Imitando una misión espacial a Marte con descarga trasera y carga parcial en ratas

Resumen

Mediante el uso de un modelo innovador de analógica terrestre, que son capaces de simular a una misión de espacio incluyendo un viaje a (0 g) y una estancia en Marte (0,38 g) en ratas. Este modelo permite una evaluación longitudinal de los cambios fisiológicos que ocurren durante las dos etapas hipo gravitatorio de la misión.

Resumen

Modelos de roedores terrestres son ampliamente utilizados para comprender las consecuencias fisiológicas del espacio de vuelo en el sistema fisiológico han sido rutinariamente empleadas desde 1979 y el desarrollo de hind extremidad descarga (HLU). Sin embargo, los próximos pasos en la exploración espacial ahora incluyen a los viajes a Marte donde la gravedad es el 38% de la gravedad de la tierra. Ya que ningún ser humano ha experimentado este nivel de gravedad parcial, un modelo sostenible basado en la tierra es necesario investigar cómo reaccionaría el cuerpo, ya deteriorado por el tiempo invertido en la microgravedad, a esta carga parcial. Aquí, utilizamos nuestro modelo innovador parcial de carga (PWB) para imitar a una misión corta y alojarte en Marte para evaluar las deficiencias fisiológicas en los músculos de extremidades inducidos por dos distintos niveles de gravedad reducida que aplica de manera secuencial. Esto podría proporcionar un modelo seguro, en tierra para estudiar las adaptaciones músculo-esqueléticas al cambio gravitacional y establecer contramedidas eficaces para preservar la salud y función de los astronautas.

Introducción

Objetivos de extraterrestres, incluyendo la luna y Marte, representan el futuro de la exploración espacial humana, pero ambos tienen considerablemente más débil gravedad que la tierra. Mientras que las consecuencias de la ingravidez sobre el sistema músculo-esquelético se han estudiado ampliamente en los astronautas^1,2,3,4,5 y en roedores^{6, 7 , 8 , 9}, el último gracias a la bien establecida trasera descarga (HLU) modelo¹⁰, muy poco se sabe acerca de los efectos de la gravedad parcial. La gravedad marciana es 38% de los de la tierra y este planeta se ha convertido en el foco de la exploración a largo plazo¹¹; por lo tanto, es crucial para entender las alteraciones musculares que pueden ocurrir en esta configuración. Para ello, desarrollamos un sistema de cojinete (PWB) parcial de peso en ratas¹², basado en el trabajo anterior realizado en ratones^6,13, que fue validada con los resultados de músculo y hueso. Sin embargo, la exploración de Marte será precedida por un período prolongado de la microgravedad, que no se abordó en el modelo anteriormente descrito¹². Por lo tanto, en este estudio, hemos alterado nuestro modelo para imitar un viaje a Marte, consta de una primera fase de descarga trasera total y seguida inmediatamente por una segunda fase del cojinete de peso parcial en el 40% de la carga normal.

A diferencia de la mayoría de los modelos HLU, optamos por utilizar un arnés pélvico (basado en el descrito por Chowdhury et al⁹) en lugar de una suspensión de la cola para mejorar el confort de los animales y debe poder moverse sin problemas y sin esfuerzo de HLU a PLP en cuestión de minutos. En conjunto, hemos utilizado las jaulas y los dispositivos de suspensión que anteriormente desarrollado y había descrito ampliamente¹². Además de proporcionar datos confiables/consistentes, también previamente hemos demostrado que el punto de anclaje fijo del sistema de suspensión en el centro de la varilla no impidió que los animales de la mudanza, acicalamiento, alimentación o beber. En este artículo, describiremos Cómo descargar extremidades traseras de los animales (total y parcialmente), verificar sus niveles de gravedad alcanzado, así como para evaluar funcionalmente las resultantes alteraciones musculares con agarre fuerza y húmedo masa muscular. Este modelo sería extremadamente útil para los investigadores que buscan investigar las consecuencias de gravedad parcial (artificial o extraterrestre) en un sistema músculo-esquelético ya comprometido, permitiéndoles investigar cómo los organismos se adaptan a parcial de recarga y para el desarrollo de las contramedidas que podrían ser desarrollados para mantener la salud durante y después de vuelos espaciales tripulados.

Protocolo

Todos los métodos aquí descritos fueron aprobados por el institucional cuidado Animal y el Comité uso (IACUC), de Beth Israel Deaconess Medical Center bajo el número de protocolo 067-2016.

Nota: Se utilizan machos Wistar ratas de edad de 14 semanas al inicio del estudio (día 0). Las ratas están alojadas individualmente en jaulas personalizadas 24 h antes de línea de base para permitir la aclimatación.

1. miembro posterior descarga

Nota: El arnés pélvico se puede poner en animales anestesiados o despiertos. Aquí, la descripción del Protocolo se da en animales anestesiados. Use el apropiado equipo de protección personal (PPE) para manejar los animales.

1. Colocar la rata en una caja de anestesia con isoflurano 3,5% y un flujo de oxígeno de 2 L/min.
   Nota: Anestesia adecuada se confirma cuando un sujetador firme de la pata trasera no provocan una reacción.
2. Una vez que el animal está completamente anestesiado, colocar la rata en el Banco con gas anestésico de una ojiva con isoflurano 2% y un flujo de 1,5 L/min de oxígeno.
3. Colocar la rata en una posición propensa y colocación del arnés pélvico en un movimiento rostro caudal.
4. Curva el arnés pélvico para proporcionar un firme ajuste teniendo cuidado de no apretar suavemente los miembros posteriores para evitar abrasiones y malestar.
5. Fije la cadena de acero inoxidable con la hebilla giratoria a la parte superior del arnés pélvico, donde se une un gancho en la base de la cola.
6. Quite la rata de anestesia y colocar el animal en una jaula personalizada con la cadena en su máximo.
7. Una vez que la rata está completamente despierto y móviles, acortar la cadena con la hebilla giratoria superior hasta los miembros posteriores ya no puede alcanzar la planta.
8. Observar el animal durante unos minutos evaluar su comodidad y asegúrese de que en todo momento, ambos miembros posteriores permanecen completamente descargado.

2. parcial de peso

Nota: Este paso puede realizarse en animales despiertos y anestesiados.

1. Convertir el dispositivo de suspensión HLU en una suspensión de PLP agregando la parte en forma de triángulo compuesto por cadenas de acero inoxidable y una barra trasera.
2. Anestesiar el animal siguiendo los mismos procedimientos detallados para HLU (pasos 1.1 y 1.2).
3. Coloque una chaqueta de la correa del tamaño adecuado en los miembros anteriores de la rata (M para las ratas de 400 g o inferior, L para las ratas pesando sobre 400 g) y cerrar usando el extensor de espalda sujetador.
4. Coloque un cierre de la parte con forma de triángulo en el gancho situado en el extensor de sujetador posterior y el cierre opuesto en el gancho que se encuentra en el arnés pélvico en la base de la cola.
5. Permitir que el animal a recuperarse de la anestesia en la jaula. Una vez despierto, verifique que la suspensión es igual en los miembros anteriores y los posteriores acortando la cadena y modificar la ubicación del cierre giratorio inferior si es necesario.
   Nota: Este paso también se puede realizar usando una placa de fuerza para confirmar la carga igual en todos los miembros.
6. Colocar la rata en la cima de la escala para registrar el peso del cuerpo "cargado", es decir, el peso del animal y todo el aparato, sin acortamiento de la cadena.
7. Acortar la cadena hasta que la báscula muestra el 40% del peso corporal "cargado" y record el alcanzado nivel de gravedad (expresada como el cociente entre la carga y el peso descargado).
8. Observar al animal para asegurarse de que el peso descargado es estable y que la rata está igualmente cargada de todos los miembros.
9. Retire todo el aparato de la balanza con la varilla y vuelva a colocar la rata en la jaula.

3. evaluación del miembro posterior agarre fuerza

1. Sostenga la rata con un alojamiento tradicional colocando una mano debajo de las extremidades anteriores. Suavemente Sujete la cola con la segunda mano.
2. Acercarse a las barras de agarre con las patas traseras y asegúrese de que ambas patas estén totalmente apoyados en la barra de.
   Nota: Si la rata no agarren completamente la barra o no muestra ninguna evidencia de sujeción voluntaria, soltar ligeramente el sistema de seguridad. Si esto no funciona, volver a la rata a su jaula y vuelva a intentarlo pasados unos minutos.
3. Suavemente tire de la rata hacia detrás hasta que se libere de su agarre. Registro de la muestra en el transductor de fuerza máxima.
4. Espere aproximadamente 30 s entre mediciones y repita la prueba 3 veces.
5. Calcule el promedio de las tres mediciones para anotar a cuenta para la fatiga.

4. grabación del músculo húmedo masa

1. Colocar la rata en una cámara de eutanasia de CO₂ . Después de esperar el momento adecuado según las pautas IACUC y AVMA, confirmar la eutanasia mediante una observación visual de falta de respiración.
2. Colocar la rata en la mesa de disección en una posición propensa y quitar la piel y la piel mediante la incisión de cerca de los tobillos con unas tijeras de disección pequeño. Utilice las manos para arrancar la capa de la piel.
3. Usando las tijeras de disección pequeño, romper la fascia muscular y aislar el tendón calcáneo.
   Nota: El tendón calcáneo es el punto de anclaje de músculos gastrocnemio y el sóleo.
4. Mientras sujeta el tendón del calcáneo con un pequeño par de pinzas, use las tijeras de disección para aislar los músculos gastrocnemio y sóleo del bíceps femoral, situado por encima.
5. Una vez aislado, corte el punto de anclaje de los músculos gastrocnemio y sóleo en la zona poplítea.
6. Suavemente tire el sóleo del gastrocnemius y separar cortando el tendón calcáneo.
7. Colocar la rata en una posición supina. Cuidadosamente retire la fascia y pelar el tibial anterior de tobillo en un movimiento hacia arriba.
8. Cortar el tibial anterior en su punto de fijación superior.
9. Registrar la masa húmeda exacta de cada músculo suprimido usando una balanza de precisión tarado y un barco pesado.

Resultados

Tomando ventaja de las nuevas jaulas que hemos diseñado previamente y se describe en detalle¹², utilizamos un dispositivo de suspensión basado en la cadena de acero inoxidable que es conveniente para trasera descarga (HLU, figura 1) y soporte parcial de peso (PWB, Figura 2). La ventaja fundamental de nuestro diseño es la capacidad para pasar de un tipo de descarga a otro en cuestión de minutos manteni...

Discusión

Este modelo presenta el primer análogo terrestre desarrollado para investigar los niveles sucesivos de descargas mecánicos y pretende simular un viaje a y alojarte en Marte.

Muchos pasos de este protocolo son esenciales para garantizar su éxito y deben ser examinados de cerca. En primer lugar, es fundamental para monitorear el bienestar de los animales y asegurar que están manteniendo un comportamiento normal (es decir, realizar tareas como comer, descansar y explorar), particularmente dur...

Materiales

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