Тренировка с отягощениями с поправкой на дозировку у мышей с пониженным риском повреждения мышц

Резюме

Настоящий протокол описывает уникальную технику, называемую тренировкой с отягощениями с поправкой на дозировку (DART), которая может быть включена в точные реабилитационные исследования, проводимые на мелких животных, таких как мыши.

Аннотация

Прогрессивная тренировка с отягощениями (PRT), которая включает в себя выполнение мышечных сокращений против постепенно увеличивающихся внешних нагрузок, может увеличить мышечную массу и силу у здоровых людей и в популяциях пациентов. Существует потребность в точных реабилитационных инструментах для проверки безопасности и эффективности PRT для поддержания и/или восстановления мышечной массы и силы в доклинических исследованиях на малых и крупных животных моделях. Методология и устройство PRT, описанные в этой статье, могут быть использованы для выполнения тренировок с отягощениями с поправкой на дозировку (DART). Устройство DART может быть использовано в качестве автономного динамометра для объективной оценки концентрического сократительного крутящего момента, генерируемого дорсифлексорами голеностопного сустава у мышей, или может быть добавлено к ранее существовавшей изокинетической динамометрической системе. Устройство DART может быть изготовлено со стандартным 3D-принтером на основе инструкций и файлов 3D-печати с открытым исходным кодом, представленных в этой работе. В статье также описывается рабочий процесс для исследования по сравнению вызванного сокращением повреждения мышц, вызванного одним приступом DART, с повреждением мышц, вызванным сопоставимым приступом изометрических сокращений (ISOM) в мышиной модели мышечной дистрофии конечностей типа 2B / R2 (мыши BLAJ). Данные восьми мышей BLAJ (четыре животных для каждого состояния) свидетельствуют о том, что менее 10% передней мышцы большеберцовой кости (TA) было повреждено от одного приступа DART или ISOM, причем DART был менее повреждающим, чем ISOM.

Введение

Физические упражнения дают многочисленные преимущества для здоровья скелетных мышц (рассмотрено в Vina et ^al.1). В частности, прогрессивная тренировка с отягощениями (PRT), которая включает в себя выполнение мышечных сокращений против постепенно увеличивающихся внешних нагрузок (например, штанг, гантелей, кабельных шкивов- силовых схем), как известно, помогает увеличить мышечную массу и силу как у здоровых людей, так и у пациентов (рассмотренных в предыдущих публикациях ^2,3 ). PRT основан на принципе перегрузки, который гласит, что, когда мышца сокращается против все больших внешних наг....

протокол

Эксперименты, описанные в этой статье, были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию (IACUC) в Государственном университете Уэйна, Детройт, штат Мичиган, США, в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных (1996, опубликовано National Academy Press, 2101 Constitution Ave. NW, Washington, DC 20055, США). В6. Мыши A-Dysf^prmd/GeneJ (также известные как мыши BLAJ, самцы, ~ 1,5 года), которые моделировали LGMD2B / R2, были использованы для настоящего исследования. Мыши были получены из коммерческого источника (см. Таблицу материалов).

1.....

Результаты

Были изучены самцы мышей BLAJ, которым было ~ 1,5 года. Мыши BLAJ моделируют заболевание мышц человека, LGMD2B / R2. Эти мыши особенно восприимчивы к отсроченному повреждению мышц от одного приступа эксцентрических мышечных сокращений^22,29. Поэтому мыши BLAJ были выбра?.......

Обсуждение

В этой статье представлены пошаговые инструкции о том, как сконструировать устройство для выполнения типа прецизионной реабилитационной тренировки, называемой тренировкой сопротивления с поправкой на дозировку (DART). В работе также описывается применение устройства и методологии DART ?.......

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
AnMiao Star 608 Ceramic Ball Bearing	Anmiao Star (N/A)	AMS127	High precision, low friction wheel bearing.  If make and model is not commercially available, an alternative version of a 608 low-friction wheel bearing, 8 mm bore diameter,  22 mm outside diameter, with silicon nitride ceramic balls in 420 stainless steel housing should suffice.  Excess friction in the wheel bearing will adversely impact performance of the DART device and will increase overall resistance to muscle contractions.
Axio Scope.A1 microscope	Carl Zeiss (Peabody, MA)	Product #Axio Scope.A1	Light and fluorescence microscope
B6.A-Dysfprmd/GeneJ (a.k.a. BLAJ mice)	The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME).  Special colony maintained by The Jain Foundation Inc. for collaborators who study dysferlin.	Stock #012767	Dysferlin deficient mice that model human limb girdle muscular dystrophy type 2B/R2.
Bipolar, transcutaneous, neuromuscular electrical stimulation (NMES) electrode	Harvard Apparatus, Holliston, MA	BS4 50–6824	Electrode for NMES.  If this electrode is not commercially available, please contact corresponding author for alternatives.
Coplin Staining Dish	ThermoFisher (Waltham, MA)	Catalog No. S17495	Staining dish/jar for hematoxylin and eosin (H&E) staining of sections
Cura 4.4.1. Software	Ultimaker, Utrecht, Netherlands	Ultimaker Cura 4.4.1.	Slicing software to convert stereolithography files into G-CODE files
Deltaphase isothermal gel heating pad	Braintree Scientific (Braintree, MA)	Item #39DP	Heating pad to provide thermal support to animals while under anesthesia
Eosin Y	Millipore Sigma (Burlington, MA)	HT110132-1L	Pink cytoplasmic stain
Gorilla Super Glue	The Gorilla Glue Company (Cincinnati, OH)	Gorilla Super Glue Micro Precise	Cyanoacrylate adhesive to bond PLA components
Hematoxylin solution, Gill No.3	Millipore Sigma (Burlington, MA)	GHS332-1L	Dark blue stain for nuclei
HM525NX cryostat	ThermoFisher (Waltham, MA)	Catalog #HM525NX	Cryostat to make frozen sections of muscle
Lab Wipes.  Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipers, 1-Ply	ThermoFisher (Waltham, MA)	Catalog No. 06-666.  Manufacturer #34120	Laboratory wipes to blot mineral oil from muscle tissue before snap freezing and for other purposes.
Labview 2014	National Instruments, Austin, Texas, USA	Labview 2014	Software for custom-written programs/routines that operate the dynamometer and trigger the NMES stimulator.
Liquid nitrogen HDPE Dewar Flasks	ThermoFisher (Waltham, MA)	S34074B.  Thermo Scientific 41502000/EMD	Flask to hold liquid nitrogen for snap freezing muscle or other tissue
Magic depilatory cream	Softsheen Carson (New York, NY)	N/A	Razorless hair removal cream
Metal alligator clip	JINSHANGTOPK (web-based business)	24Pcs 51mm Metal Alligator Clip Spring Clamps	Spring clamp to hold tibial pin
Micrscope slides	Globe Scientific (Mahwah, NJ)	1354W. Diamond White Glass Slides	Charged microscope slides
Mineral Oil	ThermoFisher (Waltham, MA)	BP26291	Mineral oil to cryoprotect muscle tissue before snap freezing
Monoprice Premium 3D Printer Filament PLA	Monoprice (Rancho Cucamonga, CA)	#11778	Premium 3D Printer Filament PLA 1.75mm 1 kg/spool, Gray.  This is the material used to 3D print device components.
Monoprice Select Mini V2 3D printer	Monoprice (Rancho Cucamonga, CA)	Mini V2 3D	3D printer for computer-aided fabrication of device components.
NIH Image software	National Instritues of Health (NIH, Bethesda, MD)	NIH Image for Windows	Image processing and analysis software used to quantify area of muscle damage.  NIH Image is also known as Image J.
Photoshop CS4	Adobe (San Jose, CA)	Creative Suite (CS4). 64 bit version for Windows	Image processing and analysis software used to generate tiled/stiched images of entire muscle cross-section from images of indvidual overlapping fields
PSIU6 stimulation isolation unit	Grass Instruments (West Warwick, RI)	PSIU6 isolation unit	Isolation unit for NMES.  Stimulators, such as Model 4100 from A-M come with a built in stimulation isoloation unit
Roboz 4-0 silk black braided suture material	Roboz Surgical (Gaithersburg, MD)	Roboz Surgical SUT152	Suture material to connect DART device footplate to dynamometer footplate or resistance for resistance training
S48 square pulse stimulator	Grass Instruments (West Warwick, RI)	S48 Stimulator	Laboratory electrical stimulator for NMES .  If this stimulator is not commercially available, Model 4100 Isolated High Power Stimulator from A-M systems could be an alternative.  Please contact co-author Jones for more information.
Scott’s bluing reagent	Ricca Chemical Company (Arlington, TX)	6697-32	Bluing solution that intensifies hematoxylin nuclear staining
SigmaStat version 3.5	Systat Software (San Jose, CA)	SigmaStat version 3.5	Statistical software package for statistical analyses
Tabletop isoflurane vaporizer	VetEquip (Livermore, CA)	Item #901801	Inhaled tabletop anesthesia system
Triple antibiotic first aid ointment	Global Health Products (wed-based business)	Globe Triple Antibiotic First Aid Ointment, 1 oz (2-Pack) First Aid Antibiotic Ointment	Antibiotic ointment applied on tibial pin as part of post-procedural care