Name: mimicking a space mission to mars using hindlimb unloading and partial weight bearing in rats
Uploaded: 2019-04-04T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Mimicking a Space Mission to Mars Using Hindlimb Unloading and Partial Weight Bearing in Rats at JoVE.com

Diese Arbeit wurde unterstützt durch die National Aeronautics and Space Administration (NASA: NNX16AL36G). Autoren möchten Carson Semple danken für die Bereitstellung der Zeichnungen in dieser Handschrift enthalten.

Alle hier beschriebene Methoden wurden von den institutionellen Animal Care und Nutzung Committee (IACUC) des Beth Israel Deaconess Medical Center unter Protokoll-Nummer 067-2016 genehmigt.
Hinweis: Es werden männliche Wistar Ratten im Alter von 14 Wochen vor Behandlungsbeginn (Tag 0) verwendet. Ratten sind in benutzerdefinierten Käfige 24 h vor Grundlinie Akklimatisierung ermöglichen individuell untergebracht.
(1) Megalosauridae entladen
<p class="jove_content...

<ol>
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S., Blaser, C. A., Fitts, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force-velocity+and+power+characteristics+of+rat+soleus+muscle+fibers+after+hindlimb+suspension.">Force-velocity and power characteristics of rat soleus muscle fibers after hindlimb suspension.</a> Journal of Applied Physiology. 77 (4), 1609-1616 (1994).</li><li>Chowdhury, P., Long, A., Harris, G., Soulsby, M. E., Dobretsov, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+model+of+simulated+microgravity:+a+comparative+study+of+hindlimb+unloading+via+tail+versus+pelvic+suspension.">Animal model of simulated microgravity: a comparative study of hindlimb unloading via tail versus pelvic suspension.</a> Physiological Reports. 1 (1), e00012 (2013).</li><li>Morey, E. R., Sabelman, E. E., Turner, R. T., Baylink, D. 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M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Partial+Weight+Bearing+Does+Not+Prevent+Musculoskeletal+Losses+Associated+with+Disuse.">Partial Weight Bearing Does Not Prevent Musculoskeletal Losses Associated with Disuse.</a> Medicine &#38; Science in Sports &#38; Exercise. 45 (11), 2052-2060 (2013).</li><li>Morey-Holton, E. R., Globus, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hindlimb+unloading+rodent+model:+technical+aspects.">Hindlimb unloading rodent model: technical aspects.</a> Journal of Applied Physiology. 92 (4), 1367-1377 (2002).</li><li>Andreev-Andrievskiy, A. A., Popova, A. S., Lagereva, E. A., Vinogradova, O. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluid+shift+versus+body+size:+changes+of+hematological+parameters+and+body+fluid+volume+in+hindlimb-unloaded+mice,+rats+and+rabbits.">Fluid shift versus body size: changes of hematological parameters and body fluid volume in hindlimb-unloaded mice, rats and rabbits.</a> Journal of Experimental Biology. 221 (Pt 17), (2018).</li></ol>

Dieses Modell stellt die erste bodengebundenen analog entwickelt, um aufeinander folgende mechanische entladen Ebenen untersuchen und zielt darauf ab, eine Reise zu imitieren und bleiben auf dem Mars.
Viele Schritte dieses Protokolls sind entscheidend für ihren Erfolg zu sichern und müssen genau untersucht werden. Erstens ist es entscheidend für das Wohlbefinden der Tiere zu überwachen und sicherzustellen, dass sie ein normales Verhalten (d. h. Aufgaben wie Essen, ausruhen und erforschen),...

Außerirdische Ziele, einschließlich der Mond und Mars, die Zukunft der menschlichen Raumfahrt repräsentieren, aber beide haben deutlich schwächer Schwerkraft als die Erde. Während die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den Bewegungsapparat ausgiebig in Astronauten1,2,3,4,5 und Nagetiere6, untersucht wurden 7 , 8 , 9, etablierten Megalosauridae entladen (HLU) Model10, Letzteres ist sehr wenig über die Wirkung der Schwerkraft teilweise bekannt. Mars Schwerkraft ist 38 % der Erdoberfläche und diesem Planeten geworden im Mittelpunkt der langfristigen Exploration11; Daher ist es wichtig zu verstehen, die muskulären Veränderungen, die in dieser Umgebung auftreten können. Dazu entwickelten wir ein teilweise Gewicht tragen (PWB) System in Ratten12, basierend auf früheren Arbeit in Mäusen6,13, die mit Muskeln und Knochen Ergebnisse validiert wurde. Jedoch wird die Erforschung des Mars durch einen längeren Zeitraum der Schwerelosigkeit, vorausgehen, die nicht in unsere oben beschriebenen Modell12gerichtet war. Daher in dieser Studie verändert unser Modell um eine Reise zum Mars simulieren wir, bestehend aus einer ersten Phase des gesamten Megalosauridae entladen und unmittelbar gefolgt von einer zweiten Phase des teilweisen Gewichtsbelastung bei 40 % der normalen Belastung.
Im Gegensatz zu den meisten HLU Modellen wählten wir einen Becken-Gurt (basierend auf dem von Chowdhury Et Al.9beschrieben) verwenden anstatt einer Rute Suspension, Komfort der Tiere zu verbessern und sich nahtlos bewegen können und mühelos von HLU, PWB in wenigen Minuten. In Verbindung verwendeten wir die Käfige und Aussetzung Geräte, die wir zuvor entwickelt und12ausführlich beschrieben. Neben der Bereitstellung von zuverlässigen/konsistenten Daten, haben wir auch zuvor gezeigt, dass die festen Befestigungspunkt des Federungssystems in der Mitte des Stabes nicht verhindern, die Tiere dass von Bewegung, Pflege, Fütterung oder trinken. In diesem Artikel beschreiben wir wie Sie entladen der Tiere Hinterbeine (sowohl vollständig als auch teilweise), überprüfen ihre erzielten Schwerkraft-Ebenen, sowie wie funktional die resultierenden muskulären Veränderungen mit Griff bewerten Kraft und nass Muskelmasse. Dieses Modell wäre äußerst nützlich für Forscher versuchen, untersuchen die Folgen der teilweisen Schwerkraft (künstliche oder extra-terrestrial) auf einem bereits infizierten Muskel-Skelett-System, so dass sie zu untersuchen, wie Organismen anpassen teilweise Nachladen, und für die Entwicklung von Gegenmaßnahmen, die zur Erhaltung der Gesundheit während und nach der bemannten Raumfahrt entwickelt werden könnte.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1668px;" width="1667">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:228px;">10G Insulated Solid Copper Wire</td>
			<td style="width:320px;">Grainger</td>
			<td style="width:133px;">4WYY8</td>
			<td style="width:987px;">100 ft solid building wire with THHN wire type and 10 AWG wire size, black</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2 Custom design plexiglass walls</td>
			<td>P&#38;K Custom Acrylics Inc.</td>
			<td>N/A</td>
			<td>2 clear plexiglass custom wall 3/16&#34; tick, width 12 3/16&#34;, height 18 13/16&#34;, 1 rounded slot 0.25 in of diameter located at the center top of the wall</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">3M Transpore Surgical Tape</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>18-999-380</td>
			<td>Transpore Surgical Tape&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:228px;">Accessory Grasping Bar Rat</td>
			<td style="width:320px;">Harvard Apparatus</td>
			<td style="width:133px;">76-0479</td>
			<td>Accessory grasping bar rat, front or hind paws</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Analytical Scale</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>01-920-251</td>
			<td>OHAUS Adventurer Analytic Balance</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Animal Scale</td>
			<td>ZIEIS by Amazon</td>
			<td>N/A</td>
			<td>70 lb capacity digital scale big top 11.5&#34; x 9.3&#34; dura platform z-seal 110V adapter 0.5 ounce accuracy</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Back Bra Extenders</td>
			<td>Luzen by Amazon</td>
			<td>N/A</td>
			<td>17 pcs 2 hook 3 rows assorted random color women spacing bra clip extender strap</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Digital Force Gage</td>
			<td>Wagner Instruments</td>
			<td>DFE2-010</td>
			<td>50 N Capacity Digital Grip Force Meter Chatillon DFE II</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gauze</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-761-52</td>
			<td>Non-sterile Cotton Gauze Sponges&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Key rings and swivel claps</td>
			<td>Paxcoo Direct by Amazon</td>
			<td>N/A</td>
			<td>PaxCoo 100 pcs metal swivel lanyard snap hook with key rings</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Lobster Claps</td>
			<td>Panda Jewelry International Limited by Amazon</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Pandahall 100 pcs grade A stainless steel lobster claw clasps 13x8mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rat Tether Jacket - Large</td>
			<td>Braintree Scientific</td>
			<td>RJ L</td>
			<td>Rodent Jacket</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rat Tether Jacket - Medium</td>
			<td>Braintree Scientific</td>
			<td>RJ M</td>
			<td>Rodent Jacket</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Silicone tubing</td>
			<td>Versilon St Gobain Ceramics and Plastics</td>
			<td>ABX00011</td>
			<td>SPX-50 Silicone Tubing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Stainless Steel Chains</td>
			<td>Super Lover by Amazon</td>
			<td>N/A</td>
			<td>4.5m 15FT stainless steel cable chain link in bulk 6x8mm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

mimicking a space mission to mars using hindlimb unloading and partial weight bearing in rats

Nagetier bodengebundene Modelle sind weit verbreitet, die physiologischen Konsequenzen des Raumes Flug auf dem physiologischen System und seit 1979 regelmäßig eingesetzt und die Entwicklung der hinteren Gliedmaßen entladen (HLU) zu verstehen. Jedoch sind die nächsten Schritte in der Weltraumforschung jetzt zum Mars zu reisen, wo ist die Schwerkraft 38 % der Erdanziehungskraft. Da kein Mensch dieses Niveau der teilweisen Schwerkraft erlebt hat, ist ein nachhaltiges bodengebundenen Modell notwendig zu untersuchen, wie der Körper bereits durch die Verweildauer in der Schwerelosigkeit, beeinträchtigt auf diesem Teillast reagieren würde. Hier haben wir unsere innovativen teilweise tragende (PWB) Modell zu imitieren eine kurze Mission auf dem Mars zu beurteilen, die physiologischen Beeinträchtigungen in den hinteren Gliedmaßen Muskeln induziert durch zwei verschiedene Ebenen der reduzierten Schwerkraft in sequenzieller Weise angewendet. Dies könnte eine sichere, bodengestützte Modell, die Muskel-Skelett-Anpassungen an Schwerkraft Änderung zu studieren und wirksame Gegenmaßnahmen zur Erhaltung von Gesundheit und Funktion der Astronauten zu etablieren bieten.

Die Vorteile der neuen Käfige, dass wir bereits entworfen und im Detail12beschrieben, wir ein Edelstahl-Kette-basierte Aufhängevorrichtung, die Megalosauridae entladen verwendet (HLU, Abb. 1) und teilweise tragende (PWB, eignet Abbildung 2). Der entscheidende Vorteil unseres Designs ist die Fähigkeit, von einer Art zur anderen in einer Angelegenheit von Minuten unter Beibehaltung einer identischen Umgeb...

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Mimicking a Space Mission to Mars Using Hindlimb Unloading and Partial Weight Bearing in Rats

Durch eine innovative bodengebundenen analogen Modell, können wir eine Weltraummission, die unter anderem eine Reise nach (0 g) und einen Aufenthalt auf dem Mars (0,38 g) bei Ratten zu simulieren. Dieses Modell erlaubt eine longitudinale Bewertung der physiologischen Veränderungen während der zwei Hypo-Schwerkraft Phasen der Mission.

Nachahmung einer Weltraum-Mission zum Mars mit Megalosauridae entladen und teilweisen Belastung bei Ratten

Rodent ground-based models are widely used to understand the physiological consequences of space flight on the physiological system and have been ...

Unser Protokoll bietet einen erheblichen Vorteil, da es die Möglichkeit schafft, Tiere sukzessiven Entladeständen auszusetzen. In der Vergangenheit wurden bei bodengestützten Modellen entweder die Nachleinenentladung oder das Teilgewicht getrennt verwendet. Der Hauptvorteil dieser Technik ist der Einsatz eines einzigen Geräts und einer Umgebung, um zahlreiche Möglichkeiten wie die Nachahmung einer Reise zum Mars und einen kurzen Aufenthalt auf dem Mars zu bieten.Dieses Modell wird helfen, den physiologischen Zustand bei der Landung auf dem Mars und die physiologischen Herausforderungen für Astronauten zu verstehen, die während ihrer Mission mehreren Entladestufen ausgesetzt sind. Dieses Modell könnte Forschern helfen, eine breite Palette von physiologischen Veränderungen zu erforschen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Verhalten, Gedächtnis, Leistung oder Stress. Die Demonstration des Verfahrens wird Daniela Riveros, eine Research Fellow in unserem Labor sein.Um das Entladen des Hinterbeins durchzuführen, legen Sie die voll beantete Ratte mit Anästhesiegas aus einem Nasenkegel mit 2% Isofluran und einem Sauerstoffstrom von 1,5 Litern pro Minute auf die Bank. Legen Sie die Ratte in eine anfällige Position und setzen Sie das Beckengeschirr in einer rostrocaudalen Bewegung. Biegen Sie den Beckengurt vorsichtig, um eine enge Passform zu bieten, während Sie darauf achten, die Hinterbeine nicht zu drücken, um Abschürfungen und Beschwerden zu verhindern.Befestigen Sie die Edelstahlkette mit dem Schwenkverschluss an der Oberseite des Beckengurts, wo ein Haken an der Unterbasis des Schwanzes befestigt ist. Entfernen Sie die Ratte aus der Anästhesie und legen Sie das Tier in einen benutzerdefinierten Käfig mit der Kette, die maximal verlängert ist. Sobald die Ratte vollständig wach und mobil ist, kürzen Sie die Kette mit dem oberen Schwenkverschluss, bis die Hinterbeine nicht mehr den Boden erreichen können.Konvertieren Sie die Hinterbder-Entladevorrichtung in eine partiell gewichtstragende Aufhängung, indem Sie das dreieckige Teil, bestehend aus Edelstahlketten und einer Hinterstange, hinzufügen. Legen Sie eine Tetherjacke der entsprechenden Größe auf die Vorderbeine der Ratte und schließen Sie sie mit dem Hinter-BH-Extender. Befestigen Sie einen Verschluss des dreieckigen Teils des Hakens auf dem hinteren BH-Extender und den gegenüberliegenden Verschluss am Haken, der sich am Beckengurt an der Basis des Schwanzes befindet.Platzieren Sie die Ratte auf der Waage, um das geladene Körpergewicht einschließlich des Gewichts des gesamten Geräts aufzuzeichnen, ohne die Kette zu verkürzen. Verkürzen Sie die Kette, bis die Waage 40 % des geladenen Körpergewichts anzeigt, und zeichnen Sie den erreichten Schwerkraftpegel auf. Mit der Stange, entfernen Sie das gesamte Gerät von der Skala und legen Sie die Ratte wieder in ihren Käfig.Um die Griffkraft des Hinterfußes zu beurteilen, halten Sie die Ratte mit der traditionellen Zurückhaltung, indem Sie eine Hand unter die Vorderbeine legen. Halten Sie den Schwanz vorsichtig mit dem Sekundenzeiger. Nähern Sie sich der Griffstange mit den hinteren Pfoten, und stellen Sie sicher, dass beide Pfoten vollständig auf der Stange ruhen.Ziehen Sie schließlich die Ratte vorsichtig gerade zurück, bis sie ihren Griff loslässt. Wiederholen Sie dies dreimal, und notieren Sie die maximale Kraft, die auf dem Messumformer angezeigt wird. Berechnen Sie den Durchschnitt der drei Messungen, um ermüdungsaufert zu werden.Eine Woche HLU gefolgt von einer Woche PWB40 führte zu einem signifikanten Körpergewichtsverlust ähnlich dem, was bei Ratten beobachtet wurde, die nur bei PWB40 für die gleiche Dauer exponiert wurden. Diese Ratten verloren jedoch im Laufe der Zeit weiter an Gewicht, während sie anschließend PWB40 ausgesetzt waren. Eine Woche der vollständigen Entladung führte zu einer Abnahme der Griffkraft im Hinterbund im Vergleich zu altersgerechten Kontrollen.Nach einer folgenden Woche PWB40 wurde jedoch keine weitere Änderung der Griffkraft beobachtet. Darüber hinaus zeigten Ratten, die einer totalen Entladung unterzogen wurden, gefolgt von einer Teilgewichtslagerung einen deutlich größeren Grip-Kraftverlust als die PWB40-Gruppe. PWB40 in HLU-PWB40 Gruppen hatten eine signifikant geringere Nassmasse von Soleus, Gastrocnemius und Tibialis vorderen Muskeln als altersgerechte Kontrollen.Es wurde jedoch kein signifikanter Unterschied zwischen der Nassmasse der Gruppen PWB40 und HLU-PWB40 beobachtet. Der Erfolg dieser Methode beruht auf der Genauigkeit des Teilgewichts. Häufige Überwachung ist entscheidend, um das Wohlbefinden der Tiere zu bewerten und täglich zu entladen.Diese Methode ist nicht-invasiv und verhindert daher nicht die Anwendung zusätzlicher Prüfverfahren für alle Systeme. Auch Längsmessungen sind einfach umzusetzen, wenn die Ladezeit kontrolliert bleibt. Diese Methode wurde komplett im Labor entwickelt und der Einsatz von kundenspezifischen Geräten kann für neue Teams eine Herausforderung sein.Diese Technik ebnet den Weg für umfangreiche Studien, bei denen Teilgewichte im Spiel sind. Dazu könnten klinische Situationen wie der Einsatz von Hilfsmitteln wie Krücken, Rohren oder Gussteilen sowie Aquatherapie gehören.

Research

JoVE Journal

Behavior

A Procedure to Study the Effect of Prolonged Food Restriction on Heroin Seeking in Abstinent Rats

Eine Vorgehensweise, um die Wirkung von Längerer Essen Beschränkung Heroin suche in abstinent Ratten untersucht

In human drug addicts, exposure to drug-associated cues or environments that were previously associated with drug taking can trigger relapse during ...

Forschung

Verhalten

Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks

Aufdecken Schlag Taubheit: Entdecken Rhythmusstörungen mit Synchronized Finger Tapping und Wahrnehmungszeit Aufgaben

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here ...

A Procedure to Observe Context-induced Renewal of Pavlovian-conditioned Alcohol-seeking Behavior in Rats

Eine Vorgehensweise, um Context-induzierte Erneuerung der Pawlowschen Anlage Alkoholsucht bei Ratten Verhalten beobachten

Environmental contexts in which drugs of abuse are consumed can trigger craving, a subjective Pavlovian-conditioned response that can facilitate ...

The Modified Hole Board - Measuring Behavior, Cognition and Social Interaction in Mice and Rats

Der modifizierte Loch Board - Mess Verhalten, Kognition und Sozialinteraktion an Mäusen und Ratten

This protocol describes the modified hole board (mHB), which combines features from a traditional hole board and open field and is designed to measure ...

Electrophysiological Motor Unit Number Estimation (MUNE) Measuring Compound Muscle Action Potential (CMAP) in Mouse Hindlimb Muscles

Electrophysiological Motor Unit Number Estimation MUNE Measuring Compound Muscle Action Potential CMAP in Mouse Hindlimb Muscles

Elektrophysiologische Motor Unit Number Estimation (MUNE) Mess Verbindung Muskelaktionspotenzial (CMAP) in Maus-Hinterlauf Muskeln

Compound muscle action potential (CMAP) and motor unit number estimation (MUNE) are electrophysiological techniques that can be used to monitor the ...

Testing for Metacognitive Responding Using an Odor-based Delayed Match-to-Sample Test in Rats

Für die metakognitiven Reaktion mit einem Geruch-basierte Tests verzögert Match Beispieltest bei Ratten

Metamemory involves the cognitive ability to assess the strength of one&#39;s memories. To explore the possibility of metamemory in non-human animals, ...

An Automated Method to Determine the Performance of Drosophila in Response to Temperature Changes in Space and Time

An Automated Method to Determine the Performance of Drosophila in Response to Temperature Changes in Space and Time

Eine automatisierte Methode zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit von Drosophila als Reaktion auf Temperaturänderungen in Raum und Zeit

Temperature is a ubiquitous environmental factor that affects how species distribute and behave. Different species of Drosophila fruit flies have specific ...

Using Clicker Training and Social Observation to Teach Rats to Voluntarily Change Cages

Verwendung von Clicker-Training und soziale Beobachtung beibringen Ratten Käfige freiwillig ändern

Cage cleaning is a routinely performed husbandry procedure and is known to induce stress in laboratory rats. As stress can have a negative impact on ...

A Laboratory Method to Measure Contagious Yawning in Rats

Eine Labormethode zur Messung des ansteckenden Gähnens bei Ratten

Communication is an essential aspect of animal social life. Animals may influence one another and come together in schools, flocks, and herds. ...

Tracking Rats in Operant Conditioning Chambers Using a Versatile Homemade Video Camera and DeepLabCut

Tracking Ratten in Operant Conditioning Chambers mit einer vielseitigen hausgemachten Videokamera und DeepLabCut

Operant conditioning chambers are used to perform a wide range of behavioral tests in the field of neuroscience. The recorded data is typically based on ...