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

マイケラ・ラウ、リー・フェディア・リスマン、マイケル・マーシュ、ジャニナ=ソフィー・テンラー、キリアン・キンメスカンプ、ヴォルフガング・リンケのプロジェクト支援に感謝します。このプロジェクトの資金は、MERCUR財団(ID:AN-2016-0050)によってDHに提供されました。

注:以下では、別の進行中の研究に登録されたボランティアのTAから機械的に損傷のない繊維を収穫するためのプロトコルを概説します。このプロトコルは、シャネリーら3によって記述されたものと似ていますが、その中で、変性されたベルクストローム法を広大なラテラリスで説明しています。ここに示す情報は、研究グループによって洗練されていますが、すべてのラボ...

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	<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. 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本報告では、TAから構造的に損傷を受けていない筋組織の生検の手法について述べた。この手順は、機械的検査のために使用可能な筋線維(収集された組織の50mgあたり5〜10繊維束調製物)の許容可能な含有量を生み出すことがわかった。さらに、我々は、フォローアップ機械的、遺伝的、およびプロテオーム実験のための十分な組織を持っていました。
筋肉生検,<su...

臨床や研究目的のための人間の筋肉生理学の研究は、多くの場合、筋肉の生検を必要とします.例えば、ヒトの筋肉生理学とバイオメカニクスにおける大きな課題は、運動する筋肉の性能の様々な適応を区別し、理解することです。パフォーマンスの適応には、構造的適応(例えば、収縮タンパク質の変化、筋肉アーキテクチャ)だけでなく、神経適応1も含まれており、それは不可能ではないにしても、その人の筋肉でそのままテストするときに別々に評価するのが非常に難しい。繊維レベルの実験は、これらの高次成分を除去し、筋肉収縮のより直接的な評価を可能にし、生検技術を介して収集することができる。筋肉生検は、少なくとも18682以来収集されている。今日、筋肉生検を収集する主な技術は、修正されたベルクストローム技術33、4、5ですが、4,5ワイル・ブレイクスリー・コンコトーム6またはいわゆるファインニードル77、88の使用を含む他の技術が利用可能である。これらの技術はすべて、筋肉に渡し、組織の一部を切断するように設計された特別な針のような楽器を使用しています。具体的には、変更されたベルクストローム技術は、大きな変更された針(ここでは5ミリメートルの針のサイズ)を使用しています。図 1)針先に近い窓と針の上下に移動する小さな内部トロカールがあり、針の窓の上を通過するときに筋肉を切断します。このハロートロカールの中には、トロカールのシャフトを上下に移動し、生検を針の窓に向かって押すラムロッドがあります。針の窓に筋肉を引っ張るために、吸引ホースが取り付けられ、針から空気を吸い出し、負圧で筋肉を針の窓に引き込みます。
筋肉生検は、多くの場合、疾患によって引き起こされるタンパク質含有量、遺伝子発現、または形態の変化を研究するために、または運動プログラム11、9、10、119,10,11に応答して取得される。筋肉生検のもう一つの重要な用途は、繊維収縮力の測定、筋線維の剛性、および歴史依存性の筋肉特性12、13、14、15、1613,14,15,16などの機械的実験である。12単繊維または繊維束の力学は、長さのモーターと力のトランスデューサの間に繊維を取り付けることによって、同時に力を測定しながら繊維長を制御する特殊なリグに測定される。繊維を透過(例えば、スキニング)することにより、サルコレンマ膜は、浴液中の化学物質に透過性となり、カルシウム濃度を変化させることによって活性化制御を可能にする。さらに、化学物質/医薬品/他のタンパク質に対する収縮特性の効果は、問題の試薬を浴液に添加することで容易に評価することができます。しかし、この技術は他の動物モデルで非常に使用されているが、著しく少ない研究は、ヒト筋肉生検17、18、1918から皮膚繊維の機械的試験を19行った。17その理由の1つは、生検ツールとプロトコルが、組織抽出中に持続する構造的損傷のレベルをあまり考慮していない限り多くの筋肉組織を除去するように設計されているからです。確かに、最近の生検プロトコルは、生検針を筋肉に駆動し、筋肉3の2〜4個の塊を収集することを示唆している。このプロセス自体はDNAやタンパク質材料にほとんどダメージを与えませんが、筋線維の活性化が不安定になったり不可能になるような方法で繊維や肉体の構造を破壊することがよくあります。さらに、バイオプシー内の繊維の相対的な長さは、通常、短い(<2 mm)、機械的なテストのために容易に処理されません。機械的試験のために、理想的な繊維は長く(3-5 mm)、構造的に損傷を受けていない。
より高度な組織抽出技術は、繊維損傷を制限するために使用することができる。例えば、あるグループ20 は、以前に計画されていた前腕の「開いた手術」(例えば、骨折修復)を利用して、筋肉が完全に露出し、外科医が筋肉構造を可視化し、筋肉組織の比較的大きく構造的に損傷のないサンプル(15mm x 5mm x 5mm)を慎重に解剖することができた。この「オープンバイオプシー」技術は、参加者が以前に計画された手順を受けているときに好まれるので、特に手術が行われない健康な成人のために、潜在的な参加者のプールを制限します。したがって、研究目的で行われる多くの生検は外来処置として行われ、切開部位は感染リスク、瘢痕化、治癒時間を制限するために可能な限り小さく保たれる。したがって、ほとんどの生検は 盲目的に 収集されます(すなわち、オペレータは筋膜を通って筋肉に入る収集針を見ることができません)。これは、生検の質がオペレータのスキルと経験にほぼ完全に基づいていることを意味します。すべての筋肉は、神経や血管を侵すリスク、理想的な採取深度と位置の選択、筋肉を可能な限り緩く保つための適切な身体位置の決定など、組織を収集する際に独自の困難を抱えています。残念ながら、筋肉特有のスキルセットのほとんどは書き留められていないので、各医師は新しい筋肉の生検を行う際に「車輪を再発明する」必要があります。経験のこの欠如は、医師がその筋肉の生検のためのベストプラクティスを識別するまで、通常、低品質でいくつかのコレクションにつながります.初心者の医師は、多くの場合、彼らの経験豊富な同僚との会話を通じてスキルを学びますが、特に生検コレクションに伝統的に使用されていない筋肉のために、この問題に関しては比較的有益で査読されたテキストが存在します。上記の情報を考慮すると、生検のための人間のボランティアを募集することの難しさと共に、すべての参加者の成功の可能性を最大化するより多くの教育情報が必要であることは明らかです。
したがって、本論文の目的は、機械的検査のために長く損傷を受けていない線維片を有する筋肉生検の収集を成功させるためのプロトコルを提供する筋肉生検技術を提示することであった。ヒトの筋肉生検は通常行われ、生検の訓練材料の大部分が上にあり、筋肉スの広大な側面が上にある。皮膚に対する比較的大きな筋肉サイズと表面的な位置は、患者の不快感と身体的外傷を最小化しながら、十分な筋肉組織の収集を可能にする1、21。しかし、縦方向のトレーニング研究のために広大な横方向の分析を使用することにはいくつかの制限があります。例えば、トレーニングプログラムを含む実験的なプロトコルの間、参加者はしばしば2〜6ヶ月に及ぶ期間、研究外の追加のトレーニングを控えなければなりません。アスリートにとって、広大なラテラリスは通常、典型的な運動(例えば、スクワット、ジャンプ)中に訓練されるか、または一般的にスポーツ(例えば、ランニング、サイクリング)のために使用されるので、これはしばしば不可能である。研究の目的から離れたこれらの別々のトレーニング経験は、筋肉の特性に対する研究の実験プロトコルの真の影響を知ることは困難または不可能であるような方法で筋肉の力学、アーキテクチャ、および生理学を変える筋肉の適応を引き起こす可能性があります。これらのタイプの研究では、多くの場合、訓練連隊の焦点ではないターゲット筋肉を選択するのが理想的であろう。筋力脛筋(TA)は、上記の要件を満たす理想的なターゲット筋肉です。さらに、ダイナモメーターを使用するなど、制御可能なアプローチを使用してTAに向けてトレーニング介入を行うことができます。TA筋肉生検に関するトレーニング資料はほとんどありません。そこで、TAから比較的損傷のない筋肉生検を収集する改質プロトコルを開発しました。

<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

骨格繊維の収縮の機械的特性は、全体的な筋肉の健康、機能、および性能の重要な指標です。ヒト骨格筋生検は、これらの努力のためにしばしば収集される。しかし、生検手順の技術的な記述は比較的少なく、一般的に使用される筋肉性の外側の外側の外側の、利用可能である。生検技術は、多くの場合、研究中の各筋肉の特性に対応するように調整されますが, いくつかの技術的なレポートは、より大きなコミュニティにこれらの変化を共有しています.したがって、オペレータが車輪を再発明するにつれて、ヒト参加者からの筋肉組織はしばしば無駄になる。様々な筋肉から生検に利用可能な材料を拡大すると、失敗した生検の事件を減らすことができます。この技術レポートでは、繊維損傷を制限し、機械的評価に十分な繊維長を提供する筋学脛節前部に対する修正されたBergström技術のバリエーションについて説明します。手術は1時間で完了できる外来処置です。この処置の回復期間は、光活動(すなわち、歩行)、正常身体活動再開のために最大3日間、創傷ケアのために約1週間即時である。抽出された組織は機械的な力の実験に使用することができ、ここで我々は代表的な活性化データを提示する。このプロトコルは、ほとんどの収集目的に適しており、他の骨格筋に適応可能であり、収集針の変更によって改善される可能性がある。

参加者の全時間のコミットメントは約1時間(10分の相談、10分超音波、20分手術準備と麻酔投与、10分手術、10分の回復)でした。多くの場合、参加者は無意識のうちにTAを活性化し、筋肉を可能な限りリラックスさせるために一貫したリマインダーを必要としました。生検針が筋肉の中にあったとき、参加者は通常、中等度から激しい不快感の時折期間で、生検針の周りの領域でユニークな「圧?...

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

この技術報告書は、繊維損傷を制限する筋液脛節前部の生検のための修正されたベルクストローム技術のバリエーションを説明している。

機械評価のためのヒト筋学の上室から骨格筋生検の収集

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

ルール大学ボーフム、スポーツ科学部へようこそ。本日は、ヒト筋力脛骨前部の優れたコンパートメントから骨格筋生検の集積を実演する。生検技術は筋肉組織の採取に有効であるが、繊維力学の評価が困難なように、しばしば繊維が構造的に損傷を受ける。ファイバーの損傷を制限し、繊維長を最大化し、人体繊維の機械的評価を行うことができる、変更されたBergstrom技術のバリエーションを提示します。デモンストレーションは、チームドクター、マルクス・デ・マーレス博士と研究科学者、ダニエル・ハーン博士とアンソニー・ヘッセルによって行われます。参加者と医師は最初に会合を開き、手順を検討し、議論します。満足のいければ、参加者は自発的なインフォームド・コンセント契約に署名します。被験者に仰向けに寝て、手足をできるだけリラックスさせておいてください。チビアリス前者がたるみになるように参加者の足をドシフレックスする。超音波プローブを使用して、脛骨前筋腹の内側の表面コンパートメントの横面を可視化し、主要な動脈または神経のない生検領域を同定する。最後に、コレクション針がこの点を超えて駆動されないように、中央アポンユーロシスの深さを記録します。超音波プローブを回転させて、特定された標的領域の矢状面にアクセスします。筋の容積の画像を、目に見える筋のボリュームに保存します。手術ツールは、手順の前に滅菌され、準備され、完全に書かれたプロトコル内で記述されています。ベルクストロム針は先端の近くに窓を持っています。この針の中には、シャフトを上下に移動し、針の窓の上を通過するときに筋肉を切断する小さな中空のトロカールがあります。トロカールの中には、トロカールから生検を押し出すために使用される小さなラムロッドがあります。針の窓に筋肉を引っ張るために、針の上部に吸引ホースが取り付けられ、針から空気を吸い出し、負圧で針窓から筋肉を引き抜く。手順テーブルの上に仰向けに置き、足の筋肉をリラックスするように参加者に指示します。超音波画像の撮影中に使用されるわずかな足首の振動反射を複製し、処置中の回転を最小限に抑えるために足首関節を固定します。標的の切開部を剃り、消毒する。次にエピネフリンを用いて2%キシロキチンの1.5 CCの表面的な注入を投与する。これは局所麻酔および容器の狭窄として機能する。影響時間は20~30分です。スクリーンで生検の場所に患者の視線を取り除きます。以前にマークされた生検部位では、皮膚と鼻隠しを切断する無菌メスで遠位切開に1センチメートル近位を作り、基礎となる筋肉組織を露出させる。切開部の上に生検針を置き、皮膚に垂直に向けます。生検針を半~1センチ筋肉に押し込みます。針の動きに対していくらかの耐光性があるかもしれませんが、余分な抵抗は異常であり、しばしば切開不通を示します。次に針を近位に遠位に向け、針を1~2センチに押し込んで筋肉に入れなさい。針の正確な向きと移動深さは、参加者固有になります。そして、このように超音波検査に基づいています。注射器ホースを生検針に取り付け、針に負圧を作ります。これは針の窓から筋肉組織を描きます。強引に筋肉を切除するために針の窓の上にトロカールを押します。脚から針を取り出し、組織処理のために技術者に渡します。創傷テープまたは接着剤を使用して主に創傷を閉じ、傷口を感染や機械的摩耗から保護するためにドレッシングを適用します。立ち上がって歩き回るように参加者に指示する。彼らは痛いですが、すぐに歩き回ることができるでしょう。生検ウィンドウから組織を取り除くために、まず組織を露出させ、次に針先を生理学的緩衝液で満たされた下品に沈め、筋肉が針から溶液に浮かぶまで針を激しく動かす。標準的な方法を用いて機械的評価のための筋肉組織を処理する。私たちは最近、このプロトコルを使用して参加者から22の生検を収集しました。平均回収収量は100~200ミリグラムの筋肉組織を使用できる。各生検は、長さ3〜5ミリメートルの150〜300の損傷のない繊維を生み出した。繊維束をグリセロールで化学的に皮をむき、平均サルコメア長2.7ミクロンで高カルシウム溶液で活性化した。適切に保存された生検は、数ヶ月間の機械的検査に実行可能です。この生検の手順は1時間かかります。生検による合併症は非常にまれであるが、最も可能性の高いのは、切開部位の感染である。ヒトの筋肉生理学とバイオメカニクスにおける大きな課題は、運動と病気に対する筋肉のパフォーマンスの様々な適応を区別することです。運動や病気に対する繊維レベルの適応を適切に特定するために、生検は適切な技術である。しかし、組織抽出中の筋肉の損傷から保護するために注意する必要があります。ここで示したプロトコルは、これらの目的のための筋肉組織の高い収率を提供します。

Research

JoVE Journal

Biology

Mitochondrial Isolation from Skeletal Muscle

骨格筋からのミトコンドリア単離

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

骨格筋からの前駆体の精製

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

ゼブラフィッシュ胚骨格筋のレーザー招いた傷害

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

成人骨格筋からの個々の筋線維とその衛星細胞の単離および培養

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

長指伸筋の筋機能の評価<em&gt;エクスビボ</em&gt;と前脛骨筋<em&gt;その場</em&gt;マウスの

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

無傷骨格筋線維内のカルシウムスパークスの評価

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

ヒト骨格筋からの血管由来の多能前駆体の単離

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

組織トリアージや骨格筋疾患のモデルのために凍結

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