Wir sind dankbar für seine kompetente Lektüre des Manuskripts Liam Tyron. Diese Arbeit wurde unterstützt durch die Finanzierung von naturwissenschaftlich-technischen Forschung Rat von Kanada (NSERC), D. A. Haube. D. A. Hood ist auch der Inhaber einer Canada Research Chair in Zellphysiologie.

Alle tierbezogenen Verfahren wurden überprüft und genehmigt von der York University Animal Care Committee. Bei der Ankunft im Tierhaus an der York University erhielten alle Ratten mindestens fünf Tage, bis an ihre Umgebung vor dem chirurgischen Eingriff mit Verpflegung Ad Libitumzu akklimatisieren. Obwohl dieses Protokoll auf andere Arten15,17,22zuvor durchgeführt wurde, das aktuelle Papier baut auf die Pionierarbeit von Pette und Kollegen23 und konzentriert sich speziell auf die Rattenmodell.
1. Vorbereitung des chronischen kontraktilen Leistungseinheit
<ol><li>Überprüfen Sie mit einem Voltmeter, das Potenzial der Münze Lithiumbatterien. Hinweis: Sollte das Potenzial eines jeden Akkus 3,0 ± 0,10 V sein.</li>
	<li>Legen Sie zwei oder drei Batterien in den Schlitz des Gerätes, so dass das Gesamtpotenzial 6-9 V ist. Hinweis: Es liegt im Ermessen der Forscher zu prüfen, wie viel Potenzial (6 oder 9 V), weiterhin während der gesamten Versuchsdurchführung. Je nach Design der Studie und der gewünschten Intensität des Reizes können entweder 2 oder 3 Batterien verwendet werden.</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass das Gerät über das Puls-Kennzeichen funktionsfähig ist, indem man das Gerät 1 Impuls von einem tragbaren Infrarot-Strobe Licht emittiert.</li>
</ol>2. chirurgische Verfahren chronische kontraktilen Aktivität
Hinweis: Sterilisieren Sie alle chirurgischen Instrumente vor dem chirurgischen Eingriff. Während und unmittelbar nach der Operation bleibt die Körpertemperatur der Ratten durch ein Heizkissen. Es ist wünschenswert, den chirurgischen Eingriff auf eine chirurgische drapieren durchzuführen. Der Chirurg sollte sterile OP-Handschuhe sowie einen sauberen Kittel tragen. Bei Bedarf empfiehlt es sich, eine Einweg-Atemschutzmaske tragen.
<ol><li>Betäuben Sie Ratten unter 1-3 % Isofluran Inhalation mit Sauerstoff, der durch ein Gas-Vaporizer-System betrieben wird. Bestätigen Sie, dass Tier vollständig durch Überprüfung Megalosauridae Zeh kneifen und durch Beobachtung der Atemwege Umfang und Tempo sediert ist. Wenden Sie okuläre Schmiermittel auf Augen, Trockenheit zu vermeiden. Wenden Sie eine subkutane Injektion von Meloxicam (0,5 mg/mL) bei 2 mg/kg. Hinweis: Es wird auch empfohlen, eine Multi-modale Anwendung der Analgesie (z.B. Meloxicam plus Lidocain), keine Schmerzen während und nach der Operation zu minimieren.</li>
	<li>Rasieren Sie sanft ein Streifen um den Rumpf von der Rückseite des Halses, der linken Megalosauridae sowie etwa hinter der Vorderbeine und über dem vorderen Thorax. Wischen Sie rasierte Bereichen mit Jod und Äthyl-Alkohol zu desinfizieren.</li>
	<li>Mit dem Tier auf den Bauch legen, machen einen kleinen Schnitt (~0.5 cm) auf der Rückseite des Halses in der Mitte der rasierte Region (tastbare Bereich zwischen den Schulterblättern) mit einem Skalpell (Nr. 10 Blatt).</li>
	<li>Suchen Sie die Peronaeus.<ol>
<li>Tier auf der rechten Seite und eine ~ 2-3 cm-langen Schnitt in der Haut der linken Megalosauridae. Zielbereich der Schnitt um die Oberschenkel-Muskel-Gruppen, die denkmalgeschützte zwischen den Grübchen des Kniegelenks und der Rückseite in der Nähe des Ursprungs der Rute ist. Hinweis: Achten Sie darauf, den ersten Schnitt-Bereich verunreinigen, wenn die Position des Körpers verändern.</li>
		<li>Chirurgische Schere gebogen mit stumpfen Spitzen, sezieren der subkutanen Bereich weit ~3.5 - 4 cm, trennt die Haut vom darunter liegenden Muskeln um eine Tasche zwischen geöffneten Haut und der darunter liegenden Muskeln zu machen. Öffnen Sie die Haut vom darunter liegenden Gewebe rund um den gesamten Umfang des Schnittes (~1.5 cm2).</li>
		<li>Machen Sie einen kleinen Schnitt (weniger als 0,5 cm) auf den Bizeps Femoris Muskel mit Chirurgische Scheren, um sicherzustellen, dass die Spitzen der Schere direkt nach unten durch den Muskel schneiden.</li>
		<li>Der Schnittbereich sanft zu öffnen, bis die internen Muskelgruppen und der Peronaeus sichtbar sind (die Tiefe des externen Muskelgewebe (z.B. Bizeps Femoris) ist um ~0.5 cm). Mit Pinzette, sanft Touch/Prise Nervus sichtbar und beobachten Sie die Reaktionen der Muskeln Zielgruppen (z. B. TA Muskel) und Zehen (sichtbare Dorsalflexion) zu bestätigen, dass die Peronaeus isoliert ist. Hinweis: Dieser Schritt sollte mit äußerster Vorsicht zu vermeiden, schneiden oder den Nerv Beschädigung erfolgen.</li>
		<li>Befestigen Sie das Fenster durch offen mit Metall Retraktoren ziehen, so dass die Größe des Fensters ~1.5 cm2 mit Nervus Peronaeus liegen in der Mitte des Fensters ist. Verwenden Sie kleine Metallhaken befestigt Gurte und/oder Gummibänder, die auf der Tischfläche (oder Chirurgie Board), nach unten befestigt sind (Abbildung 2A).</li>
	</ol></li>
	<li>Befestigen Sie den Draht zu beiden Seiten des Nervs.<ol>
<li>~ 50-60 cm von Polytetrafluorethylen (PTFE) vorbereiten-feinen Edelstahl-Draht beschichtet und in der Mitte falten. Hinweis: Es möglicherweise hilfreich, PTFA-beschichtetem Draht unter dem UV-Licht vor der Operation verfügbar zu machen.</li>
		<li>Haken Sie den gefalteten Teil des Drahtes in den Schlitz des eine 30 cm lange Edelstahl-Stab. Übergeben Sie die Rute, zusammen mit den Draht, subkutan aus der offenen Tasche der Megalosauridae in den Bereich der kleinen Schnitt an der Rückseite des Halses in einem L-förmigen Muster am Bein und entlang der Mittellinie des Rückens.</li>
		<li>Finden Sie die beiden Enden des Drahtes bei der Megalosauridae. Streifen Sie die Drähte, da alle Leitungen PTFE-isoliert sind. Streifen Sie mit einem Skalpell, sorgfältig die Enden des Drahtes von ~1.5 cm. Wenn die Drähte ausgefranst werden, schneiden Sie sie aus und wieder Streifen. Wickeln Sie die abisolierte Enden einer abgestumpften 21-G-Nadel (5 Mal), so dass eine Spule. Sobald die Spulen richtig gemacht werden, lassen Sie die Nadel von ihnen.</li>
		<li>Mit einer Größe 6-0 chirurgische Seide, sichern Sie jeweils der Spulen auf beiden Seiten der Peronaeus (Abbildung 2A).<ol>
<li>Machen Sie einen Knoten am Ende der Spule, und auf der linken Seite des Nervs Naht. Sicherstellen Sie, dass die Spule bei 1,5-2,5 mm vom Nerv.</li>
			<li>Um die Spule zu sichern, gelten Sie zwei oder drei zusätzliche Nähte entlang der Spule.</li>
			<li>Wiederholen Sie diese Schritte auf der rechten Seite des Nervs.</li>
		</ol>
</li>
		<li>2-3 Tropfen antibiotische Lösung (Ampicillin in Kochsalzlösung; 132 mg/mL), und dann vorsichtig das Fenster (z.B. Bizeps Femoris Muskelgewebe) Größe 5-0 Seide mit Naht.</li>
	</ol></li>
	<li>Lose wind den verbleibenden Durchhang der Draht (über den Durchmesser des Zeigefingers) und in der subkutanen Tasche über die genähten Inzision des Bizeps Femoris Muskels (etwa oberhalb der Hüfte) einschieben.</li>
	<li>Geben Sie 2-3 Tropfen antibiotische Lösung wieder (Ampicillin in Kochsalzlösung; 132 mg/mL). Schließen Sie die geöffnete Haut durch Heften.</li>
	<li>Verbinden Sie die Drähte (aus dem Schnitt am Hals) mit der CCA-Stimulator.<ol>
<li>Verbinden Sie Pin Buchsen mit den Drähten.<ol>
<li>Schneiden Sie die Drahtschlinge, die aus der Schnitt an der Spitze des Halses zu 2 Kabelenden (Dies führt zu den Spulen zu beiden Seiten des Nervus Peronaeus vernäht) erstellen.</li>
			<li>Mit einem Skalpell, Streifen Sie die Enden der Drähte von ~0.5 cm. Cut off ausgefranste Drähte ab, wenn überhaupt.</li>
			<li>Langsam schieben Sie die abisolierten Teile der Drähte in das Loch der Pin Buchsen, und mit einem Lötkolben, Löten Sie der Drähte auf die Pin-Buchsen.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Optional, überprüfen Sie die Verbindung von Drähten.<ol>
<li>Verbinden Sie die Stifte mit eine große Benchtop-Stimulator-Einheit über Krokodilklemmen.</li>
			<li>Ein Einzelimpuls von 9 V (0,1 ms, 10 Hz) um zu bestätigen, dass TA Muskel Verträge und den linken Dorsiflexes Fuß zu liefern.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Übergeben Sie die Pin verbunden-Drahtenden durch die sterile Gaze-Pad, die ~ 4 x 4 cm.</li>
		<li>Verbinden Sie die Stifte mit der CCA Stimulator Einheit.<ol>
<li>Übergeben Sie die Kabel durch das Loch im Boden des Feldes Stimulator. Hinweis: Dieses Feld ist eine hausgemachte Kammer für die CCA-Stimulator-Einheit und 3,5 cm × 3,5 cm × 2,5 cm13.</li>
			<li>Legen Sie die Pins in den Anschlussbuchsen am Gerät von CCA. Die CCA-Einheit legte sanft in die Kammer. Verwenden Sie eine stickige Tack, um das CCA-Gerät an der Unterseite der Kammer zu sichern.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Befestigen Sie mit eine sportliche Band oder poröse chirurgische Band der Kammers mit Klebeband um den rasierte Rumpf. Die Spitze der Kammer mit drei Schichten des Tapings schließen und beenden durch das Einwickeln von einer Bands um die Seiten der Stimulator Box, die Box (Abb. 2 b) zu sichern.</li>
	</ol></li>
	<li>Überprüfen, ob die CCA funktioniert indem man das Gerät in einen einzigen Impuls des Infrarot-Lichtes (Wellenlängenspektrum > 770 nm), die von einem tragbaren Infrarot-Stroboskop ausgegeben. Hinweis: Wenn die CCA ordnungsgemäß funktioniert, werden Forscher in der Lage sein zu sehen, dass die Megalosauridae Muskeln (z. B. TA) als Reaktion auf das Infrarotlicht öffentliche Auftraggeber sind.</li>
	<li>Beobachten Sie die Ratte zu und überwachen Sie die Temperatur, bis es vollständig Bewusstsein wiedererlangt hat. In einem Single-Insassen Käfig um Schaden von anderen Tieren zu verhindern Haus und lassen Sie keine Tunnel oder plastische Objekte in den Käfig für den Rest der Studie um das Risiko der Beschädigung des Geräts Stimulator oder Verletzung des Tieres. Versorgung mit einem Amoxicillin-inklusive Trinkflasche (0,5 mg/mL).</li>
	<li>Gelten Sie Dosis von 1 mg/kg von Meloxicam subkutan alle 24 h nach der Operation, die mindestens 72 h nach wie vor.</li>
</ol>3. chronische kontraktilen Aktivität
<ol><li>Können Sie nach der Operation mindestens 5-7 Tage für eine vollständige Wiederherstellung der Schnitt und Naht Gebiete in/um die Skelettmuskulatur. Hinweis: Während und nach CCA Verfahren gründlich überprüfen Sie jedes Tier Zustand durch die Beobachtung ihrer Verhaltensweisen (z. B. Essen, trinken und/oder verschieben). Darüber hinaus bestimmen Sie schweren Stress oder Nebenwirkungen durch eine Veränderung des Körpergewichts vor und nach dem CCA-Verfahren überprüfen.</li>
	<li>Am Tag der CCA-Stimulation, CCA durch die Aufdeckung der Stimulator-Einheit in einen einzigen Impuls von infrarotem Licht einschalten (Wellenlängenbereich > 770 nm) durch ein tragbares Infrarot-Stroboskop.</li>
	<li>3 oder 6 h 10 Hz CCA Stimulation anwenden. Hinweis: Der zeitliche Rahmen für die Stimulation obliegt der Forscher. Die Häufigkeit der Stimulation nie geändert wurde in diesen Experimenten und durch die Ausweitung der Stimulation von 3 bis 6 h/Tag, nach unserer Erfahrung nur sehr bescheidene Verbesserungen in der mitochondrialen Adaption eingehalten worden. Wenn möglich, überprüfen Sie die Stimulation und Tier alle 30-60 Minuten.</li>
	<li>Schalten Sie nach der gewünschten Zeit CCA das CCA-Gerät per Infrarot-Licht Exposition (gleicher Vorgang wie das Gerät einschalten).</li>
	<li>Wenn Sie mehrere Tage beantragen, wiederholen Sie den Schritt 3.2. bis 3.4.</li>
	<li>Zeitplan für die Erhebung der Gewebe zu bestimmen. Zum Beispiel sammeln Sie Gewebe 24 h nach Beginn der letzten Kampf des CCA (d.h.18 h nach der letzten CCA-Stimulation von 6 h), die unter der Narkose durchgeführt wird, wie bei den CCA chirurgischen Eingriff. Sofort nach dem Sammeln aller Gewebe, Tiere einschläfern von Herzen besteuert, während das Tier noch in Narkose ist.</li>
</ol>

<ol>
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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die chronische kontraktilen (CCA) Aktivitätsmodell der Übung durch niederfrequente Muskel Stimulation in Vivo, ist ein hervorragendes Modell für das Studium Muskel phänotypische Anpassungen zur Ausübung von13,24,25 , 26. wie in früheren Studien20,27, CCA ist ein effektives Werkzeug, mit dem Forscher Steuern Training Volum...

Skelettmuskulatur kann anpassen und Ausbildung durch Veränderungen in der Bioenergetik und physikalische Struktur1ausüben. Eines der wichtigsten Veränderungen herbeigeführt durch Ausdauertraining ist mitochondriale Biogenese, welches durch eine Erhöhung der Expression des mitochondrialen Komponenten (z. B. Cytochrom C Oxidase [COX] Untereinheiten) ausgewertet werden kann, sowie der Ausdruck von die transcriptional Coactivator, PGC-1α-2. Eine wachsende Anzahl von Studien haben gezeigt, dass zahlreiche andere Faktoren, einschließlich der mitochondrialen Umsatz- und Mitophagy, auch wichtig für Muskel-Anpassungen sind. Jedoch die Mechanismen durch die akute oder chronische Übung regulieren diese Prozesse in der Skelettmuskulatur sind noch unklar.
Um die Wege abzugrenzen die Ausübung induzierten Muskel Anpassungen zu regulieren, haben verschiedene Übung Modelle in Nagetier Studien, einschließlich Laufband, Rad laufen und Schwimmen Übung gebräuchlich. Diese Protokolle haben jedoch einige Einschränkungen, dass ~ 4-12 Wochen nötig sind, um diesen phänotypischen Veränderungen3,4,5zu beobachten. Als alternative experimentelle Methode, niederfrequente Stimulation-induzierten chronischen kontraktilen Aktivität (CCA) hat effektiv verwendet, da es in einem wesentlich kürzeren Zeitraum zu Muskel Anpassungen führen kann (d. h. bis zu 7 Tagen) und seine Auswirkungen scheinen werden Sie vergleichbar oder sogar größer als andere Übung-Protokolle. Darüber hinaus kann das Vorhandensein von hormonellen6, Temperatur7und neurologischen Auswirkungen8 Muskel-spezifische Reaktionen auf chronische Übung verstehen erschweren. Zum Beispiel Schilddrüsenhormone9,10 und Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktoren (IGF)-111 wurden identifiziert, um Muskel Training-induzierte Anpassungen zu vermitteln, die auch andere Signalwege im Skelett regulieren kann Muskel. CCA-induzierte Effekte sind vor allem minimal systemische Faktoren, so dass Fokus auf die direkte Reaktion des skelettartigen Muskels auf kontraktilen Aktivität geregelt.
Die Außeneinheit für CCA wurde erstmals von Tyler und Wright12und wurde mit Modifikationen12entwickelt. Kurzum, das Gerät besteht aus drei Hauptteilen: einem Infrarotdetektor, die durch die Einwirkung von Infrarotlicht, Impulsgeber und einen Puls-Indikator (Abbildung 1) aktiviert oder deaktiviert werden kann. Die detaillierte Schaltungsdesign des Referats Stimulator wurde zuvor13beschrieben. Die detaillierte und spezifische Merkmale der CCA finden Sie in größerer Tiefe in einer Reihe von Review Artikel14,15,16,17. In Kürze soll die Stimulation Protokoll Peronaeus bei tiefen Frequenzen zu aktivieren (z. B. 10 Hz), und der innervierten Muskulatur (m. Tibialis anterior [TA] und Beinstrecker m.digitorum Longus [EDL] Muskel) sind gezwungen, Verträge für eine vorgegebenen Zeitspanne (z.B. 3-6 h). Im Laufe der Zeit verschiebt dies die genannten Muskeln zu einer mehr aerobe Phänotyp, nachgewiesen durch eine Zunahme der Kapillardichte18 und mitochondriale Inhalt19,20,21. Daher ist diese Methode ein bewährtes Modell, einige der großen Ausdauer Training Anpassungen im skelettartigen Muskel der Ratten zu imitieren.
Dieser Beitrag stellt ein detailliertes Verfahren der Elektrode Implantation Operation, CCA zu induzieren, so dass die Forscher dieses Modell in ihre Übung Studien anwenden können. CCA ist ein hervorragendes Modell für das Studium des zeitlichen Verlauf des Muskels Anpassungen, wodurch ein wirksames Instrument für die Untersuchung von molekularen und Signalisierung Veranstaltungen zu beiden frühen und späteren Zeitpunkten nach Beginn der Übung Training.

<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 &#38; 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

Skelettmuskulatur ist ein anpassungsfähiges Gewebe wie seine biochemischen und physiologischen Eigenschaften stark als Reaktion auf chronische Übung verändert werden. Um die zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen, die verschiedenen Muskel-Adaptionen herbeizuführen, haben eine Reihe von Ausübung Protokolle wie Laufband, Rad laufen und Schwimmen-Übung in tierexperimentellen Studien verwendet worden. Jedoch üben diese Modelle erfordern eine längere Zeit zu Muskel-Anpassungen, die humorale oder neurologische Faktoren, wodurch ihre Anwendungen bei der Untersuchung der Muskel-spezifische Kontraktion-induzierte Anpassungen auch geregelt werden kann. Indirekte niederfrequente Stimulation (10 Hz) induzieren chronische kontraktilen Aktivität (CCA) hat als ein alternatives Modell für Übung Training eingesetzt, da es erfolgreich zu Muskel mitochondriale Anpassungen innerhalb von 7 Tagen, unabhängig von systemische Faktoren führen kann. Dieses Papier beschreibt die Operationstechniken der Skelettmuskulatur von Ratten, die Behandlung von CCA zuweisen für weit verbreitete Anwendung in Zukunft Studien erforderlich.

Wir haben gezeigt, dass chronische kontraktilen Aktivität (CCA) ein wirksames Instrument zur günstigen mitochondriale Anpassungen im skelettartigen Muskel induzieren ist. Ratten, die 7 Tage der CCA (6 h pro Tag) unterzogen anzeigen verbesserte mitochondriale Biogenese in der stimulierten Muskulatur im Vergleich zu den Megalosauridae unstimulierte kontralateralen (Kontrolle). Dieser Anstieg der mitochondrialen Biogenese wird durch erhöhte Protein-Expression von PGC-1α (<strong class="x...

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

Dieses Protokoll beschreibt den Einsatz des Aktivitätsmodells chronische kontraktilen der Übung, skelettartiger Muskel Stimulation induzierte Anpassungen in der Ratte Megalosauridae zu beobachten.

Anwendung der chronische Stimulation kontraktilen Aktivität induzierten Ratte Skelettmuskulatur phänotypische Anpassungen zu studieren

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

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

6.7K Aufrufe.  York University. Dieses Protokoll beschreibt den Einsatz des Aktivitätsmodells chronische kontraktilen der Übung, skelettartiger Muskel Stimulation induzierte Anpassungen in der Ratte Megalosauridae zu beobachten.

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

Ex Vivo Culture of Pharyngeal Arches to Study Heart and Muscle Progenitors and Their Niche

The pharyngeal mesoderm of developing embryos contributes to broad regions of head and heart musculature. We have developed a novel method to study head and heart progenitor cell development with pharyngeal arches (also known as branchial arches) ex vivo. Using this method, we have recently described that the second pharyngeal arch contains self-renewing heart progenitors and serves as a microenvironment for expansion of the progenitors during mouse heart development. The progenitor cells remain undifferentiated and expansive inside the arch, but quickly become functional cardiomyocytes as they migrate out of the arch. We also reported that first pharyngeal arch contains muscle progenitors giving rise to myotubes after leaving the arch. Here, we demonstrate the procedure for the dissection and ex vivo culture of first and second pharyngeal arches from developing mouse embryos. The method enables one to study head and heart progenitor/muscle development, including cardiomyocyte and myotube formation in detail ex vivo.

Ex Vivo Culture of Pharyngeal Arches to Study Heart and Muscle Progenitors and Their Niche

Here, we present a protocol to culture pharyngeal arches to study the biology of heart and muscle progenitor cells and their microenvironment.

Ex-vivo-Kultur von Schlundbögen auf Herz und Muskelvorläuferzellen und ihre Nische Studieren

The pharyngeal mesoderm of developing embryos contributes to broad regions of head and heart musculature. We have developed a novel method to study head ...

Forschung

Entwicklungsbiologie

Analysis of Zebrafish Larvae Skeletal Muscle Integrity with Evans Blue Dye

The zebrafish model is an emerging system for the study of neuromuscular disorders. In the study of neuromuscular diseases, the integrity of the muscle membrane is a critical disease determinant. To date, numerous neuromuscular conditions display degenerating muscle fibers with abnormal membrane integrity; this is most commonly observed in muscular dystrophies. Evans Blue Dye (EBD) is a vital, cell permeable dye that is rapidly taken into degenerating, damaged, or apoptotic cells; in contrast, it is not taken up by cells with an intact membrane. EBD injection is commonly employed to ascertain muscle integrity in mouse models of neuromuscular diseases. However, such EBD experiments require muscle dissection and/or sectioning prior to analysis. In contrast, EBD uptake in zebrafish is visualized in live, intact preparations. Here, we demonstrate a simple and straightforward methodology for performing EBD injections and analysis in live zebrafish. In addition, we demonstrate a co-injection strategy to increase efficacy of EBD analysis. Overall, this video article provides an outline to perform EBD injection and characterization in zebrafish models of neuromuscular disease.

In this study, we describe a straightforward method to perform Evans Blue Dye (EBD) analysis on zebrafish larvae. This technique is a powerful tool for the characterization of skeletal muscle integrity and delineation of zebrafish models of muscular dystrophy, and is a valuable method for the development of novel therapeutics.

Analyse von Zebrafisch-Larven Skelettmuskel Integrität mit Evans Blue Dye

The zebrafish model is an emerging system for the study of neuromuscular disorders.  In the study of neuromuscular diseases, the integrity of the muscle ...

Induction of Acute Skeletal Muscle Regeneration by Cardiotoxin Injection

Skeletal muscle regeneration is a physiological process that occurs in adult skeletal muscles in response to injury or disease. Acute injury-induced skeletal muscle regeneration is a widely used, powerful model system to study the events involved in muscle regeneration as well as the mechanisms and different players. Indeed, a detailed knowledge of this process is essential for a better understanding of the pathological conditions that lead to skeletal muscle degeneration, and it aids in identifying new targeted therapeutic strategies. The present work describes a detailed and reproducible protocol to induce acute skeletal muscle regeneration in mice through a single intramuscular injection of cardiotoxin (CTX). CTX belongs to the family of snake venom toxins and causes myolysis of myofibers, which eventually triggers the regeneration events. The dynamics of skeletal muscle regeneration is evaluated by histological analysis of muscle sections. The protocol also illustrates the experimental procedures for dissecting, freezing, and cutting the Tibialis Anterior muscle, as well as the routine Hematoxylin &#38; Eosin staining that is widely used for subsequent morphological and morphometric analysis.

This manuscript describes a detailed protocol to induce acute skeletal muscle regeneration in adult mice and subsequent manipulations of the muscles, such as dissection, freezing, cutting, routine staining, and myofiber cross-sectional area analysis.

Die Induktion von Akute Skelettmuskelregeneration durch Cardio Injection

Skeletal muscle regeneration is a physiological process that occurs in adult skeletal muscles in response to injury or disease. Acute injury-induced ...

Preparation and Culture of Myogenic Precursor Cells/Primary Myoblasts from Skeletal Muscle of Adult and Aged Humans

Skeletal muscle homeostasis depends on muscle growth (hypertrophy), atrophy and regeneration. During ageing and in several diseases, muscle wasting occurs. Loss of muscle mass and function is associated with muscle fiber type atrophy, fiber type switching, defective muscle regeneration associated with dysfunction of satellite cells, muscle stem cells, and other pathophysiological processes. These changes are associated with changes in intracellular as well as local and systemic niches. In addition to most commonly used rodent models of muscle ageing, there is a need to study muscle homeostasis and wasting using human models, which due to ethical implications, consist predominantly of in vitro cultures. Despite the wide use of human Myogenic Progenitor Cells (MPCs) and primary myoblasts in myogenesis, there is limited data on using human primary myoblast and myotube cultures to study molecular mechanisms regulating different aspects of age-associated muscle wasting, aiding in the validation of mechanisms of ageing proposed in rodent muscle. The use of human MPCs, primary myoblasts and myotubes isolated from adult and aged people, provides a physiologically relevant model of molecular mechanisms of processes associated with muscle growth, atrophy and regeneration. Here we describe in detail a robust, inexpensive, reproducible and efficient protocol for the isolation and maintenance of human MPCs&#160;and their progeny&#160;&#8212; myoblasts and myotubes from human muscle samples using enzymatic digestion. Furthermore, we have determined the passage number at which primary myoblasts from adult and aged people undergo senescence in an in vitro culture. Finally, we show the ability to transfect these myoblasts and the ability to characterize their proliferative and differentiation capacity and propose their suitability for performing functional studies of molecular mechanisms of myogenesis and muscle wasting in vitro.

This protocol describes a robust, reproducible and simple method of isolation and culture of myoblast progenitor cells from the skeletal muscle of adult and aged people. The muscles used here include foot and leg muscles. This approach enables the isolation of an enriched population of primary myoblasts for functional studies.

Herstellung und Kultur von Myogenic Vorläuferzellen / Primär-Myoblasten aus Skelettmuskel von adulten und im Alter von Menschen

Skeletal muscle homeostasis depends on muscle growth (hypertrophy), atrophy and regeneration. During ageing and in several diseases, muscle wasting ...

Evaluation of Injury-induced Senescence and In Vivo Reprogramming in the Skeletal Muscle

Cellular senescence is a stress response that is characterized by a stable cellular growth arrest, which is important for many physiological and pathological processes, such as cancer and ageing. Recently, senescence has also been implicated in tissue repair and regeneration. Therefore, it has become increasingly critical to identify senescent cells in vivo. Senescence-associated &#946;-galactosidase (SA-&#946;-Gal) assay is the most widely used assay to detect senescent cells both in culture and in vivo. This assay is based on the increased lysosomal contents in the senescent cells, which allows the histochemical detection of lysosomal &#946;-galactosidase activity at suboptimum pH (6 or 5.5). In comparison with other assays, such as flow cytometry, this allows the identification of senescent cells in their resident environment, which offers valuable information such as the location relating to the tissue architecture, the morphology, and the possibility of coupling with other markers via immunohistochemistry&#160;(IHC). The major limitation of the SA-&#946;-Gal assay is the requirement of fresh or frozen samples.
Here, we present a detailed protocol to understand how cellular senescence promotes cellular plasticity and tissue regeneration in vivo. We use SA-&#946;-Gal to detect senescent cells in the skeletal muscle upon injury, which is a well-established system to study tissue regeneration. Moreover, we use&#160;IHC to detect Nanog, a marker of pluripotent stem cells, in a transgenic mouse model. This protocol enables us to examine and quantify cellular senescence in the context of induced cellular plasticity and in vivo reprogramming.

Evaluation of Injury-induced Senescence and In Vivo Reprogramming in the Skeletal Muscle

Here we present a detailed protocol to detect both senescent and pluripotent stem cells in the skeletal muscle upon injury while inducing in vivo reprogramming. This method is suitable for evaluating the role of cellular senescence during tissue regeneration and reprogramming in vivo.

Bewertung von Verletzungen-Induzierte Seneszenz und In Vivo eine Anpassung in der Skelettmuskulatur

Cellular senescence is a stress response that is characterized by a stable cellular growth arrest, which is important for many physiological and ...

Identification of Skeletal Muscle Satellite Cells by Immunofluorescence with Pax7 and Laminin Antibodies

Immunofluorescence is an effective method that helps to identify different cell types on tissue sections. In order to study the desired cell population, antibodies for specific cell markers are applied on tissue sections. In adult skeletal muscle, satellite cells (SCs) are stem cells that contribute to muscle repair and regeneration. Therefore, it is important to visualize and trace the satellite cell population under different physiological conditions. In resting skeletal muscle, SCs reside between the basal lamina and myofiber plasma membrane. A commonly used marker for identifying SCs on the myofibers or in cell culture is the paired box protein Pax7. In this article, an optimized Pax7 immunofluorescence protocol on skeletal muscle sections is presented that minimizes non-specific staining and background. Another antibody that recognizes a protein (laminin) of the basal lamina was also added to help identify SCs. Similar protocols can also be used to perform double or triple labeling with Pax7 and antibodies for additional proteins of interest.

The precise identification of satellite cells is essential for studying their functions under various physiological and pathological conditions. This article presents a protocol to identify satellite cells on adult skeletal muscle sections by immunofluorescence-based staining.

Kennung des skelettartigen Muskels Satellitenzellen durch Immunfluoreszenz mit Pax7 und Laminin-Antikörper

Immunofluorescence is an effective method that helps to identify different cell types on tissue sections. In order to study the desired cell population, ...

In Vitro Generation of Somite Derivatives from Human Induced Pluripotent Stem Cells

In response to signals such as WNTs, bone morphogenetic proteins (BMPs), and sonic hedgehog (SHH) secreted from surrounding tissues, somites (SMs) give rise to multiple cell types, including the myotome (MYO), sclerotome (SCL), dermatome (D), and syndetome (SYN), which in turn develop into skeletal muscle, axial skeleton, dorsal dermis, and axial tendon/ligament, respectively. Therefore, the generation of SMs and their derivatives from human induced pluripotent stem cells (iPSCs) is critical to obtain pluripotent stem cells (PSCs) for application in regenerative medicine and for disease research in the field of orthopedic surgery. Although the induction protocols for MYO and SCL from PSCs have been previously reported by several researchers, no study has yet demonstrated the induction of SYN and D from iPSCs. Therefore, efficient induction of fully competent SMs remains a major challenge. Here, we recapitulate human SM patterning with human iPSCs in vitro by mimicking the signaling environment during chick/mouse SM development, and report on methods of systematic induction of SM derivatives (MYO, SCL, D, and SYN) from human iPSCs under chemically defined conditions through the presomitic mesoderm (PSM) and SM states. Knowledge regarding chick/mouse&#160;SM development was successfully applied to the induction of SMs with human iPSCs. This method could be a novel tool for studying human somitogenesis and patterning without the use of embryos and for cell-based therapy and disease modeling.

We present here a protocol for the differentiation of human induced pluripotent stem cells into each somite derivative (myotome, sclerotome, dermatome, and syndetome) in chemically defined conditions, which has applications in future disease modeling and cell-based therapies in orthopedic surgery.

In vitro-Generation der Somiten Derivate aus menschlichen induzierten Zellen pluripotenten Stammzellen

In response to signals such as WNTs, bone morphogenetic proteins (BMPs), and sonic hedgehog (SHH) secreted from surrounding tissues, somites (SMs) give ...

X-ray Diffraction of Intact Murine Skeletal Muscle as a Tool for Studying the Structural Basis of Muscle Disease

Transgenic mouse models have been important tools for studying the relationship of genotype to phenotype for human diseases including those of skeletal muscle. Mouse skeletal muscle has been shown to produce high quality X-ray diffraction patterns on third generation synchrotron beamlines providing an opportunity to link changes at the level of the genotype to functional phenotypes in health and disease by determining the structural consequences of genetic changes. We present detailed protocols for preparation of specimens, collecting the X-ray patterns and extracting relevant structural parameters from the X-ray patterns that may help guide experimenters wishing to perform such experiments for themselves.

We present detailed protocols for performing small-angle X-ray diffraction experiments using intact mouse skeletal muscles. With the wide availability of transgenic mouse models for human diseases, this experimental platform can form a useful test bed for elucidating the structural basis of genetic muscle diseases

Röntgenbeugung von intakten Murine Skelettmuskel als Werkzeug zur Untersuchung der strukturellen Basis von Muskelerkrankungen

Transgenic mouse models have been important tools for studying the relationship of genotype to phenotype for human diseases including those of skeletal ...

Isolation, Culture, Characterization, and Differentiation of Human Muscle Progenitor Cells from the Skeletal Muscle Biopsy Procedure

The use of primary human tissue and cells is ideal for the investigation of biological and physiological processes such as the skeletal muscle regenerative process. There are recognized challenges to working with human primary adult stem cells, particularly human muscle progenitor cells (hMPCs) derived from skeletal muscle biopsies, including low cell yield from collected tissue and a large degree of donor heterogeneity of growth and death parameters among cultures. While incorporating heterogeneity into experimental design requires a larger sample size to detect significant effects, it also allows us to identify mechanisms that underlie variability in hMPC&#160;expansion capacity, and thus allows us to better understand heterogeneity in skeletal muscle regeneration. Novel mechanisms that distinguish the expansion capacity of cultures have the potential to lead to the development of therapies to improve skeletal muscle regeneration.

We present techniques for isolating, culturing, characterizing, and differentiating human primary muscle progenitor cells (hMPCs) obtained from skeletal muscle biopsy tissue. hMPCs obtained and characterized through these methods can be used to subsequently address research questions related to human myogenesis and skeletal muscle regeneration.

Isolation, Kultur, Charakterisierung und Differenzierung menschlicher Muskelprogenitorzellen aus dem Skelettmuskelbiopsieverfahren

The use of primary human tissue and cells is ideal for the investigation of biological and physiological processes such as the skeletal muscle ...

Performing Human Skeletal Muscle Xenografts in Immunodeficient Mice

Treatment effects observed in animal studies often fail to be recapitulated in clinical trials. While this problem is multifaceted, one reason for this failure is the use of inadequate laboratory models. It is challenging to model complex human diseases in traditional laboratory organisms, but this issue can be circumvented through the study of human xenografts. The surgical method we describe here allows for the creation of human skeletal muscle xenografts, which can be used to model muscle disease and to carry out preclinical therapeutic testing. Under an Institutional Review Board (IRB)-approved protocol, skeletal muscle specimens are acquired from patients and then transplanted into NOD-Rag1null IL2r&gamma;null (NRG) host mice. These mice are ideal hosts for transplantation studies due to their inability to make mature lymphocytes and are thus unable to develop cell-mediated and humoral adaptive immune responses. Host mice are anaesthetized with isoflurane, and the mouse tibialis anterior and extensor digitorum longus muscles are removed. A piece of human muscle is then placed in the empty tibial compartment and sutured to the proximal and distal tendons of the peroneus longus muscle. The xenografted muscle is spontaneously vascularized and innervated by the mouse host, resulting in robustly regenerated human muscle that can serve as a model for preclinical studies.

Complex human diseases can be challenging to model in traditional laboratory model systems. Here, we describe a surgical approach to model human muscle disease through the transplantation of human skeletal muscle biopsies into immunodeficient mice.

Durchführung von Human Skeletal Muscle Xenografts bei immundefizienten Mäusen

Treatment effects observed in animal studies often fail to be recapitulated in clinical trials. While this problem is multifaceted, one reason for this ...