O financiamento da investigação foi recebida por meio do Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame (NS049177 e NS087834). Os autores gostariam de agradecer as contribuições intelectuais do falecido Dr. Paul Bass e seus colegas ao projeto original dos medidores de deformação; e Carol Tollefsrud para a fabricação e comercialização dos medidores de deformação até a cessação da produção em 2010, bem como para a sua correspondência perspicaz.

Todos os procedimentos seguiram Institutos Nacionais de Saúde e as orientações foram aprovadas pelo Comitê de Cuidados e Uso de Animais Institucional na Universidade Penn State Hershey College of Medicine. Os ratos foram alojados utilizando práticas comuns biotério. Nota: Este protocolo utiliza ratos machos Wistar ≥8 semanas de idade e pesando inicialmente 175-200 g. 1. Procedimentos para fabricação de Strain Gage <ol><li> Mais ferramentas e componentes permanecem disponíveis a partir das empresas de origem ou sucessores e estão resumidos na Tabela 1. </li><li> Preparação e colagem de dois extensômetros um único elemento <ol><li> Manipular os elementos strain gage (EA-06-031-350) cuidadosamente com água limpa Dumont # 5 fórceps. Para limitar o movimento indesejado dos elementos, usar uma pequena limpo, peça, auto-adesivo de papel com o lado adesivo virado para cima para prender os elementos de superfície de trabalho, sem o risco de contaminação ou a adesão excessiva. </li><li> Bond dois strain gage únicoelementos back-to-back, para formar um elemento dual. Limpar a parte de trás de cada elemento de película com álcool isopropílico e permitir a secagem por evaporação (secagem com gaze de fibra frequentemente introduz contaminantes que são difíceis de remover). Sob a orientação estereomicroscópio (1 - 3x), e usando uma escova limpa artista (10-0 pêlo de camelo), aplicar uma fina película de adesivo de epóxi-fenólica para a parte de trás de um elemento e colocar imediatamente a opostos volta do segundo elemento de contacto e alinhar as grades da folha (Figura 1A). </li><li> Colocar os elementos ligados em um 50 - 60 ° C forno S / N para curar totalmente o epoxi. NOTA: Não fixar os elementos ligados desde o excesso de epóxi pode escoar sobre os elementos e pressão podem causar desalinhamento das grades. O epoxi de duas peças tem uma vida útil de refrigeração apenas 6 semanas após a mistura. Bond e curar uma quantidade suficiente de elementos de uma só vez e armazená-los em um ambiente limpo, livre de poeira, o ambiente para uso posterior. </li></ol></li><li> Dimensionamento e fiaçãoElemento duplo extensômetros <ol><li> Apare os dois aspectos ligados a um tamanho final de 3 x 3 mm com um bisturi # 11 ou lâmina de barbear única aresta. Atraso aparar a parte superior dos elementos de dupla neste momento, de modo a ter uma área de manipulação segura do elemento (Figura 1A). </li><li> Cada elemento requer um fio de quatro condutores fabricados a partir de três condutores, bondable, Teflon fio isolado (P / N 336-FTE). Desmonte um 30 centímetros trançado fio de arame de três condutores em três fios constituintes. </li><li> Para fazer um cabo de quatro fios, emparelhar um dos fios individuais resultantes com o fio da mesma cor contido dentro de uma segunda 30 cm de comprimento de fio condutor de três. Nas etapas seguintes, estes fios coloridos correspondentes serão unidas na extremidade do terminal para formar um fio comum para o aferidor de tensão final (Figura 1B). </li><li> Retire aproximadamente 1 mm de isolamento de Teflon de ambas as extremidades de cada fio com fio strippers térmicas. Usando ativado sol resinadering fluxo e de baixa temperatura de solda (ponto de fusão 183 ° C), as extremidades dos fios de estanho com um ferro de soldar. </li><li> Para o próximo passo, é necessária uma ponta microsoldering para formar uma junta de solda, mais discreto para evitar danos causados ​​pelo calor à camada de película do elemento (Figura 1C). Para fabricar uma ponta microsoldering menor, envolver um pequeno pedaço de fio de cobre (~ 0.25 mm de diâmetro) uma vez em torno da ponta de soldar padrão, assegurando que o fio de cobre se estende para além do comprimento da ponta de soldar padrão. </li><li> Flux apenas as almofadas de solda de um lado do elemento duplo ligado com uma limpeza 10-0 escova e solda um single e um dos condutores comuns emparelhado com o bloco de solda (Figura 1D). Fluxo residual pode ser removido mais tarde com uma escova limpa embebido em resina de solvente. </li><li> Repetir o processo no lado oposto, assegurando que o condutor do fio comum restante é soldada à almofada oposta à ligação comum original. </li></ol></li><li> Testando umnd epoxying duplo elemento extensômetros <ol><li> Conectores soquete ouro solda (E363 / 0) para as extremidades livres dos fios condutores. Neste momento, conecte o aferidor de tensão a um amplificador de controlo (descrito abaixo), para testar a integridade do conjunto de elemento duplo. </li><li> Meça a resistência com uma boa qualidade de um voltímetro. Elementos registrar uma resistência de aproximadamente 350 Ω. Conexões inadequadas resolder neste momento com solda nova. </li><li> Se as conexões de solda e montagem do elemento duplo forem considerados satisfatórios, corte o filme elemento restante. </li><li> Isolar as juntas de solda sobre as almofadas de elemento de solda com uma camada fina de duas partes de resina de epóxi de silicone-borracha (N / P E211). Para melhores resultados, curar parcialmente a resina para 20 - 30 minutos antes da aplicação (Figura 1E). </li></ol></li><li> Encapsular medidores dupla elemento de tensão em silicone <ol><li> Cortar três pedaços de 0,5 milímetros de espessura de folha de silicone (P / N 20-20) a 15 mm 2 e cinclinar o silicone com água destilada. Cortar um pedaço de folha de silicone em forma de U, a fim de acomodar a montagem final elemento duplo, sem deformar a encapsulação de silicone (Figura 1F). </li><li> Cubra as superfícies internas das folhas de silicone livre de gama com adesivo de silicone transparente. </li><li> Sanduíche o conjunto duplo elemento dentro do entalhe e as folhas externas alinhadas, em seguida, pressione suavemente para fora o excesso de silicone, bem como as bolhas de ar, a partir do centro para fora. Apertar cuidadosamente o conjunto encapsulado entre dois blocos de ações barra de metal por 24 horas para assegurar a espessura uniforme e que não ocorrem deformações. </li><li> Permitir que o excesso de silicone de permanecer ao longo dos limites da montagem e cura. Este excesso irá ser removida quando a folha de silicone é cortado com as dimensões desejadas finais (frequentemente de 6 mm x 8 mm; Figura 1G). </li></ol></li><li> Conclusão do conector do fio e calibração <ol><li> Reforçar a junção da soldados conectores soquete ouro sobre o fio do terminal indivíduo lidera com 3 mm (1/8 de polegada) encolher tubo e alinhar dentro de um eletrodo pedestal de plástico (MS363, Figura 1H). Fixe o pedestal do eletrodo e fios com 0,125 e 0,25 polegadas de diâmetro encolher tubulação para evitar a desconexão durante o experimento (Figura 1I). </li><li> Sinais Strain Gauge são processadas através de um amplificador de ponte de alto ganho (P / N AMP-01-SG). Conecte o strain gage ao amplificador usando um cabo com um plugue acoplado (363 - SL / 6) para coincidir com o pedestal do eletrodo. A tampa de rosca proporciona uma segurança adicional para manter os sinais ininterruptamente durante todo o experimento. </li><li> Ajuste as configurações de ponte, equilíbrio e ganho do amplificador para um strain gage dedicado as instruções do fabricante. Apor o final do extensómetro, onde os fios de saída horizontal para uma pinça rígida e calibrar através da colocação de um 1 g de carga estática na extremidade oposta, como descrito originalmente por Pascaud e colegas2, 16, 17. </li></ol></li></ol> 2. Procedimentos cirúrgicos para aguda Implantação de Strain Gage <ol><li> Animal Care e Preparação: <ol><li> Alimentos privar animais experimentais na noite anterior implante cirúrgico (água podem ser fornecidas ad libitum). </li><li> Profundamente anestesiar o animal. Tiobutabarbital (100 - 150 mg / kg; ip em ratos) é o preferido para a implantação de terminais extensómetro e experimentação, devido ao efeito anestésico sustentada e alteração mínima de reflexos gástricas no rato 10 (ou seja, não sobrevivência.). Teste para a ausência de pata pitada reflexo para determinar a profundidade da anestesia. </li><li> Prepare o rato para cirurgia asséptica, como ditado pelo projeto experimental e aprovou as orientações IACUC incluindo esterilização instrumentos cirúrgicos, raspando locais de incisão, a aplicação de pomada vet olho e desinfecção de todas as áreas cirúrgicas. NOTA: Se o strain gage está sendo adaptado para uso crônico, esterilizar oo strain gage apenas com óxido de etileno esterilização (gás). O uso de técnicas de calor ou de esterilização química pode danificar o aferidor de tensão. </li></ol></li><li> A intubação traqueal para experimentos de terminal: <ol><li> Para longa duração, terminal, experimentos entubar o rato com um tubo traqueal para manter as vias respiratórias abertas. Faça um 1 - cm incisão mediana 2 no lado ventral do pescoço da borda inferior da mandíbula até a fúrcula. </li><li> Separa-se os músculos de cinta subjacentes, utilizando uma dissecção romba na linha média para expor a traqueia. Isolar a traquéia eo esôfago subjacentes e coloque um laço de 3-0 ethilon sutura entre a traqueia eo esófago para formar uma ligadura. </li><li> Abra a traquéia anteriormente, fazendo uma pequena Realizado incisão na membrana entre dois dos anéis cartilaginosos da traquéia apenas distais à glândula tireóide. Inserir um pequeno pedaço de tubo de polietileno (P / N de PE-270), 5 mm de comprimento (e chanfrado numa extremidade) na traqueiae fixá-lo no lugar com a ligadura. </li><li> Coloque os músculos da cinta de volta no lugar e suturar a pele sobrejacente com 3-0 ethilon. </li></ol></li><li> Strain Gauge instrumentação para a superfície gastrointestinal: <ol><li> Passe os quatro cantos do strain gage com 4-5 cm de comprimento de 4-0, ou menor, fio de seda estéril usando um # 14 ponto estreitamento 3/8 círculo agulha antes da cirurgia. Sutura de seda proporciona um elevado grau de flexibilidade e é menos susceptível de danificar o silicone encapsular o elemento de extensómetro. NOTA: fio de seda é aceitável para cirurgias não-sobrevivência e para aplicações internas, onde a absorção de bactérias através de uma barreira epitelial não é um risco. Em aplicações que necessitam de cirurgia de sobrevivência, uma sutura prolene é necessária a fim de reduzir o risco de infecção inerente às fibras de tecido trançado da sutura de seda. </li><li> Realize uma laparotomia por incisão de pele abdominal ao longo da linha média. Seção da musculatura reto abdominal ao longolinha alba ligação (avascular) para evitar sangramento. Em seguida, faça uma incisão na linha média muito superficial no peritônio parietal para evitar lacerar vísceras abdominais subjacente. </li><li> Exteriorizar o estômago com o auxílio de solução salina com ponta de algodão embebido aplicadores. Manter o estômago em posição por cuidadosamente colocando-o numa solução salina almofada de gaze embebida na extremidade caudal da incisão abdominal. </li><li> Alinhar a grade do extensómetro encapsulado em paralelo com as fibras do músculo liso circular. Usando as suturas anteriormente rosca (passo 2.3.1), anexar os cantos do medidor à superfície serosa ventral do corpo gástrico usando um # 14 ponto estreitamento 3/8 círculo agulha. A fim de minimizar o dano tecidual e sangramento potencial, não use agulhas gumes cortantes e não perfurar quaisquer vasos sanguíneos superficiais na superfície do estômago. </li><li> Comece o padrão de sutura do calibre ao longo da curvatura maior do estômago, perto do fundo / limite corpus e prossigaseguinte ao longo do fundo / corpus boundary direção da curvatura menor. A serosa subjacente ao strain gage deve ser nem folga nem excessivamente esticada, a fim de obter os melhores resultados. </li><li> Voltar cuidadosamente o estômago a sua posição anatômica utilizando algodão derrubado aplicadores embebidos com solução salina. </li><li> Num modelo agudo, exteriorizar o extensómetro leva na extremidade caudal da incisão na linha antes do fecho da incisão abdominal. Fixar os fios livres para o animal (por exemplo,., Pata traseira), a fim de proporcionar alívio de tensão durante a manipulação do animal ou do conector de fio do terminal. Feche os músculos reto abdominal e da pele abdominal separadamente com 3-0 nylon sutura. Num modelo crónico, fixar os fios por via subcutânea, ao longo do lado dorsal do rato e exterioriza-las por cima do crânio 18. </li><li> Depois da instrumentação cirúrgica, colocar os animais numa moldura estereotáxica para suportar a cabeça e elevar a parte superior do tronco. O último passo ajuda a reduzir a reartefato spiration durante a gravação. Monitorar a temperatura rectal e mantida a 37 ± 1 ° C por meio de um almofada de aquecimento controlada por realimentação. </li><li> Na conclusão de experimentos terminais utilizando anestesia tiobutabarbital, o animal deve ser sacrificado de forma consistente com a American Veterinary Medical Association (AVMA) Orientações sobre a eutanásia. </li></ol></li><li> Gravações motilidade gástrica: <ol><li> Amplificar o sinal de strain gage com qualquer amplificador ponte DC disponível comercialmente. </li><li> Anote os sinais de saída DC em um computador com a função de gravador de gráficos de qualquer sistema de aquisição de dados disponíveis no mercado. Observação: Uma cópia impressa da saída do amplificador pode ser gerado por meio de um registador de polígrafo. </li></ol></li></ol> 3. Representante Medição de gástricas Contrações Após Brainstem Estimulação <ol><li> Exposição de tronco cerebral e quarto ventrículo <ol><li> Após a instrumentação cirúrgica e placement do animal tiobutabarbital anestesiados em um quadro estereotáxico, faça de 1,5 - 2 cm da incisão na linha média do osso occipital em direção à base do pescoço. </li><li> Separe o tecido conjuntivo que une as barrigas musculares bilaterais dos músculos do pescoço subjacentes ao longo da linha média (músculos de superficial a profunda são auris longus porção cranial, levantador da porção caudal auris longus e platisma porção cranial levantador). </li><li> Retire a longus levantador auris do osso occipital uma vez a linha média está claramente definido e exposto. </li><li> Expor cuidadosamente a região caudal do crânio por meio de dissecção romba para separar músculo platisma da dura-máter subjacente. </li><li> Use uma nova agulha de 25 G para separar cuidadosamente a dura-máter ao longo do forame magno estendendo bilateralmente para os côndilos occipitais. </li><li> Use # 5 fórceps Dumont para remover a pia e meninges aracnóide que cobre o quarto ventrículo e expor o tronco cerebral. </li></ol></li><li> Quarta thyrotropin ventrículo hormônio liberador de administrar ou nitroprussiato de sódio por via intravenosa <ol><li> Pesar e dissolver hormona libertadora da tirotropina (TRH) em solução salina estéril para obter uma concentração final de 50 uM TRH. </li><li> Pesar e dissolver o nitroprussiato de sódio (SNP) em solução salina estéril para obter uma concentração final de 150 uM de SNP. </li><li> Usando uma seringa de 10 mL, administrar 2 ul de TRH (dose final é igual a 100 pmol) para a superfície dorsal do tronco cerebral quarto ventrículo para facilitar a gravação de contracções gástricas. </li><li> Usando uma seringa esterilizada e 27 L de agulha, administrar 150 umol / kg de SNP através da veia da cauda, ​​para facilitar a gravação do relaxamento gástrico. </li></ol></li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests. The suppliers listed in this manuscript are provided for reference only.

Os procedimentos aqui apresentados permitem laboratórios individuais para fabricar extensómetros miniatura sensíveis para aplicações biológicas, incluindo, mas não limitado a, a motilidade gastrointestinal em animais pequenos de laboratório. Uma vez que a produção comercial destes extensômetros cessou, os laboratórios que investigam a função gastrointestinal estão limitados a outras técnicas que podem não permitir a gama completa de aplicações experimentais que estão disponíveis. Este relatório for...

Estudos experimentais que registram in vivo gastrointestinal (GI) motilidade através de um número de condições experimentais continuam a ser um poderoso instrumento para a compreensão dos processos subjacentes normais e patológicos necessários para a homeostase de nutrientes. Tradicionalmente, inúmeras metodologias experimentais, alguns com semelhanças com os encontrados na prática clínica 1, têm sido usadas para quantificar diretamente mudanças na taxa de contração GI 2-5, pressão intraluminal 6, 7, ou o GI trânsito de marcadores não-absorvíveis 8, 9 ou isótopos estáveis ​​10-12. Cada uma destas técnicas apresenta vantagens e desvantagens únicas, as quais foram tratadas previamente na literatura. Por exemplo, o utilitário de manometria balão para quantificar as alterações de pressão tem sido questionada devido ao cumprimento inerente do material do balão enquanto a recuperação gastrointestinal de marcadores não absorvíveis exige eutanásia anima experimentall para um único ponto de dados. Recentemente, tem sido relatada a aplicação e validação de um cateter de pressão arterial em miniatura que oferece um método não-cirúrgico para monitorar contratilidade gástrica em ratos e camundongos 3. Enquanto um transdutor de pressão orogastricamente colocado efetivamente elimina variáveis ​​de confusão sobre a função gastrointestinal, evitando procedimentos cirúrgicos invasivos, tal abordagem só é adequado para preparações anestesiados. Além disso, a falta de orientação visual não permite a colocação do transdutor de acordo dentro de regiões específicas do estômago. Como tal, esta aplicação é limitada ao estômago ou no cólon desde visualização, juntamente com o fio de transdutor relativamente rígido, dentro do duodeno ou íleo não é uma opção. Da mesma forma, o biossusceptometria atual (ACB) técnica alternativa biomagnética foi validado para análise contração GI 4. Enquanto a técnica proporciona um ACB ap não invasivaProach para medir as contracções gastrointestinais, ACB sofre de uma limitação similar em que o uso de meios de detecção magnética ingerida não permite a gravação precisa de regiões específicas do tracto gastrointestinal. Esta limitação pode ser superada através da implantação cirúrgica de marcadores magnéticos. No entanto, a técnica ACB exige que o animal ser anestesiado para coleta de dados. Ultrasonomicrometry tem sido empregue em alguns estudos de GI 13, 14, a fim de tirar vantagem do tamanho reduzido, espaciais e temporais de vantagens piezoeléctricos transmissores / receptores de cristal. Ondas de contração do músculo liso gástrico não são um evento de alta freqüência e ocorrem a uma taxa de cerca de 3-5 ciclos / min. Portanto, as vantagens temporais de sonomicrometry pode ser desnecessário para justificar o custo. Além disso, enquanto o movimento linear é medido com precisão com sonomicrometry, as limitações foram apresentados dados sobre gastrointestinal precisointerpretação que pode resultar da implantação de um número insuficiente de cristais 14. Com base nos desenhos originais de Bass e colegas 2, 15 este protocolo visualizado documenta mais plenamente a fabricação passo-a-passo e aplicação experimental de miniatura, medidores de dupla elemento de tensão que possuem alta sensibilidade e flexibilidade para gravar as contrações do músculo liso ao longo de todo o GI trato. As dimensões dos elementos strain são adequados para qualquer aplicação roedor desde sensibilidade e tamanho de terminado o aferidor de tensão são mais dependentes das folhas de silicone encapsulando os elementos. Estes extensômetros são facilmente adaptados para a aplicação aguda e crônica em modelos animais de laboratório anestesiados e comportando livremente proporcionando assim uma única técnica para quantificar as contrações do músculo liso.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Strain gage element</td>
			<td>Micro-Measurements (Vishay Product Group)</td>
			<td>EA-06-031-350</td>
			<td>&#160;Linear pattern, foil, stress analysis strain gage (2 required) 
			<a href="http://www.vishaypg.com/micro-measurements/">www.vishaypg.com/micro-measurements/</a> 
			or 
			<a href="http://www.vishaypg.com/docs/11070/031ce.pdf">http://www.vishaypg.com/docs/11070/031ce.pdf</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>epoxy-phenolic adhesive</td>
			<td>M-bond 610</td>
			<td>General purpose adhesive for bonding strain gage elements</td>
			<td><a href="http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf">http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 conductor insulated wire</td>
			<td>336-FTE</td>
			<td>Fine gage, flexible general purpose wire</td>
			<td><a href="http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf">http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flux and rosin solvent kit</td>
			<td>FAR-2 M-Flux AR kit</td>
			<td>Liquid solder flux</td>
			<td><a href="http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf">http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solder</td>
			<td>361A-20R-25</td>
			<td>Optimized and recommended for strain gage applications</td>
			<td><a href="http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf">http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold socket connector</td>
			<td>PlasticsOne</td>
			<td>E363/0</td>
			<td>Socket contact for electrode pedestal 
			<a href="http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=407">http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=407</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode pedestal</td>
			<td>MS363</td>
			<td>Secure platform for wire contacts</td>
			<td><a href="http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=499">http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=499</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-wire cable</td>
			<td>363 PLUG W/VINYL SL/6</td>
			<td>Pre-fabricated vinyl-coated cable (in customized lengths) with plug adaptor to match electrode pedestal and tinned solder lugs on terminal end</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone rubber casting compound</td>
			<td>EIS electrical products</td>
			<td>Elan Tron E211</td>
			<td>Potting medium for gage/wire solder joints 
			<a href="http://www.eis-inc.com/">http://www.eis-inc.com</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HOTweezers</td>
			<td>Meisei Corporation</td>
			<td>Model 4B</td>
			<td>Wire insulation strippers 
			<a href="http://www.impexron.us/">http://www.impexron.us</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soldering station</td>
			<td>Weller (Apex Tool Group)</td>
			<td>WES 51</td>
			<td>High quality soldering equipment 
			<a href="http://www.apexhandtools.com/weller/index.cfm">http://www.apexhandtools.com/weller/index.cfm</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Available through http://www.eis-inc.com or http://www.amazon.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone sheet</td>
			<td>Trelleborg Sealing Solutions Northborough-Life Sciences</td>
			<td>Pharmelast 20-20</td>
			<td>Encapsulating strain gauge elements 
			10 B Forbes Road Northborough, MA 01532 (800) 634-2000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplifier</td>
			<td>Experimetria Ltd</td>
			<td>AMP-01-SG</td>
			<td> 
			<a href="http://experimetria.com/Biological_amplifiers.php">http://experimetria.com/Biological_amplifiers.php</a></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication and implantation of miniature dual-element strain gages for measuring in vivo gastrointestinal contractions in rodents.

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an area of productive research with over 1,400 published animal studies in just the last 5 years. Numerous techniques have been developed for quantifying smooth muscle activity of the stomach, small intestine, and colon. In vitro and ex vivo techniques offer powerful tools for mechanistic studies of GI function, but outside the context of the integrated systems inherent to an intact organism. Typically, measuring in vivo smooth muscle contractions of the stomach has involved an anesthetized preparation coupled with the introduction of a surgically placed pressure sensor, a static pressure load such as a mildly inflated balloon or by distending the stomach with fluid under barostatically-controlled feedback. Yet many of these approaches present unique disadvantages regarding both the interpretation of results as well as applicability for in vivo use in conscious experimental animal models. The use of dual element strain gages that have been affixed to the serosal surface of the GI tract has offered numerous experimental advantages, which may continue to outweigh the disadvantages. Since these gages are not commercially available, this video presentation provides a detailed, step-by-step guide to the fabrication of the current design of these gages. The strain gage described in this protocol is a design for recording gastric motility in rats. This design has been modified for recording smooth muscle activity along the entire GI tract and requires only subtle variation in the overall fabrication. Representative data from the entire GI tract are included as well as discussion of analysis methods, data interpretation and presentation.

Os dados representativos de um rato anestesiado tiobutabarbital-são mostrados na Figura 2. O traço superior representa as contracções corpo gástrico do rato durante a administração do tronco cerebral de hormona libertadora da tirotropina (TRH, 100 pmol), um péptido que aumentam a motilidade do conhecido 3, 19. Ele mostra contrações iniciais anteriores ao aumento da atividade do músculo liso gástrico fásica. Nota: A análise desses picos de contrações gástricas seguir a fórmul...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents. at JoVE.com

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

The in vivo measurement of smooth muscle contractions along the gastrointestinal tract of laboratory animals remains a powerful, though underutilized, technique. Flexible, dual element strain gages are not commercially available and require fabrication. This protocol describes the construction of reliable, inexpensive strain gages for acute or chronic implantation in rodents.

Fabricação e Implantação de miniatura de elemento duplo Medidores de tensão para medição<em&gt; In Vivo</em&gt; Gastrointestinal Contrações em roedores.

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an ...

fabrication-implantation-miniature-dual-element-strain-gages-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

10.2K visualizações.  Penn State University College of Medicine. The in vivo measurement of smooth muscle contractions along the gastrointestinal tract of laboratory animals remains a powerful, though underutilized, technique. Flexible, dual element strain gages are not commercially available and require fabrication. This protocol describes the construction of reliable, inexpensive strain gages for acute or chronic implantation in rodents.

Vídeo: Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

Fabrication of Electrochemical-DNA Biosensors for the Reagentless Detection of Nucleic Acids, Proteins and Small Molecules

As medicine is currently practiced, doctors send specimens to a central laboratory for testing and thus must wait hours or days to 
receive the results. Many patients would be better served by rapid, bedside tests. To this end our laboratory and others have developed a versatile, reagentless 
biosensor platform that supports the quantitative, reagentless, electrochemical detection of nucleic acids (DNA, RNA), proteins (including antibodies) and small 
molecules analytes directly in unprocessed clinical and environmental samples. In this video, we demonstrate the preparation and use of several biosensors in this 
"E-DNA" class. In particular, we fabricate and demonstrate sensors for the detection of a target DNA sequence in a polymerase chain reaction mixture, an HIV-specific antibody and the drug cocaine. The preparation procedure requires only three hours of hands-on effort followed by an overnight incubation, and their use requires only minutes.

"E-DNA" sensors, reagentless, electrochemical biosensors that perform well even when challenged directly in blood and other complex matrices, have been adapted to the detection of a wide range of nucleic acid, protein and small molecule analytes. Here we present a general procedure for the fabrication and use of such sensors.

Fabricação de Eletroquímica-DNA Biossensores para Detecção Reagentless de ácidos nucléicos, proteínas e pequenas moléculas

As medicine is currently practiced, doctors send specimens to a central laboratory for testing and thus must wait hours or days to 
receive the results. ...

Bioengenharia

Quantification of Global Diastolic Function by Kinematic Modeling-based Analysis of Transmitral Flow via the Parametrized Diastolic Filling Formalism

Quantitative cardiac function assessment remains a challenge for physiologists and clinicians.&#160;Although historically invasive methods have comprised the only means available, the development of noninvasive imaging modalities (echocardiography, MRI, CT) having high temporal and spatial resolution provide a new window for quantitative diastolic function assessment. Echocardiography is the agreed upon standard for diastolic function assessment, but indexes in current clinical use merely utilize selected features of chamber dimension (M-mode) or blood/tissue motion (Doppler) waveforms without incorporating the physiologic causal determinants of the motion itself.&#160;The recognition that all left ventricles (LV) initiate filling by serving as mechanical suction pumps allows global diastolic function to be assessed based on laws of motion that apply to all chambers. What differentiates one heart from another are the parameters of the equation of motion that governs filling. Accordingly, development of the Parametrized Diastolic Filling (PDF) formalism&#160;has shown that the entire range of clinically observed early transmitral flow (Doppler E-wave) patterns are extremely well fit by the laws of damped oscillatory motion.&#160;This permits analysis of individual E-waves in accordance with a causal mechanism (recoil-initiated suction) that yields three (numerically) unique lumped parameters whose physiologic analogues are chamber stiffness (k), viscoelasticity/relaxation (c), and load (xo).&#160;The recording of transmitral flow (Doppler E-waves) is standard practice in clinical cardiology and, therefore, the echocardiographic recording method is only briefly reviewed. Our focus is on determination of the PDF parameters from routinely recorded E-wave data.&#160;As the highlighted results indicate, once the PDF parameters have been obtained from a suitable number of load varying E-waves, the investigator is free to use the parameters or construct indexes from the parameters (such as stored energy 1/2kxo2, maximum A-V pressure gradient kxo, load independent index of diastolic function, etc.) and select the aspect of physiology or pathophysiology to be quantified.

Accurate, causality-based quantification of global diastolic function has been achieved by kinematic modeling-based analysis of transmitral flow via the Parametrized Diastolic Filling (PDF) formalism. PDF generates unique stiffness, relaxation,&#160;and load parameters and elucidates &#39;new&#39; physiology while providing sensitive and specific indexes of dysfunction.

Quantificação da função global diastólica por análise baseada em Modelagem cinemática de transmitral fluxo através do formalismo de enchimento parametrizada diastólica

Quantitative cardiac function assessment remains a challenge for physiologists and clinicians.&#160;Although historically invasive methods have comprised ...

Surgical Technique for the Implantation of Tissue Engineered Vascular Grafts and Subsequent In Vivo Monitoring

The development of Tissue Engineered Vessels (TEVs) is advanced by the ability to routinely and effectively implant TEVs (4-5 mm in diameter) into a large animal model. A step by-step protocol for inter-positional placement of the TEV and real-time digital assessment of the TEV and native carotid arteries is described here. In vivo monitoring is made possible by the implantation of flow probes, catheters and ultrasonic crystals (capable of recording dynamic diameter changes of implanted TEVs and native carotid arteries) at the time of surgery. Once implanted, researchers can calculate arterial blood flow patterns, invasive blood pressure and artery diameter yielding parameters such as pulse wave velocity, augmentation index, pulse pressures and compliance. Data acquisition is accomplished using a single computer program for analysis throughout the duration of the experiment. Such invaluable data provides insight into TEV matrix remodeling, its resemblance to native/sham controls and overall TEV performance in vivo.

Surgical Technique for the Implantation of Tissue Engineered Vascular Grafts and Subsequent In Vivo Monitoring

A step-by-step protocol for the inter-positional placement of Tissue Engineered Vessels (TEVs) into the carotid artery of a sheep using end-to-end anastomosis and real-time digital assessment in vivo until animal sacrifice.

Técnica Cirúrgica para a Implantação de engenharia de tecidos enxertos vasculares e Subsequente<em&gt; In Vivo</em&gt; Monitoring

The development of Tissue Engineered Vessels (TEVs) is advanced by the ability to routinely and effectively implant TEVs (4-5 mm in diameter) into a large ...

Culturing Mouse Cardiac Valves in the Miniature Tissue Culture System

Heart valve disease is a major burden in the Western world and no effective treatment is available. This is mainly due to a lack of knowledge of the molecular, cellular and mechanical mechanisms underlying the maintenance and/or loss of the valvular structure. 
Current models used to study valvular biology include in vitro cultures of valvular endothelial and interstitial cells. Although, in vitro culturing models provide both cellular and molecular mechanisms, the mechanisms involved in the 3D-organization of the valve remain unclear. While in vivo models have provided insight into the molecular mechanisms underlying valvular development, insight into adult valvular biology is still elusive. 
In order to be able to study the regulation of the valvular 3D-organization on tissue, cellular and molecular levels, we have developed the Miniature Tissue Culture System. In this ex vivo flow model the mitral or the aortic valve is cultured in its natural position in the heart. The natural configuration and composition of the leaflet are maintained allowing the most natural response of the valvular cells to stimuli. The valves remain viable and are responsive to changing environmental conditions. This MTCS may provide advantages on studying questions including but not limited to, how does the 3D organization affect valvular biology, what factors affect 3D organization of the valve, and which network of signaling pathways regulates the 3D organization of the valve.

Here, we present an ex vivo flow model in which murine cardiac valves can be cultured allowing the study of the biology of the valve.

Cultura Rato Cardiac Valves no Sistema de Cultura de Tecidos Miniature

Heart valve disease is a major burden in the Western world and no effective treatment is available. This is mainly due to a lack of knowledge of the ...

Gradient Strain Chip for Stimulating Cellular Behaviors in Cell-laden Hydrogel

Artificial guidance for cellular alignment is a hot topic in the field of tissue engineering. Most of the previous research has investigated single strain-induced cellular alignment on a cell-laden hydrogel by using complex experimental processes and mass controlling systems, which are usually associated with contamination issues. Thus, in this article, we propose a simple approach to building a gradient static strain using a fluidic chip with a plastic PDMS cover and a UV transparent glass substrate for the stimulation of cellular behavior in a 3D hydrogel. Overloading photo-patternable cell prepolymer in the fluidic chamber can generate a convex curved PDMS membrane on the cover. After UV crosslinking, through a concentric circular micropattern under the curved PDMS membrane, and buffer washing, a microenvironment for investigating cell behaviors under a variety of gradient strains is self-established in a single fluidic chip, without external instruments. NIH3T3 cells were demonstrated after observing the change in the cellular alignment trend under geometry guidance, in cooperation with strain stimulation, which varied from 15 - 65% on hydrogels. After a 3-day incubation, the hydrogel geometry dominated the cell alignment under low compressive strain, where cells aligned along the hydrogel elongation direction under high compressive strain. Between these, the cells showed random alignment due to the dissipation of the radical guidance of hydrogel elongation and the geometry guidance of the patterned hydrogel.

This article introduces a simple approach to providing non-continuous gradient static strains on a concentric cell-laden hydrogel to regulate cell alignment for tissue engineering.

Gradiente de pressão Chip para estimulantes comportamentos celulares em hidrogel de célula-carregado

Artificial guidance for cellular alignment is a hot topic in the field of tissue engineering. Most of the previous research has investigated single ...

Rigid Embedding of Fixed and Stained, Whole, Millimeter-Scale Specimens for Section-free 3D Histology by Micro-Computed Tomography

For over a hundred years, the histological study of tissues has been the gold standard for medical diagnosis because histology allows all cell types in every tissue to be identified and characterized. Our laboratory is actively working to make technological advances in X-ray micro-computed tomography (micro-CT) that will bring the diagnostic power of histology to the study of full tissue volumes at cellular resolution (i.e., an X-ray Histo-tomography modality). Toward this end, we have made targeted improvements to the sample preparation pipeline. One key optimization, and the focus of the present work, is a straightforward method for rigid embedding of fixed and stained millimeter-scale samples. Many of the published methods for sample immobilization and correlative micro-CT imaging rely on placing the samples in paraffin wax, agarose, or liquids such as alcohol. Our approach extends this work with custom procedures and the design of a 3-dimensional printable apparatus to embed the samples in an acrylic resin directly into polyimide tubing, which is relatively transparent to X-rays. Herein, sample preparation procedures are described for the samples from 0.5 to 10 mm in diameter, which would be suitable for whole zebrafish larvae and juveniles, or other animals and tissue samples of similar dimensions. As proof of concept, we have embedded the specimens from Danio, Drosophila, Daphnia, and a mouse embryo; representative images from 3-dimensional scans for three of these samples are shown. Importantly, our methodology leads to multiple benefits including rigid immobilization, long-term preservation of laboriously-created resources, and the ability to re-interrogate samples.

We developed protocols and designed a custom apparatus to enable embedding of millimeter-scale specimens. We present sample preparation procedures with an emphasis on embedding in acrylic resin and polyimide tubing to achieve rigid immobilization and long-term storage of specimens for the interrogation of tissue architecture and cell morphology by micro-CT.

Rígida incorporação de fixo e manchado, inteiro, espécimes de milímetro-escala para histologia seção livre 3D por Microtomografia computadorizada

For over a hundred years, the histological study of tissues has been the gold standard for medical diagnosis because histology allows all cell types in ...

Fabrication of Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays for In Vivo Neural Recording

Implantable microelectrode technologies have been widely used to elucidate neural dynamics at the microscale to gain a deeper understanding of the neural underpinnings of brain disease and injury. As electrodes are miniaturized to the scale of individual cells, a corresponding rise in the interface impedance limits the quality of recorded signals. Additionally, conventional electrode materials are stiff, resulting in a significant mechanical mismatch between the electrode and the surrounding brain tissue, which elicits an inflammatory response that eventually leads to a degradation of the device performance. To address these challenges, we have developed a process to fabricate flexible microelectrodes based on Ti3C2 MXene, a recently discovered nanomaterial that possesses remarkably high volumetric capacitance, electrical conductivity, surface functionality, and processability in aqueous dispersions. Flexible arrays of Ti3C2 MXene microelectrodes have remarkably low impedance due to the high conductivity and high specific surface area of the Ti3C2 MXene films, and they have proven to be exquisitely sensitive for recording neuronal activity. In this protocol, we describe a novel method for micropatterning Ti3C2 MXene into microelectrode arrays on flexible polymeric substrates and outline their use for in vivo micro-electrocorticography recording. This method can easily be extended to create MXene electrode arrays of arbitrary size or geometry for a range of other applications in bioelectronics and it can also be adapted for use with other conductive inks besides Ti3C2 MXene. This protocol enables simple and scalable fabrication of microelectrodes from solution-based conductive inks, and specifically allows harnessing the unique properties of hydrophilic Ti3C2 MXene to overcome many of the barriers that have long hindered the widespread adoption of carbon-based nanomaterials for high-fidelity neural microelectrodes.

Fabrication of Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays for In Vivo Neural Recording

We describe here a method for fabricating Ti3C2 MXene microelectrode arrays and utilizing them for in vivo neural recording.

Fabricação de Matrizes de microeletrodo Ti3C2 MXene para gravação neural in vivo

Implantable microelectrode technologies have been widely used to elucidate neural dynamics at the microscale to gain a deeper understanding of the neural ...

High Throughput Yeast Strain Phenotyping with Droplet-Based RNA Sequencing

The powerful tools available to edit yeast genomes have made this microbe a valuable platform for engineering. While it is now possible to construct libraries of millions of genetically distinct strains, screening for a desired phenotype remains a significant obstacle. With existing screening techniques, there is a tradeoff between information output and throughput, with high-throughput screening typically being performed on one product of interest. Therefore, we present an approach to accelerate strain screening by adapting single cell RNA sequencing to isogenic picoliter colonies of genetically engineered yeast strains. To address the unique challenges of performing RNA sequencing on yeast cells, we culture isogenic yeast colonies within hydrogels and spheroplast prior to performing RNA sequencing. The RNA sequencing data can be used to infer yeast phenotypes and sort out engineered pathways. The scalability of our method addresses a critical obstruction in microbial engineering.

A bottleneck in the &#8216;design-build-test&#8217; cycle of microbial engineering is the speed at which we can perform functional screens of strains. We describe a high-throughput method for strain screening applied to hundreds to thousands of yeast cells per experiment that utilizes droplet-based RNA sequencing.

Fenotipagem de tensão de levedura de alta produtividade com sequenciamento de RNA baseado em gotículas

The powerful tools available to edit yeast genomes have made this microbe a valuable platform for engineering. While it is now possible to construct ...

Measuring 3D In-vivo Shoulder Kinematics using Biplanar Videoradiography

The shoulder is one of the human body's most complex joint systems, with motion occurring through the coordinated actions of four individual joints, multiple ligaments, and approximately 20 muscles. Unfortunately, shoulder pathologies (e.g., rotator cuff tears, joint dislocations, arthritis) are common, resulting in substantial pain, disability, and decreased quality of life. The specific etiology for many of these pathologic conditions is not fully understood, but it is generally accepted that shoulder pathology is often associated with altered joint motion. Unfortunately, measuring shoulder motion with the necessary level of accuracy to investigate motion-based hypotheses is not trivial. However, radiographic-based motion measurement techniques have provided the advancement necessary to investigate motion-based hypotheses and provide a mechanistic understanding of shoulder function. Thus, the purpose of this article is to describe the approaches for measuring shoulder motion using a custom biplanar videoradiography system. The specific objectives of this article are to describe the protocols to acquire biplanar videoradiographic images of the shoulder complex, acquire CT scans, develop 3D bone models, locate anatomical landmarks, track the position and orientation of the humerus, scapula, and torso from the biplanar radiographic images, and calculate the kinematic outcome measures. In addition, the article will describe special considerations unique to the shoulder when measuring joint kinematics using this approach.

Biplane videoradiography can quantify shoulder kinematics with a high degree of accuracy. The protocol described herein was specifically designed to track the scapula, humerus, and the ribs during planar humeral elevation, and outlines the procedures for data collection, processing, and analysis. Unique considerations for data collection are also described.

Medindo kinemática de ombro 3D in vivo usando videoradiografia biplanar

The shoulder is one of the human body's most complex joint systems, with motion occurring through the coordinated actions of four individual joints, ...

A Micropatterning Assay for Measuring Cell Chirality

Chirality is an intrinsic cellular property, which depicts the asymmetry in terms of polarization along the left-right axis of the cell. As this unique property attracts increasing attention due to its important roles in both development and disease, a standardized quantification method for characterizing cell chirality would advance research and potential applications. In this protocol, we describe a multicellular chirality characterization assay that utilizes micropatterned arrays of cells. Cellular micropatterns are fabricated on titanium/gold-coated glass slides via microcontact printing. After seeding on the geometrically defined (e.g., ring-shaped), protein-coated islands, cells directionally migrate and form a biased alignment toward either the clockwise or the counterclockwise direction, which can be automatically analyzed and quantified by a custom-written MATLAB program. Here we describe in detail the fabrication of micropatterned substrates, cell seeding, image collection, and data analysis and show representative results obtained using the NIH/3T3 cells. This protocol has previously been validated in multiple published studies and is an efficient and reliable tool for studying cell chirality in vitro.

We present a protocol for determining multicellular chirality in vitro, using the micropatterning technique. This assay allows for automatic quantification of the left-right biases of various types of cells and can be used for screening purposes.

Um ensaio de micropatterning para medir a quiralidade celular

Chirality is an intrinsic cellular property, which depicts the asymmetry in terms of polarization along the left-right axis of the cell. As this unique ...