Name: collection of skeletal muscle biopsies from the superior compartment of human musculus tibialis anterior for mechanical evaluation
Uploaded: 2020-09-27T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Collection of Skeletal Muscle Biopsies from the Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation at JoVE.com

Wij danken Michaela Rau, Lea-Fedia Rissmann, Michael Marsh, Janina-Sophie Tennler, Kilian Kimmeskamp en Wolfgang Linke voor hun assist bij het project. De financiering voor dit project werd verstrekt door de MERCUR Foundation (ID: An-2016-0050) aan DH.

OPMERKING: Hieronder schetsen we een protocol om mechanisch onbeschadigde vezels te oogsten van de TA van vrijwilligers die waren ingeschreven in een apart lopend onderzoek. Dit protocol is vergelijkbaar met dat beschreven door Shanely et al.3, die hebben beschreven de gewijzigde Bergström techniek in vastus lateralis. De hier gepresenteerde informatie is verfijnd door onze onderzoeksgroep, maar is mogelijk niet ideaal voor alle labgroepen of organisatieopstellingen. We geven alleen richtlijnen, ...

<ol>
	<li>Franchi, 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=Architectural,+functional+and+molecular+responses+to+concentric+and+eccentric+loading+in+human+skeletal+muscle.">Architectural, functional and molecular responses to concentric and eccentric loading in human skeletal muscle.</a> Acta Physiologica. 210 (3), 642-654 (2014).</li><li>Duchene, G. B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=De+la+paralysie+musculaire+pseudo-hypertrophique,+ou+paralysie+myo-scl&#233;rosique+/+par+le+Dr+Duchenne+(de+Boulogne).">De la paralysie musculaire pseudo-hypertrophique, ou paralysie myo-scl&#233;rosique / par le Dr Duchenne (de Boulogne).</a> Archives of General Internal Medicine. 11 (30), (1868).</li><li>Shanely, R. A., 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=Human+skeletal+muscle+biopsy+procedures+using+the+modified+Bergstr&#246;m+technique.">Human skeletal muscle biopsy procedures using the modified Bergstr&#246;m technique.</a> Journal of Visualized Experiments. (91), e51812 (2014).</li><li>Evans, W. J., Phinney, S. D., Young, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suction+applied+to+a+muscle+biopsy+maximizes+sample+size.">Suction applied to a muscle biopsy maximizes sample size.</a> Medicine and Science in Sports and Exercise. 14 (1), 101-102 (1982).</li><li>Bergstrom, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Percutaneous+needle+biopsy+of+skeletal+muscle+in+physiological+and+clinical+research.">Percutaneous needle biopsy of skeletal muscle in physiological and clinical research.</a> Scandinavian Journal of Clinical and Laboratory Investigation. 35 (7), 609-616 (1975).</li><li>Baczynska, A. 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=Human+Vastus+Lateralis+Skeletal+Muscle+Biopsy+Using+the+Weil-Blakesley+Conchotome.">Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome.</a> Journal of Visualized Experiments. (109), e53075 (2016).</li><li>Pesta, D., Gnaiger, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+respirometry:+OXPHOS+protocols+for+human+cells+and+permeabilized+fibers+from+small+biopsies+of+human+muscle.">High-resolution respirometry: OXPHOS protocols for human cells and permeabilized fibers from small biopsies of human muscle.</a> Methods in Molecular Biology. 810, 25-58 (2012).</li><li>Buck, E., 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=High-resolution+respirometry+of+fine-needle+muscle+biopsies+in+pre-manifest+Huntington's+disease+expansion+mutation+carriers+shows+normal+mitochondrial+respiratory+function.">High-resolution respirometry of fine-needle muscle biopsies in pre-manifest Huntington's disease expansion mutation carriers shows normal mitochondrial respiratory function.</a> Plos One. 12 (4), 01175248 (2017).</li><li>Murgia, 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=Single+Muscle+Fiber+Proteomics+Reveals+Fiber-Type-Specific+Features+of+Human+Muscle+Aging.">Single Muscle Fiber Proteomics Reveals Fiber-Type-Specific Features of Human Muscle Aging.</a> Cell Reports. 19 (11), 2396-2409 (2017).</li><li>Friedmann-Bette, B., 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=Effects+of+strength+training+with+eccentric+overload+on+muscle+adaptation+in+male+athletes.">Effects of strength training with eccentric overload on muscle adaptation in male athletes.</a> European Journal of Applied Physiology. 108 (4), 821-836 (2010).</li><li>McPhee, J. S., 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=The+contributions+of+fibre+atrophy,+fibre+loss,+in+situ+specific+force+and+voluntary+activation+to+weakness+in+sarcopenia.">The contributions of fibre atrophy, fibre loss, in situ specific force and voluntary activation to weakness in sarcopenia.</a> The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 73 (10), 1287-1294 (2018).</li><li>Nocella, M., Cecchi, G., Bagni, M. A., Colombini, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force+enhancement+after+stretch+in+mammalian+muscle+fiber:+no+evidence+of+cross-bridge+involvement.">Force enhancement after stretch in mammalian muscle fiber: no evidence of cross-bridge involvement.</a> American Journal of Physiology. Cell Physiology. 307 (12), 1123-1129 (2014).</li><li>Patel, J. R., McDonald, K. S., Wolff, M. R., Moss, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ca2++binding+to+troponin+C+in+skinned+skeletal+muscle+fibers+assessed+with+caged+Ca2++and+a+Ca2++fluorophore.+Invariance+of+Ca2++binding+as+a+function+of+sarcomere+length.">Ca2+ binding to troponin C in skinned skeletal muscle fibers assessed with caged Ca2+ and a Ca2+ fluorophore. Invariance of Ca2+ binding as a function of sarcomere length.</a> The Journal of Biological Chemistry. 272 (9), 6018-6027 (1997).</li><li>Hessel, A. L., Joumaa, V., Eck, S., Herzog, W., Nishikawa, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+length,+calcium+sensitivity+and+twitch+characteristics+of+skeletal+muscles+from+mdm+mice+with+a+deletion+in+N2A+titin.">Optimal length, calcium sensitivity and twitch characteristics of skeletal muscles from mdm mice with a deletion in N2A titin.</a> The Journal of Experimental Biology. 222, (2019).</li><li>Joumaa, V., Herzog, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+sensitivity+of+residual+force+enhancement+in+rabbit+skinned+fibers.">Calcium sensitivity of residual force enhancement in rabbit skinned fibers.</a> American Journal of Physiology. Cell Physiology. 307 (4), 395-401 (2014).</li><li>Joumaa, V., Rassier, D. E., Leonard, T. R., Herzog, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+origin+of+passive+force+enhancement+in+skeletal+muscle.">The origin of passive force enhancement in skeletal muscle.</a> American Journal of Physiology. Cell Physiology. 294 (1), 74-78 (2008).</li><li>Hilber, K., Galler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+and+myosin+heavy+chain+isoform+composition+of+skinned+skeletal+muscle+fibres+from+a+human+biopsy+sample.">Mechanical properties and myosin heavy chain isoform composition of skinned skeletal muscle fibres from a human biopsy sample.</a> Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 434 (5), 551-558 (1997).</li><li>Miller, M. S., 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=Chronic+heart+failure+decreases+cross-bridge+kinetics+in+single+skeletal+muscle+fibres+from+humans.">Chronic heart failure decreases cross-bridge kinetics in single skeletal muscle fibres from humans.</a> The Journal of Physiology. 588, 4039-4053 (2010).</li><li>Pinnell, R. A. 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=Residual+force+enhancement+and+force+depression+in+human+single+muscle+fibres.">Residual force enhancement and force depression in human single muscle fibres.</a> Journal of Biomechanics. 91, 164-169 (2019).</li><li>Einarsson, F., Runesson, E., Frid&#233;n, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Passive+mechanical+features+of+single+fibers+from+human+muscle+biopsies--effects+of+storage.">Passive mechanical features of single fibers from human muscle biopsies--effects of storage.</a> Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 3, 22 (2008).</li><li>Flann, K. L., LaStayo, P. C., McClain, D. A., Hazel, M., Lindstedt, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Muscle+damage+and+muscle+remodeling:+no+pain,+no+gain.">Muscle damage and muscle remodeling: no pain, no gain.</a> The Journal of Experimental Biology. 214, 674-679 (2011).</li><li>Commission for Hospital Hygiene and Infection Prevention (KRINKO), Federal Institute for Drugs and Medical Devices (BfArM). <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anforderungen+an+die+Hygiene+bei+der+Aufbereitung+von+Medizinprodukten+[Hygiene+requirements+for+the+reprocessing+of+medical+devices].">Anforderungen an die Hygiene bei der Aufbereitung von Medizinprodukten [Hygiene requirements for the reprocessing of medical devices].</a> Bundesgesundheitsblatt, Gesundheitsforschung, Gesundheitsschutz. 55 (10), 1244-1310 (2012).</li><li>Koch-Institut, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Erg&#228;nzung+zur+Empfehlung+Anforderungen+an+die+Hygiene+bei+der+Aufbereitung+von+Medizinprodukten.">Erg&#228;nzung zur Empfehlung Anforderungen an die Hygiene bei der Aufbereitung von Medizinprodukten.</a> RKI-Bib1. , (2018).</li><li>Rutala, W. A., Weber, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disinfection+and+sterilization+in+healthcare+facilities.">Disinfection and sterilization in healthcare facilities.</a> Practical Healthcare Epidemiology. , 58-81 (2018).</li><li>Rassier, D. E., MacIntosh, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sarcomere+length-dependence+of+activity-dependent+twitch+potentiation+in+mouse+skeletal+muscle.">Sarcomere length-dependence of activity-dependent twitch potentiation in mouse skeletal muscle.</a> BMC Physiology. 2, 19 (2002).</li><li>Mounier, Y., Holy, X., Stevens, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compared+properties+of+the+contractile+system+of+skinned+slow+and+fast+rat+muscle+fibres.">Compared properties of the contractile system of skinned slow and fast rat muscle fibres.</a> Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 415 (2), 136-141 (1989).</li><li>Henriksson, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semi-open+muscle+biopsy+technique.+A+simple+outpatient+procedure.">Semi-open muscle biopsy technique. A simple outpatient procedure.</a> Acta Neurologica Scandinavica. 59 (6), 317-323 (1979).</li><li>Dietrichson, P., 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=Conchotome+and+needle+percutaneous+biopsy+of+skeletal+muscle.">Conchotome and needle percutaneous biopsy of skeletal muscle.</a> Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 50 (11), 1461-1467 (1987).</li><li>Iachettini, S., 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=Tibialis+anterior+muscle+needle+biopsy+and+sensitive+biomolecular+methods:+a+useful+tool+in+myotonic+dystrophy+type+1.">Tibialis anterior muscle needle biopsy and sensitive biomolecular methods: a useful tool in myotonic dystrophy type 1.</a> European Journal of Histochemistry. 59 (4), 2562 (2015).</li><li>Cotter, J. A., 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=Suction-modified+needle+biopsy+technique+for+the+human+soleus+muscle.">Suction-modified needle biopsy technique for the human soleus muscle.</a> Aviation, Space, and Environmental Medicine. 84 (10), 1066-1073 (2013).</li><li>Edwards, R. H., Round, J. M., Jones, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Needle+biopsy+of+skeletal+muscle:+a+review+of+10+years+experience.">Needle biopsy of skeletal muscle: a review of 10 years experience.</a> Muscle &amp; Nerve. 6 (9), 676-683 (1983).</li><li>Gibreel, W. O., 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=Safety+and+yield+of+muscle+biopsy+in+pediatric+patients+in+the+modern+era.">Safety and yield of muscle biopsy in pediatric patients in the modern era.</a> Journal of Pediatric Surgery. 49 (9), 1429-1432 (2014).</li><li>Cuisset, J. 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=Muscle+biopsy+in+children:+Usefulness+in+2012.">Muscle biopsy in children: Usefulness in 2012.</a> Revue Neurologique. 169 (8-9), 632-639 (2013).</li><li>Nilipor, Y., 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=Evaluation+of+one+hundred+pediatric+muscle+biopsies+during+a+2-year+period+in+mofid+children+and+toos+hospitals.">Evaluation of one hundred pediatric muscle biopsies during a 2-year period in mofid children and toos hospitals.</a> Iranian Journal of Child Neurology. 7 (2), 17-21 (2013).</li><li>Schiaffino, S., Reggiani, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+types+in+mammalian+skeletal+muscles.">Fiber types in mammalian skeletal muscles.</a> Physiological Reviews. 91 (4), 1447-1531 (2011).</li><li>Wang, K., Wright, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Architecture+of+the+sarcomere+matrix+of+skeletal+muscle:+immunoelectron+microscopic+evidence+that+suggests+a+set+of+parallel+inextensible+nebulin+filaments+anchored+at+the+Z+line.">Architecture of the sarcomere matrix of skeletal muscle: immunoelectron microscopic evidence that suggests a set of parallel inextensible nebulin filaments anchored at the Z line.</a> The Journal of Cell Biology. 107 (6), 2199-2212 (1988).</li><li>Ma, W., Gong, H., Irving, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myosin+head+configurations+in+resting+and+contracting+murine+skeletal+muscle.">Myosin head configurations in resting and contracting murine skeletal muscle.</a> International Journal of Molecular Sciences. 19 (9), (2018).</li><li>Ma, W., Gong, H., Kiss, B., Lee, E. J., Granzier, H., Irving, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thick-Filament+Extensibility+in+Intact+Skeletal+Muscle.">Thick-Filament Extensibility in Intact Skeletal Muscle.</a> Biophysical Journal. 115 (8), 1580-1588 (2018).</li><li>Bonafiglia, J. T., 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=A+comparison+of+pain+responses,+hemodynamic+reactivity+and+fibre+type+composition+between+Bergstr&#246;m+and+microbiopsy+skeletal+muscle+biopsies.">A comparison of pain responses, hemodynamic reactivity and fibre type composition between Bergstr&#246;m and microbiopsy skeletal muscle biopsies.</a> Current Research in Physiology. 3, 1-10 (2020).</li><li>Wickiewicz, T. L., Roy, R. R., Powell, P. L., Edgerton, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Muscle+architecture+of+the+human+lower+limb.">Muscle architecture of the human lower limb.</a> Clinical Orthopaedics and Related Research. (179), 275-283 (1983).</li></ol>

In dit rapport beschreven we een techniek voor de biopsie van structureel onbeschadigd spierweefsel van TA. We vonden dat deze procedure een aanvaardbaar gehalte van bruikbare spiervezels (5-10 vezel bundel preparaten per 50 mg verzameld weefsel) voor mechanische testen oplevert. Verder hadden we genoeg weefsel voor de follow-up mechanische, genetische en proteomische experimenten.
Er zijn verschillende methoden die meestal worden gebruikt voor het verzamelen van spierbiopten...

De studie van menselijke spierfysiologie voor klinische of onderzoeksdoeleinden vereist vaak spierbiopten. Bijvoorbeeld, een grote uitdaging in de menselijke spierfysiologie en biomechanica is om onderscheid te maken tussen en begrijpen van de verschillende aanpassingen van spierprestaties uit te oefenen. Prestatieaanpassingen omvatten niet alleen structurele aanpassingen (bijvoorbeeld veranderingen in contractiele eiwitten, spierarchitectuur), maar ook neurale aanpassingen1, die zeer moeilijk, zo niet onmogelijk zijn, afzonderlijk te beoordelen bij het testen van intacte menselijke spieren. Vezel-niveau experimenten verwijderen deze hogere orde componenten en zorgen voor een meer directe evaluatie van spiercontractie en kan worden verzameld via biopsie technieken. Spierbiopten zijn verzameld sinds ten minste 18682. Vandaag de dag is de belangrijkste techniek om spierbiopten te verzamelen de gewijzigde Bergström techniek3,4,5, hoewel andere technieken beschikbaar zijn, waaronder het gebruik van een Weil-Blakesley conchotome6 of de zogenaamde fijne naald7,8. Al deze technieken maken gebruik van speciale naald-achtige instrumenten die zijn ontworpen om door te geven in de spier en snijd een stuk weefsel. Specifiek, de gewijzigde Bergström techniek maakt gebruik van een grote gemodificeerde naald (5 mm naald grootte hier; Figuur 1) dat heeft een venster dicht bij de naald tip en een kleinere interne trocar die beweegt op en neer de naald, het snijden van de spier bij het passeren over de naald venster. Binnen deze hallow trocar is een ramrod die beweegt op en neer de schacht van de trocar en duwt de biopsie naar de naald venster. Om de spier in het naaldvenster te trekken, wordt een zuigslang bevestigd, die lucht uit de naald zuigt en de spier in het naaldvenster door negatieve druk trekt.
Spierbiopten worden vaak verworven om veranderingen in het eiwitgehalte, genexpressie of morfologie veroorzaakt door ziekte of in reactie op een oefenprogramma1,9,10,11te bestuderen . Een ander cruciaal gebruik voor spierbiopten is mechanische experimenten zoals het meten van vezelcontractielkracht, spiervezelstijfheid en geschiedenisafhankelijke spiereigenschappen12,13,14,15,16. Enkele vezel of vezel bundel mechanica worden gemeten door het bevestigen van vezels tussen een lengte motor en kracht transducer op gespecialiseerde rigs die de vezel lengte controle, terwijl tegelijkertijd het meten van kracht. Door het permeabiliseren (bijvoorbeeld, villen) vezels, de sarcolemma membraan wordt doorlatend voor chemische stoffen in het bad oplossing, waardoor voor activering controle door verschillende calciumconcentratie. Bovendien kan het effect van contractiele eigenschappen op chemicaliën/farmaceutische producten/andere eiwitten gemakkelijk worden geëvalueerd door het betrokken reagens toe te voegen aan de badoplossing. Hoewel deze techniek veel wordt gebruikt in andere diermodellen, zijn er merkbaar minder studies uitgevoerd op gevilde vezels van menselijke spierbiopten17,18,19. Een van de redenen is dat de biopsie tools en protocollen zijn ontworpen om zo veel spierweefsel mogelijk te verwijderen met minder respect voor het niveau van structurele schade opgelopen tijdens weefselextractie. Inderdaad, een recente biopsie protocol suggereert om de biopsie naald rijden in de spier en het verzamelen van 2-4 brokken van spier3. Het proces zelf doet weinig schade aan het DNA of eiwitmateriaal, maar vernietigt vaak vezels en sarcomerische structuren op een zodanige wijze dat de activering van spiervezels onstabiel of onmogelijk wordt. Bovendien is de relatieve lengte van vezels binnen de biopsie meestal kort (<2 mm) en niet gemakkelijk te hanteren voor mechanische tests. Voor mechanische testen zijn ideale vezels lang (3-5 mm) en niet structureel beschadigd.
Meer geavanceerde weefselextractie technieken kunnen worden gebruikt om vezelschade te beperken. Zo maakte één groep20 gebruik van eerder geplande "open operaties" van onderarmen (bijvoorbeeld botbreukherstel), waarbij de spieren volledig werden blootgesteld en een chirurg in staat was om de spierstructuur te visualiseren en relatief grote en structureel onbeschadigde monsters van spierweefsel zorgvuldig te ontleden (15 mm x 5 mm x 5 mm). Deze "open biopsie" techniek is favoriet wanneer de deelnemers een eerder geplande procedure ondergaan, en dus beperkt de pool van potentiële deelnemers, vooral voor gezonde volwassenen, waar geen operaties anders zou plaatsvinden. Zo worden veel biopten uitgevoerd voor onderzoeksdoeleinden gedaan als een poliklinische procedure en de incisieplaats wordt zo klein mogelijk gehouden om het infectierisico, littekens en genezingstijd te beperken. Daarom worden de meeste biopten blindelings verzameld (d.w.z. de operator is niet in staat om de verzamelnaald te zien als deze door de fascia in de spier gaat). Dit houdt in dat de kwaliteit van de biopsie bijna volledig is gebaseerd op de vaardigheid en ervaring van de operator. Elke spier heeft zijn eigen problemen bij het verzamelen van weefsel, zoals risico's om zenuwen en bloedvaten te schenden, selectie van een ideale collectie diepte en locatie, en de beslissing over een geschikte lichaamshouding om de spier zo slap mogelijk te houden. Helaas, de meeste van de spier-specifieke skillsets zijn niet opgeschreven en dus elke arts moet "opnieuw uitvinden van het wiel" bij het uitvoeren van biopten op spieren nieuw voor hen. Dit gebrek aan ervaring leidt meestal tot verschillende collecties met een lage kwaliteit totdat de arts de beste praktijken voor biopten op die spier identificeert. Beginnende artsen leren de vaardigheid vaak door middel van gesprekken met hun meer ervaren collega's, maar er bestaan relatief weinig informatieve en peer-reviewed teksten over de kwestie, vooral voor spieren die traditioneel niet worden gebruikt voor biopsieverzameling. Als we kijken naar de bovenstaande informatie, samen met de moeilijkheid van het werven van menselijke vrijwilligers voor biopten, is het duidelijk dat meer onderwijs informatie nodig is die de kans op succes voor elke deelnemer maximaliseert.
Het doel van dit document was dus om een spierbiopsietechniek te presenteren die protocollen biedt voor het succesvol verzamelen van spierbiopten met lange, onbeschadigde vezelfragmenten voor mechanische tests. Menselijke spierbiopten worden meestal uitgevoerd op, en het grootste deel van de biopsie training materiaal is op, de musculus vastus lateralis. De relatief grote spiergrootte en oppervlakkige locatie ten opzichte van de huid zorgt voor het verzamelen van voldoende spierweefsel, terwijl het minimaliseren van ongemak van de patiënt en fysiek trauma1,21. Er zijn echter enkele beperkingen aan het gebruik van de vastus lateralis voor longitudinale trainingsstudies. Bijvoorbeeld, tijdens experimentele protocollen die een trainingsprogramma omvatten, moeten de deelnemers afzien van aanvullende training buiten de studie voor een periode die vaak 2-6 maanden beslaat. Voor atleten is dit vaak niet mogelijk, omdat de vastus lateralis meestal wordt getraind tijdens typische oefeningen (bijvoorbeeld kraakpanden, sprongen), of over het algemeen wordt gebruikt voor de sport (bijvoorbeeld hardlopen, fietsen). Deze afzonderlijke trainingservaringen uit de buurt van het doel van de studie kunnen spieraanpassingen veroorzaken die spiermechanica, architectuur en fysiologie zodanig veranderen dat het moeilijk of onmogelijk is om het ware effect van het experimentele protocol van de studie op spiereigenschappen te kennen. Voor dit soort studies, zou het ideaal zijn om een doelspier die vaak niet de focus van de opleiding regimenten te selecteren. De musculus tibialis anterior (TA) is een ideale doelspier die voldoet aan de bovenstaande eisen. Daarnaast kunnen trainingsinterventies op de TA worden gericht met behulp van controleerbare benaderingen, zoals bij het gebruik van een dynamometer. Er is bijna geen trainingsmateriaal met betrekking tot een TA spierbiopsie. Daarom ontwikkelden we een aangepast protocol om relatief onbeschadigde spierbiopten uit de TA te verzamelen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>26 guage subcutaneous needle with 2 ml glass syringe</td>
			<td>B. Braun Melsungen AG 
			Carl-Braun-Stra&#223;e 1 
			34212 Melsungen, Hessen 
			Germany 
			&#160;</td>
			<td>4606027V</td>
			<td>Drug administration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5mm Berst&#246;m needle</td>
			<td>homemade</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Tissue collection. Similar to other Berst&#246;m needles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylastic</td>
			<td>BSN medical GmbH 
			22771 Hamburg</td>
			<td>269700</td>
			<td>elastic compression bandage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Complete protease inhibitor cocktail</td>
			<td>Roche Diagnostics, Mannheim, Germany</td>
			<td>11836145001</td>
			<td>Protease inhibitor tabeletes added to all solutions that hold muscle tissue.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cutasept</td>
			<td>PAUL HARTMANN AG 
			Paul-Hartmann-Stra&#223;e 12 
			89522 Heidenheim 
			Germany</td>
			<td>9805630</td>
			<td>Disenfectant spray for the skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leucomed T plus</td>
			<td>BSN medical GmbH 
			22771 Hamburg</td>
			<td>7238201</td>
			<td>Transparent wound dressing with wound pad to seal the wound and protect against infection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leukostrip</td>
			<td>Smith and Nephew medical Limitied 101 Hessle road, 
			Hull 
			Great Britain</td>
			<td>66002876</td>
			<td>wound closure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical disposable scalpels</td>
			<td>Aesculap AG 
			Am Aesculap-Platz 
			78532 Tuttlingen 
			Germany</td>
			<td>BA200 series</td>
			<td>Incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Unihaft cohesive elastic bandage</td>
			<td>BSN medical GmbH 
			22771 Hamburg</td>
			<td>4589600</td>
			<td>cohesive elastic bandage that protects against mechanical impact</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylocitin 2% with Epinephrin</td>
			<td>Milbe GmbH 
			M&#252;nchner Stra&#223;e 15 
			06796 Brehna 
			Germany</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Controlled substance anesthesia, vasoconstriction</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

collection of skeletal muscle biopsies from the superior compartment of human musculus tibialis anterior for mechanical evaluation

De mechanische eigenschappen van het samentrekken skeletvezels zijn cruciale indicatoren van de algehele gezondheid van de spieren, functie en prestaties. Menselijke skeletspier biopten worden vaak verzameld voor deze inspanningen. Er zijn echter relatief weinig technische beschrijvingen van biopsieprocedures beschikbaar, buiten de veelgebruikte musculus vastus lateralis. Hoewel de biopsietechnieken vaak worden aangepast aan de kenmerken van elke spier die wordt bestudeerd, delen weinig technische rapporten deze veranderingen aan de grotere gemeenschap. Zo wordt spierweefsel van menselijke deelnemers vaak verspild als de operator het wiel opnieuw uitvindt. Het uitbreiden van het beschikbare materiaal op biopten van een verscheidenheid van spieren kan het incident van mislukte biopten verminderen. Dit technische rapport beschrijft een variatie van de gewijzigde Bergström techniek op het musculus tibialis voorste dat vezelschade beperkt en vezellengtes biedt die geschikt zijn voor mechanische evaluatie. De operatie is een poliklinische procedure die kan worden afgerond in een uur. De herstelperiode voor deze procedure is onmiddellijk voor lichte activiteit (d.w.z. lopen), tot drie dagen voor de hervatting van de normale fysieke activiteit en ongeveer een week voor wondverzorging. Het geëxtraheerde weefsel kan worden gebruikt voor mechanische krachtexperimenten en hier presenteren we representatieve activeringsgegevens. Dit protocol is geschikt voor de meeste verzameldoeleinden, mogelijk aanpasbaar aan andere skeletspieren, en kan worden verbeterd door wijzigingen aan de opvangnaald.

De hele tijd inzet voor een deelnemer was ongeveer een uur (10 min overleg, 10 min echografie, 20 min chirurgie voorbereiding en verdoving toediening, 10 min chirurgie, en 10 min herstel). Vaak activeerden deelnemers onbewust hun TA en hadden ze consistente herinneringen nodig om de spier zo ontspannen mogelijk te houden. Wanneer de biopsienaald in de spier zat, meldden deelnemers meestal een uniek "druk"-gevoel in het gebied rond de biopsienaald, met af en toe perioden van matig tot intens ongemak. Eens, een deelnemer t...

Watch this Scientific Journal Video about Collection of Skeletal Muscle Biopsies from the Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation at JoVE.com

Collection of Skeletal Muscle Biopsies from the Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation

Dit technische rapport beschrijft een variatie van de gewijzigde Bergström techniek voor de biopsie van de musculus tibialis voorste die vezelschade beperkt.

Verzameling skeletspierbiopten uit het superieure compartiment van human musculus Tibialis Anterior voor mechanische evaluatie

The mechanical properties of contracting skeletal fibers are crucial indicators of overall muscle health, function, and performance. Human skeletal muscle ...

Welkom bij de Ruhr-Universiteit Bochum, faculteit Sportwetenschappen. Vandaag zullen we de verzameling skeletspierbiopten uit het superieure compartiment van het menselijke musculus tibialis voorste demonstreren. Terwijl biopsie technieken effectief zijn bij het verzamelen van spierweefsel, de vezels zijn vaak structureel beschadigd op een zodanige wijze dat de evaluatie van vezel mechanica is moeilijk.We presenteren een variant van een gewijzigde Bergstrom-techniek die vezelschade beperkt en de vezellengte maximaliseert, zodat de mechanische evaluatie van menselijke vezels kan worden uitgevoerd. De demonstratie wordt geleid door teamarts Dr.Markus de Marees en onderzoekers Dr.Daniel Hahn en Anthony Hessel. De deelnemer en arts komen eerst bijeen om de procedure te bekijken en te bespreken.Indien tevreden, ondertekent de deelnemer de vrijwillige informed consent contract. Instrueer het onderwerp om supine te leggen en hun ledemaat zo ontspannen mogelijk te houden. Dorsiflex de voet van de deelnemer, zodat de tibialis voorste is slap.Gebruik een ultrasone sonde om het transversale vlak van het oppervlakkige compartiment in de scheenbeen voorste spierbuik te visualiseren, een biopsiegebied te identificeren zonder grote slagaders of zenuwen. Tot slot, nota van de diepte van de centrale aponeurose, zodat de collectie naald nooit wordt gereden voorbij dit punt. Draai de ultrasone sonde om toegang te krijgen tot het sagittale vlak van het geïdentificeerde doelgebied.Sla een beeld van het spiervolume op met fascicles zichtbaar. De operatie tools worden gesteriliseerd en voorbereid voor de procedure en zijn volledig beschreven binnen het schriftelijke protocol. De Bergstrom naald heeft een raam dicht bij de punt.Binnen deze naald is een kleinere holle trocar, die beweegt op en neer de schacht en snijdt de spier bij het passeren over de naald venster. Binnen de trocar is een kleinere ramrod die wordt gebruikt om de biopsie uit de trocar te duwen. Om de spier in het naaldvenster te trekken, wordt een zuigslang bevestigd aan de bovenkant van de naald die lucht uit de naald zuigt en de spier door het naaldvenster door negatieve druk trekt.Instrueer de deelnemer om supine op de proceduretafel te leggen en zijn beenspieren te ontspannen. Repliceer de lichte enkel dorsiflexie gebruikt tijdens echografie, en dan vast te stellen het enkelgewricht om rotatie te minimaliseren tijdens de procedure. Scheer en ontsmet het doelincisiegebied.Vervolgens een oppervlakkige injectie van 1,5 CD's van 2%xylocitine met epinephrinum. Dit functioneert als een lokale verdoving en vatnauwer. De affecttijd is 20 tot 30 minuten.Verwijder de zichtlijn van de patiënt naar de biopsielocatie met een scherm. Op de eerder gemarkeerde biopsie site maken een een centimeter proximale tot distale incisie met een steriele scalpel die snijdt door de huid en fascia, het blootstellen van de onderliggende spierweefsel. Plaats de biopsienaald over de incisie en oriënteer deze loodrecht op de huid.Duw de biopsie naald een halve tot een centimeter in de spier. Er kan enige lichte weerstand tegen de naaldbeweging zijn, maar elke extra weerstand is abnormaal en duidt vaak op een inapt incisie. Vervolgens oriënteren de naald naar een distale naar proximale positie, duw de naald nog een tot twee centimeter in de spier.De exacte oriëntatie en reisdiepte van de naald zal specifiek zijn. En dus gebaseerd op het echografieonderzoek. Bevestig de spuitslang aan de biopsienaald en creëer negatieve druk in de naald.Dit zal trekken het spierweefsel door de naald venster. Duw de trocar krachtig over het naaldvenster om de spier weg te nemen. Verwijder de naald uit het been en ga naar een technicus voor weefselverwerking.Gebruik wondsluiting tape of lijm om de wond in de eerste plaats te sluiten en verbanden aan te brengen om de wond te beschermen tegen infectie of mechanische slijtage. Instrueer de deelnemer om op te staan en rond te lopen. Ze zullen pijnlijk zijn, maar in staat om onmiddellijk rond te lopen.Om het weefsel uit het biopsievenster te verwijderen, stel eerst het weefsel bloot, dompelde vervolgens de naaldpunt onder in een verachtelijke gevuld met fysiologische buffer en beweeg de naald krachtig totdat de spier uit de naald in de oplossing zweeft. Proces spierweefsel voor mechanische evaluatie met behulp van standaard methoden. We hebben onlangs 22 biopten verzameld van deelnemers met behulp van dit protocol.De gemiddelde collectie opbrengst was 100 tot 200 milligram bruikbaar spierweefsel. Elke biopsie leverde 150 tot 300 onbeschadigde vezels op van drie tot vijf millimeter lang. Vezelbundels werden chemisch gevild met glycerol en vervolgens geactiveerd in een hoge calciumoplossing met een gemiddelde sarcomerelengte van 2,7 micron.Biopten die goed zijn opgeslagen zijn levensvatbaar voor mechanische testen voor enkele maanden. Deze biopsie procedure duurt een uur. Complicaties van biopten zijn zeer zeldzaam, maar waarschijnlijk is een infectie van de incisie site.Een grote uitdaging in de menselijke spierfysiologie en biomechanica is om onderscheid te maken tussen de verschillende aanpassingen van spierprestaties om te oefenen en ziekte. Om vezelniveauaanpassingen aan oefening of ziekte correct te identificeren, zijn biopten aangewezen techniek. Echter, zorg moet worden genomen om te beschermen tegen spierschade tijdens weefselextractie.Het protocol hier aangetoond biedt een hoge opbrengst van spierweefsel voor deze doeleinden.

Research

JoVE Journal

Biology

Mitochondrial Isolation from Skeletal Muscle

Mitochondriale Isolatie van skeletspieren

Mitochondria are organelles controlling the life and death of the cell. They participate in key metabolic reactions, synthesize most of the ATP, and ...

Purification of Progenitors from Skeletal Muscle

Zuivering van voorlopercellen uit Skeletal Muscle

Skeletal muscle contains multiple progenitor populations of distinct embryonic origins and developmental potential. Myogenic progenitors, usually residing ...

Laser-inflicted Injury of Zebrafish Embryonic Skeletal Muscle

Laser toegebrachte schade van zebravis Embryonale skeletspier

Various experimental approaches have been used in mouse to induce muscle injury with the aim to study muscle regeneration, including myotoxin injections ...

Isolation and Culture of Individual Myofibers and their Satellite Cells from Adult Skeletal Muscle

Isolatie en Cultuur van individuele myovezels en hun satelliet cellen van volwassen skeletspier

Muscle  regeneration in the adult is performed by resident stem cells called satellite  cells. Satellite cells are defined by  their position between the ...

Evaluation of Muscle Function of the Extensor Digitorum Longus Muscle Ex vivo and Tibialis Anterior Muscle In situ in Mice

Evaluation of Muscle Function of the Extensor Digitorum Longus Muscle Ex vivo and Tibialis Anterior Muscle In situ in Mice

Evaluatie van de spierfunctie van de m. extensor digitorum longus<em&gt; Ex vivo</em&gt; En Voorste scheenbeenspier Spier<em&gt; In situ</em&gt; In Muizen

Body  movements are mainly provided by mechanical function of skeletal muscle. Skeletal  muscle is composed of numerous bundles of myofibers that are ...

Assessment of Calcium Sparks in Intact Skeletal Muscle Fibers

Beoordeling van Calcium Sparks in Intact Skeletal spiervezels

Maintaining homeostatic Ca2+ signaling is a fundamental physiological process in living cells. Ca2+ sparks are the elementary units of Ca2+ signaling in ...

Isolation of Blood-vessel-derived Multipotent Precursors from Human Skeletal Muscle

Isolatie van bloedvatgeassocieerde afgeleid Multipotente Voorlopers van Human Skeletal Muscle

Since the discovery of mesenchymal stem/stromal cells (MSCs), the native identity and localization&#160;of MSCs have been obscured by their retrospective ...

Tissue Triage and Freezing for Models of Skeletal Muscle Disease

Tissue Triage en Invriezen Modellen van Skeletal Muscle Disease

Skeletal muscle is a unique tissue because of its structure and function, which requires specific protocols for tissue collection to obtain optimal ...