Simulant une Mission spatiale vers Mars à l’aide du membre postérieur déchargement et poids partielle portant chez le rat

Résumé

En utilisant un modèle novateur d’analogiques terrestres, nous sommes en mesure de simuler une mission spatiale, y compris un voyage à (0 g) et un séjour sur Mars (0,38 g) chez les rats. Ce modèle permet une évaluation longitudinale des changements physiologiques qui se produisent au cours des deux étapes hypo-gravitationnel de la mission.

Résumé

Les modèles de rongeurs terrestres sont largement utilisés pour comprendre les conséquences physiologiques de l’espace de vol sur le système physiologique et ont travaillé régulièrement depuis 1979 et le développement de hind branche déchargement (HLU). Cependant, les prochaines étapes de l’exploration de l’espace maintenant incluent pour voyager vers Mars où la gravité est 38 % de la gravité terrestre. Puisque aucun être humain ne connaît à ce niveau de gravité partielle, un modèle durable au sol est nécessaire d’étudier comment le corps, déjà affaiblie par le temps passé en microgravité, réagirait à cette charge partielle. Ici, nous avons utilisé notre innovateur partielle portantes (PTB) pour imiter une mission courte et rester sur Mars afin d’évaluer la déficiences physiologique dans les muscles de la patte arrière induites par deux différents niveaux de gravité réduite appliquée de façon séquentielle. Cela pourrait fournir un modèle sûr, basés au sol pour étudier les adaptations musculo-squelettiques au changement gravitationnel et à mettre en place des contre-mesures efficaces pour préserver la santé des astronautes et la fonction.

Introduction

Extraterrestres cibles, y compris la lune et Mars, représentent l’avenir de l’exploration spatiale humaine, mais les deux ont une gravité beaucoup plus faible que la terre. Alors que les conséquences de l’apesanteur sur le système musculo-squelettique ont été largement étudiées en astronautes^1,2,3,4,5 et rongeurs^{6, 7 , 8 , 9}, cette dernière grâce au membre postérieur bien établie déchargement (HLU) model¹⁰, très peu est connu sur les effets de gravité partielle. La gravité martienne est 38 % de la terre et cette planète est devenue le centre de l’exploration à long terme¹¹; Il est donc important de comprendre les altérations musculaires qui peuvent survenir dans ce paramètre. Pour ce faire, nous a développé un poids partielle portant (PWB) rats¹², issu des travaux précédent de souris^6,13, qui a été validé à l’aide de résultats aussi bien musculaires et osseuses. Cependant, l’exploration de Mars sera précédée par une période prolongée de microgravité, qui n’a pas abordée dans notre modèle précédemment décrit¹². Par conséquent, dans cette étude, nous altéré notre modèle pour simuler un voyage vers Mars, consistant en une première phase de déchargement total postérieur et immédiatement suivie d’une deuxième phase de roulement de poids partielle à 40 % de charges normales.

Contrairement à la plupart des modèles HLU, nous avons choisi d’utiliser un harnais pelvien (basé sur celui qui est décrit par Chowdhury et al.⁹) plutôt que d’une suspension de queue pour améliorer le confort des animaux et doit pouvoir se déplacer en toute transparence et sans effort de HLU au PTB en quelques minutes. Parallèlement, nous avons utilisé les cages et les dispositifs de suspension que nous avons précédemment développé et décrit abondamment¹². En plus de fournir des données fiables/cohérentes, nous aussi déjà démontré que le point d’attache fixe du système suspension au centre de la tige n’empêchait pas les animaux de déplacement, toilettage, alimentation ou de boire. Dans cet article, nous décrirons comment décharger des membres postérieurs des animaux (totalement ou partiellement), de vérifier leur niveau de gravité atteint, ainsi que la manière d’évaluer sur le plan fonctionnel les altérations musculaires qui en résultent, Agrippez-vous force et humides de la masse musculaire. Ce modèle serait extrêmement utile pour les chercheurs qui cherchent à étudier les conséquences de gravité partielle (artificielle ou extra-terrestre) sur un système musculo-squelettique déjà compromis, leur permettant d’étudier comment les organismes s’adaptent à partielle, rechargement et pour l’élaboration de contre-mesures qui pourraient être développés pour rester en santé pendant et après les vols habités.

Protocole

Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par l’animalier institutionnel et utilisation Comité (IACUC) de Beth Israel Deaconess Medical Center sous le numéro de protocole 067-2016.

Remarque : Mâle Wistar rats âgés de 14 semaines au départ (jour 0) sont utilisés. Des rats sont logés individuellement en cages personnalisé 24h préalables de base permettant d’acclimatation.

1. déchargement du membre postérieur

Remarque : Le harnais pelvien peut être mis sur animaux anesthésiés ou éveillés. Ici, la description du protocole est donnée sur animaux anesthésiés. Porter le bon équipement de protection individuelle (EPI) pour traiter les animaux.

1. Placez le rat dans une boîte d’anesthésie avec 3,5 % isoflurane et un débit d’oxygène de 2 L/min.
   Remarque : Anesthetization correcte est confirmée quand une pincée de ferme de la patte arrière ne pas déclencher une réaction.
2. Une fois que l’animal est complètement anesthésié, placez le rat sur le banc avec gaz anesthésique venant d’une ogive avec 2 % isoflurane et une alimentation en oxygène de 1,5 L/min.
3. Placez le rat dans une position couchée et enfilez le harnais pelvien dans un mouvement rostro-caudal.
4. Plier le harnais pelvien pour fournir un confortable s’adapter tout en veillant à ne pas presser doucement les membres postérieurs pour éviter les écorchures et l’inconfort.
5. Fixer la chaîne d’acier inoxydable avec le fermoir pivotant sur le dessus du harnais pelvien, où un crochet est fixé à la base de la queue.
6. Retirez le rat de l’anesthésie et placer l’animal dans une cage personnalisée avec la chaîne étendue à son maximum.
7. Une fois que le rat est pleinement éveillée et mobile, raccourcir la chaîne à l’aide de la boucle supérieure pivotante jusqu'à ce que les membres postérieurs peuvent ne plus atteindre le sol.
8. Observer l’animal pendant quelques minutes afin d’évaluer son confort et s’assurer qu’à tout temps, les deux membres postérieurs restent complètement déchargé.

2. roulement de poids partielle

Remarque : Cette étape peut être réalisée chez l’animal éveillé et anesthésiés.

1. Convertir le dispositif de suspension HLU une suspension PWB en ajoutant la partie triangulaire composée de chaînes en acier inoxydable et d’une tige arrière.
2. Anesthésier l’animal suivant les mêmes procédures que détaillées pour la HLU (étapes 1.1 et 1.2).
3. Placez une veste d’attache de la taille appropriée sur les membres antérieurs du rat (M pour les rats de 400 g ou moins, L pour les rats pesant au-dessus de 400 g) et fermer à l’aide de la rallonge soutien-gorge dos.
4. Fixer un fermoir de la partie en forme de triangle au crochet situé sur le prolongateur de dos soutien-gorge et le fermoir opposé sur le crochet situé sur le harnais pelvien à la base de la queue.
5. Permettre à l’animal récupérer de l’anesthésie dans la cage. Une fois réveillé, vérifiez que la suspension est égale sur les membres antérieurs et les postérieurs en raccourcissant la chaîne et en modifiant l’emplacement de la boucle de pivot inférieur si nécessaire.
   Remarque : Cette étape peut également être réalisée à l’aide d’une plaque de force pour confirmer le chargement égal sur tous les membres.
6. Placez le rat sur le dessus de l’échelle pour enregistrer le poids de corps « chargé », c'est-à-dire, le poids de l’animal et l’ensemble de l’appareil, sans raccourcir la chaîne.
7. Raccourcir la chaîne jusqu'à ce que la balance affiche 40 % du poids corporel « chargé » et rendu l’atteint niveau de gravité (exprimée comme le rapport entre le poids à vide et le poids sous charge).
8. Observer l’animal pour s’assurer que le poids à vide est stable et que le rat est également chargé sur tous les membres.
9. Retirez l’ensemble de l’appareil à l’aide de la tige et replacez le rat dans sa cage.

3. Evaluation des pattes arrière poignée de force

1. Tenir le rat avec une retenue traditionnelle en mettant une main sous les pattes avant. Doucement, maintenez la queue avec la deuxième main.
2. Approcher le guidon avec les pattes arrière et assurez-vous que les deux pattes reposent entièrement sur la barre.
   Remarque : Si le rat ne pas pleinement prenez la barre ou n’affiche pas de toute évidence de préhension volontaire, relâcher légèrement le dispositif de retenue. Si cela échoue, le rat de retour à sa cage et réessayer après quelques minutes.
3. Tirez doucement le rat droite jusqu'à ce qu’il libère son emprise. Noter la force maximale affichée sur le transducteur.
4. Attendre environ 30 s entre les mesures et répéter le test 3 fois.
5. Calculer la moyenne des trois mesures de scoring, pour tenir compte de la fatigue.

4. enregistrement du muscle masse fraîche

1. Place le rat dans une chambre l’euthanasie de CO₂ . Après avoir attendu le moment opportun selon les lignes directrices IACUC et AVMA, confirmer l’euthanasie par une observation visuelle d’un manque de respiration.
2. Placez le rat sur la table de dissection dans une position couchée et enlever la fourrure et la peau par incision près de la cheville à l’aide de ciseaux de dissection petit. Utiliser les mains pour retirer la couche de la peau.
3. À l’aide de ciseaux de dissection petit, doucement briser l’aponévrose du muscle et isoler le tendon du calcanéum.
   Remarque : Le tendon du calcanéum est le point d’attache des muscles Gastrocnémiens et le muscle soléaire.
4. Tout en tenant le tendon du calcanéum avec une petite paire de pincettes, utiliser des ciseaux de dissection pour isoler les muscles Gastrocnémiens et soléaire du biceps femoris, situé au-dessus.
5. Une fois isolé, coupé du point d’attache des muscles Gastrocnémiens et soléaire dans la région poplitée.
6. Tirer le soléaire loin le gastrocnémien délicatement et détacher en coupant le tendon du calcanéum.
7. Place le rat dans une position en décubitus dorsal. Avec précaution, retirer le carénage et peler le jambier antérieur de la cheville dans un mouvement ascendant.
8. Couper le jambier antérieur à son point de fixation supérieur.
9. Enregistrer la masse humide exacte de chaque muscle excisé en utilisant une balance de précision taré et un bateau de pesage.

Résultats

Profitant des nouvelles cages que nous avons déjà conçu et décrit en détail¹², nous avons utilisé un dispositif de suspension axée sur la chaîne en acier inoxydable qui convient à la fois du membre postérieur déchargement (HLU, Figure 1) et partiel portantes (PWB, Figure 2). L’avantage essentiel de notre conception est la capacité d’aller d’un type de déchargement à l’autre en quelqu...

Discussion

Ce modèle présente le premier analogiques terrestres développé pour étudier les niveaux successifs de déchargement mécaniques et vise à imiter un voyage à et rester sur Mars.

Beaucoup d’étapes du présent protocole est essentiels pour assurer son succès et doivent être examinés attentivement. Tout d’abord, il est essentiel de surveiller le bien-être des animaux et s’assurer qu’elles maintiennent un comportement normal (c'est-à-dire, exécution de tâches telles que mange...

matériels

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
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