Sauerstoff-Flow von 2 L/min.
   Hinweis: Richtige Anesthetization wird bestätigt, wenn eine feste Prise der hinteren Pfote keine Reaktion hervorrufen wird.
2. Sobald das Tier vollständig betäubt ist, legen Sie die Ratte auf der Bank mit betäubende Gas aus einem Nosecone mit 2 % Isofluran und eine Sauerstoffzufuhr von 1,5 L/min.
3. Die Ratte in Bauchlage legen Sie und das Becken Gurtzeug auf in einer Rostro-kaudalen Bewegung.
4. Biegung der Becken-Gurt ermöglichen einen gemütlichen passen, während Sie darauf achten, nicht drücken Sie vorsichtig die Hintergliedmaßen, Abschürfungen und Beschwerden zu verhindern.
5. Legen Sie Edelstahlkette mit dem drehbaren Verschluss an die Spitze der Becken-Gurt, wo ein Haken an der Unterseite der Rute befestigt ist.
6. Entfernen Sie die Ratte aus der Narkose und legen Sie das Tier in einem benutzerdefinierten Käfig mit der Kette verlängert ihr Maximum.
7. Sobald die Ratte vollständig wach und mobil ist, kürzen Sie die Kette mit den oberen drehbaren Verschluss, bis die Hinterbeine nicht mehr den Boden erreichen können.
8. Beobachten Sie das Tier für ein paar Minuten zu beurteilen, seinen Komfort und stellen sicher, dass zu allen Zeiten, beide Hinterbeine bleiben vollständig entladen.

(2) teilweise Gewichtsbelastung

Hinweis: Dieser Schritt kann bei wach und narkotisierten Tieren realisiert werden.

1. Wandeln Sie die HLU Aufhängevorrichtung in PWB Aussetzung durch Hinzufügen das dreieckige Teil bestehend aus Edelstahl-Ketten und einem hinteren Stab.
2. Betäuben Sie das Tier nach den gleichen Verfahren wie für die HLU (Schritte 1.1 und 1.2).
3. Legen Sie eine Leine Jacke der entsprechenden Größe auf die Vorderbeine der Ratte (M für Ratten von 400 g oder niedriger, L für Ratten mit einem Gewicht von über 400 g) und schließen Sie es mit der Rückseite BH-Extender.
4. Der Haken an der Rückseite BH-Extender und den gegenüberliegenden Verschluss auf den Haken an der Becken-Gurt an der Schwanzwurzel zuordnen Sie einen Verschluss der dreieckige Teil.
5. Lassen Sie das Tier wieder aus der Narkose in den Käfig. Einmal wach, überprüfen Sie, ob die Aussetzung auf die Vorderbeine und die Hinterbeine gleich ist, durch die Verkürzung der Kette und Bearbeiten der Position der unteren Wirbel schließe, wenn nötig.
   Hinweis: Dieser Schritt kann auch realisiert werden mit einer Kraftplatte, um die gleiche Belastung alle Gliedmaßen zu bestätigen.
6. Legen Sie die Ratte auf der Skala aufzunehmen "geladen" Körpergewicht, d.h. das Gewicht des Tieres und den gesamten Apparat, ohne die Kette zu verkürzen.
7. Die Kette zu verkürzen, bis die Waage 40 % der "geladen" Körpergewicht und Aufzeichnung der erzielten zeigt Schwerkraft Ebene (ausgedrückt als das Verhältnis zwischen Leergewicht und geladenen Gewicht).
8. Beobachten Sie das Tier, um sicherzustellen, dass das Leergewicht stabil ist und dass die Ratte auf alle Glieder gleich geladen ist.
9. Den gesamten Apparat aus die Waage mit der Rute und die Ratte zurück in seinen Käfig.

3. Bewertung der Megalosauridae grip force

1. Halten Sie die Ratte mit einem traditionellen Zurückhaltung, indem er eine Hand unter die Vorderbeine. Das Heck mit der zweiten Hand sanft zu halten.
2. Nähern Sie sich den Haltebügel mit den hinteren Pfoten und stellen Sie sicher, dass beide Pfoten voll und ganz auf die Bar ruhen.
   Hinweis: Wenn die Ratte die Bar nicht voll greifen oder keine Anzeichen zeigt für freiwillige greifen, lösen Sie leicht die Zurückhaltung. Wenn dies nicht erfolgreich ist, die Ratte zu seinem Käfig zurück und wiederholen Sie nach ein paar Minuten.
3. Ziehen Sie die Ratte gerade zurück, bis es seinen Griff freigibt. Notieren Sie die maximale Kraft auf den Aufnehmer angezeigt.
4. Warten Sie ca. 30 s zwischen Messungen und wiederholen Sie den Test 3 Mal.
5. Berechnen Sie den Mittelwert der drei Messungen für das scoring, um Müdigkeit zu berücksichtigen.

(4) Aufnahme des Muskels nasse Masse

1. Legen Sie die Ratte in eine CO₂ Euthanasie Kammer. Bestätigen Sie nach der entsprechenden Wartezeit nach IACUC und AVMA Richtlinien die Euthanasie durch eine visuelle Beobachtung eines Mangels an Atmung.
2. Legen Sie die Ratte auf dem Seziertisch in Bauchlage und entfernen Sie das Fell und die Haut in der Nähe des Knöchels mit kleinen Dissektion Schere einritzen. Verwenden Sie Hände, um die Hautschicht abziehen.
3. Mit kleinen Dissektion Schere, sanft brechen Sie die Muskel-Faszie und isolieren Sie die Kalkaneus Sehne zu.
   Hinweis: Die Kalkaneus Sehne ist der Ansatzpunkt der Soleus und Gastrocnemius Muskeln.
4. Halten Sie die Kalkaneus Sehne mit einer kleinen Pinzette, verwenden Sie die Dissektion Schere, um Gastrocnemius und Soleus Muskeln von der Bizeps Femoris, oberhalb zu isolieren.
5. Einmal isoliert, schneiden Sie den Ansatzpunkt der Gastrocnemius und Soleus Muskeln im Bereich der Kniekehle.
6. Vorsichtig ziehen Sie den Soleus abseits der Gastrocnemius und durch Schneiden der Kalkaneus Sehne zu lösen.
7. Legen Sie die Ratte in Rückenlage. Sorgfältig entfernen der Faszie und schälen die Tibialis anterior vom Knöchel in einer Aufwärtsbewegung.
8. Schneiden Sie die Tibialis anterior an seine überlegene Befestigungspunkt.
9. Notieren Sie die genaue nasse Masse des ausgeschnittenen Muskel mit einer geeichten Präzisionswaage und mit einem Gewicht von Boot.

Ergebnisse

Die Vorteile der neuen Käfige, dass wir bereits entworfen und im Detail¹²beschrieben, wir ein Edelstahl-Kette-basierte Aufhängevorrichtung, die Megalosauridae entladen verwendet (HLU, Abb. 1) und teilweise tragende (PWB, eignet Abbildung 2). Der entscheidende Vorteil unseres Designs ist die Fähigkeit, von einer Art zur anderen in einer Angelegenheit von Minuten unter Beibehaltung einer identischen Umgeb...

Diskussion

Dieses Modell stellt die erste bodengebundenen analog entwickelt, um aufeinander folgende mechanische entladen Ebenen untersuchen und zielt darauf ab, eine Reise zu imitieren und bleiben auf dem Mars.

Viele Schritte dieses Protokolls sind entscheidend für ihren Erfolg zu sichern und müssen genau untersucht werden. Erstens ist es entscheidend für das Wohlbefinden der Tiere zu überwachen und sicherzustellen, dass sie ein normales Verhalten (d. h. Aufgaben wie Essen, ausruhen und erforschen),...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
10G Insulated Solid Copper Wire	Grainger	4WYY8	100 ft solid building wire with THHN wire type and 10 AWG wire size, black
2 Custom design plexiglass walls	P&K Custom Acrylics Inc.	N/A	2 clear plexiglass custom wall 3/16" tick, width 12 3/16", height 18 13/16", 1 rounded slot 0.25 in of diameter located at the center top of the wall
3M Transpore Surgical Tape	Fisher Scientific	18-999-380	Transpore Surgical Tape
Accessory Grasping Bar Rat	Harvard Apparatus	76-0479	Accessory grasping bar rat, front or hind paws
Analytical Scale	Fisher Scientific	01-920-251	OHAUS Adventurer Analytic Balance
Animal Scale	ZIEIS by Amazon	N/A	70 lb capacity digital scale big top 11.5" x 9.3" dura platform z-seal 110V adapter 0.5 ounce accuracy
Back Bra Extenders	Luzen by Amazon	N/A	17 pcs 2 hook 3 rows assorted random color women spacing bra clip extender strap
Digital Force Gage	Wagner Instruments	DFE2-010	50 N Capacity Digital Grip Force Meter Chatillon DFE II
Gauze	Fisher Scientific	13-761-52	Non-sterile Cotton Gauze Sponges
Key rings and swivel claps	Paxcoo Direct by Amazon	N/A	PaxCoo 100 pcs metal swivel lanyard snap hook with key rings
Lobster Claps	Panda Jewelry International Limited by Amazon	N/A	Pandahall 100 pcs grade A stainless steel lobster claw clasps 13x8mm
Rat Tether Jacket - Large	Braintree Scientific	RJ L	Rodent Jacket
Rat Tether Jacket - Medium	Braintree Scientific	RJ M	Rodent Jacket
Silicone tubing	Versilon St Gobain Ceramics and Plastics	ABX00011	SPX-50 Silicone Tubing
Stainless Steel Chains	Super Lover by Amazon	N/A	4.5m 15FT stainless steel cable chain link in bulk 6x8mm