Name: collection of skeletal muscle biopsies from the superior compartment of human musculus tibialis anterior for mechanical evaluation
Uploaded: 2020-09-27T14:30:00
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마이클라 라우, 레아 페디아 리스만, 마이클 마쉬, 자니나 소피 테너러, 킬리안 킴메캄프, 볼프강 링케에게 이 프로젝트를 지원해 주신 것에 감사드립니다. 이 프로젝트에 대한 자금은 MERCUR 재단 (ID : An-2016-0050)이 DH에 제공되었습니다.

참고: 아래, 우리는 별도의 지속적인 연구에 등록 된 자원 봉사자의 TA에서 기계적으로 손상되지 않은 섬유를 수확하는 프로토콜을 설명합니다. 이 프로토콜은 광대스 측삭에서 수정 된 Bergström 기술을 설명 한 Shanely 외3에의해 설명 된 것과 유사합니다. 여기에 제시된 정보는 연구 그룹에 의해 개선되었지만 모든 실험실 그룹 이나 조직 설정에 적합하지 않을 수 있습니다. 우리는...

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이 보고에서는, 우리는 TA에서 구조적으로 손상되지 않은 근육 조직의 생검을 위한 기술을 기술했습니다. 우리는이 절차는 기계적 테스트를 위해 사용 가능한 근육 섬유 (수집 된 조직의 50 mg 당 5-10 섬유 번들 제제)의 허용 가능한 함량을 산출한다는 것을 발견했습니다. 또한, 우리는 후속 기계, 유전 적 및 proteomic 실험을위한 충분한 조직을 가지고 있었습니다.
일반적으로 근?...

임상 또는 연구 목적을 위한 인간 근육 생리학의 연구 결과는 수시로 근육 생검을 요구합니다. 예를 들어, 인간의 근육 생리학 및 생체 역학의 주요 과제는 운동에 근육 성능의 다양한 적응을 구별하고 이해하는 것입니다. 성능 적응은 단지 구조적 적응을 포함하지 않습니다 (예를 들어, 수축 단백질의 변화, 근육 아키텍처) 뿐만 아니라 신경 적응을 포함1,이는 매우 어렵다, 불가능하지는 않지만, 그 밖에 그대로 검사 할 때 별도로 평가하는 것은 인간의 근육에 그대로 테스트. 섬유 수준 실험은 이러한 고차 성분을 제거하고 근육 수축의 보다 직접적인 평가를 허용하고 생검 기술을 통해 수집 될 수있다. 근육 생검은 적어도 18682부터 수집되었습니다. 오늘날, 근육 생검을 수집하는 주된 기술은 변형된 Bergström 기술3,,4,,5이며,Weil-Blakesley 컨쵸톰6 또는 소위 미세 바늘7,,8의사용을 포함하는 다른 기술을 사용할 수 있지만. 이러한 모든 기술은 근육에 전달하고 조직의 조각을 잘라 하도록 설계 된 특수 바늘 같은 악기를 사용 하 여. 구체적으로, 변형된 Bergström 기술은 큰 변형 바늘(5mm 바늘 크기)을 이쪽; 그림 1) 바늘 끝과 바늘 을 위아래로 이동하는 작은 내부 트로카가 바늘 창을 통과 할 때 근육을 절단. 이 할로윈 트로카 내에서 트로카의 샤프트를 위아래로 이동하고 바늘 창을 향해 생검을 밀어 난폭이있다. 바늘 창으로 근육을 당기려면 흡입 호스가 부착되어 바늘에서 공기를 빨아 내고 부정적인 압력을 통해 바늘 창으로 근육을 당깁니다.
근육 생검은 종종 단백질 함량, 유전자 발현, 또는 질병에 의한 형태학의 변화를 연구하기 위해 획득되거나 운동 프로그램1,,9,,10,,11에대한 반응에서. 근육 생검에 대한 또 다른 중요한 용도는 섬유 수축력, 근육 섬유 강성 및 역사 의존근육 특성12,,13,,14,,15,,16등의 기계적 실험이다. 단일 섬유 또는 섬유 번들 역학은 길이 모터와 힘 트랜스듀서 사이에 섬유를 부착하여 섬유 길이를 동시에 측정하는 특수 리그에 부착하여 측정합니다. 섬유를 과미화(예: 스키닝) 섬유에 의해, 사르콜렘막은 목욕 용액의 화학 물질에 투과성이 되어 다양한 칼슘 농도로 활성화 제어를 가능하게 합니다. 또한, 화학물질/제약/기타 단백질에 대한 수축 특성의 효과는 문제의 시약을 목욕 용액에 추가하여 쉽게 평가될 수 있다. 그러나, 이 기술은 다른 동물 모형에서 높게 사용되는 동안, 눈에 띄게 적은 연구 결과는 인간 근육 생검에서 피부 섬유에 기계시험을실시17,,18,,19. 한 가지 이유는 생검 도구와 프로토콜조직 추출 중에 지속되는 구조적 손상 수준에 대한 관심없이 가능한 한 많은 근육 조직을 제거하도록 설계되었기 때문입니다. 실제로, 최근 생검 프로토콜은 생검 바늘을 근육으로 몰고 근육3의2-4 덩어리를 수집할 것을 제안합니다. 과정 자체는 DNA 또는 단백질 물질에 거의 손상을 주지 않지만 종종 근육 섬유의 활성화가 불안정하거나 불가능해지는 방식으로 섬유및 육종 구조를 파괴합니다. 더욱이, 생검 내의 섬유의 상대적인 길이는 일반적으로 짧고 (&2 mm) 기계적 테스트를 위해 쉽게 취급되지 않습니다. 기계적 테스트를 위해 이상적인 섬유는 길고(3-5mm) 길이이며 구조적으로 손상되지 않습니다.
보다 진보된 조직 추출 기술을 사용하여 섬유 손상을 제한할 수 있습니다. 예를 들어, 한그룹(20)은 근육이 완전히 노출되고 외과 의사가 근육 구조를 시각화하고 상대적으로 크고 구조적으로 손상되지 않은 근육 조직 샘플(15mm x 5mm x 5mm)을 신중하게 해부할 수 있었던 팔뚝의 이전에 계획된 "열린 수술"(예: 뼈 골절 수리)을 활용했습니다. 이 "오픈 생검"기술은 참가자가 이전에 계획된 절차를 겪고 있을 때 선호되며, 특히 수술이 일어나지 않는 건강한 성인을 위해 잠재적 인 참가자의 풀을 제한합니다. 따라서, 연구 목적으로 수행된 많은 생검은 외래 절차로 수행되고 절개 부위는 감염 위험, 흉터 및 치유 시간을 제한하기 위해 가능한 한 작게 유지됩니다. 따라서 대부분의 생검은 맹목적으로 수집됩니다 (즉, 작업자는 근막을 통과하여 근육으로 통과할 때 수집 바늘을 볼 수 없습니다). 이것은 생검의 질이 거의 전적으로 운영자의 기술과 경험을 기반으로한다는 것을 의미합니다. 모든 근육은 신경과 혈관을 위반하는 위험, 이상적인 수집 깊이 및 위치 선택, 가능한 한 여유 근육을 유지하기 위해 적절한 신체 위치를 결정할 때 조직을 수집 할 때 자체 어려움을 가지고 있습니다. 불행 하 게도, 근육 특정 기술 집합의 대부분은 기록 되지 않습니다 그리고 그래서 각 의사는 해야 "바퀴를 재발견" 그들에 게 새로운 근육에 생검을 수행 할 때. 경험의 이 부족은 일반적으로 의사가 그 근육에 생검을 위한 모범 사례를 식별할 때까지 낮은 질을 가진 몇몇 컬렉션으로 이끌어 냅니다. 초보자 의사는 종종 경험이 풍부한 동료와의 대화를 통해 기술을 배우지만, 특히 생검 수집에 전통적으로 사용되지 않는 근육에 대해 상대적으로 적은 유익하고 동료 검토 된 텍스트가 이 문제에 존재합니다. 위의 정보를 고려하면 생검을 위해 인간 자원 봉사자를 모집하는 어려움과 함께 모든 참가자가 성공 할 가능성을 극대화하는 더 많은 교육 정보가 필요하다는 것이 분명합니다.
따라서, 이 논문의 목적은 기계적 검사를 위한 길고 손상되지 않은 섬유 단편을 가진 근육 생검의 성공적인 수집을 위한 프로토콜을 제공하는 근육 생검 기술을 제시하는 것이었습니다. 인간 적인 근육 생검은 일반적으로 에 수행되고, 생검 훈련 자료의 대부분은, 근육 광상측측기. 피부에 비해 상대적으로 큰 근육 크기와 피상적 위치는 환자 불편과 신체적 외상1,,21을최소화하면서 적절한 근육 조직의 수집을 허용합니다. 그러나, 세로 훈련 연구에 대 한 광대 한 측면을 사용 하 여 몇 가지 제한이 있다. 예를 들어, 교육 프로그램을 포함하는 실험 프로토콜 동안, 참가자는 종종 2-6 개월에 걸쳐 기간 동안 연구 이외의 추가 교육을 자제해야합니다. 운동 선수의 경우, 광대 한 측면은 일반적으로 일반적인 운동 (예 : 스쿼트, 점프) 동안 훈련되거나 일반적으로 스포츠 (예 : 달리기, 사이클링)에 사용됩니다. 연구의 목표에서 이러한 별도 훈련 경험은 근육 역학을 변경 하는 근육 적응을 일으킬 수 있습니다., 건축, 그리고 근육 속성에 연구의 실험 프로토콜의 진정한 효과 알고 불가능 하는 방식으로 생리학. 연구의 이러한 유형에 대 한, 그것은 종종 훈련 연대의 초점이 아닌 대상 근육을 선택 하는 것이 좋습니다. 근육 티비알리스 전방 (TA)은 위의 요구 사항을 충족시키는 이상적인 표적 근육입니다. 또한, 훈련 내정간섭은 동력계의 사용과 같은 제어 가능한 접근법을 사용하여 TA를 대상으로 할 수 있다. TA 근육 생검에 관련 된 거의 훈련 자료가 있다. 따라서, 우리는 TA에서 상대적으로 손상되지 않은 근육 생검을 수집하기 위해 수정 된 프로토콜을 개발했다.

<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

스켈레탈 섬유의 기계적 특성은 전반적인 근육 건강, 기능 및 성능의 중요한 지표입니다. 인간 골격 근 생검은 종종 이러한 노력에 대 한 수집. 그러나, 생검 절차의 상대적으로 몇몇 기술적인 설명은, 일반적으로 이용되는 근육 광자 측측의 외부에, 유효합니다. 생검 기술은 연구 하에 각 근육의 특성을 수용하기 위하여 수시로 조정됩니다, 몇몇 기술 보고는 더 중대한 지역 사회에 이 변경을 공유합니다. 따라서, 인간 참가자의 근육 조직은 종종 작업자가 바퀴를 재발견함에 따라 낭비됩니다. 다양한 근육에서 생검에 사용 가능한 물질을 확장하면 실패한 생검의 사고를 줄일 수 있습니다. 이 기술 보고서는 섬유 손상을 제한하고 기계적 평가에 적합한 섬유 길이를 제공하는 근육 티비알리스 전방에 변형된 Bergström 기술의 변형을 설명합니다. 수술은 한 시간 안에 완료될 수 있는 외래 환자 절차입니다. 이 절차의 회복 기간은 가벼운 활동 (즉, 걷기), 정상적인 신체 활동의 재개를위한 최대 3 일, 상처 치료를위한 약 1 주일 입니다. 추출된 조직은 기계적 힘 실험에 사용될 수 있으며 여기에서 우리는 대표적인 활성화 데이터를 제시합니다. 이 프로토콜은 대부분의 수집 목적에 적합하며, 잠재적으로 다른 골격 근육에 적응할 수 있으며, 수집 바늘을 수정하여 개선될 수 있다.

참가자에 대한 전체 시간 약 1 시간 (상담 10 분 상담, 10 분 초음파, 20 분 수술 준비 및 마취 관리, 10 분 수술 및 10 분 회복)이었습니다. 종종, 참가자는 무의식적으로 그들의 TA를 활성화 하 고 가능한 한 편안 하 게 근육을 유지 하기 위해 일관 된 알림 필요. 생검 바늘이 근육 안에 있을 때, 참가자는 일반적으로 생검 바늘 의 주위에 있는 유일한 "압력" 감각을 보고했습니다, 강렬한 불편에 온건한 의...

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

이 기술 보고서는 섬유 손상을 제한하는 근육 티비알리스 전방의 생검을 위한 수정된 Bergström 기술의 변형을 설명합니다.

기계적 평가를 위한 인간 근육 티비아리스 전방의 우수한 구획에서 골격 근육 생검 의 컬렉션

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

루르 대학 보훔에 오신 것을 환영합니다, 스포츠 과학 학부. 오늘, 우리는 인간 근육 티비아 전방의 우수한 구획에서 골격 근육 생검의 컬렉션을 시연 할 것입니다. 생검 기술은 근육 조직을 수집하는 데 효과적이지만 섬유섬유역학을 평가하는 것은 어렵습니다.우리는 인간 섬유의 기계적 평가를 수행 할 수 있도록 섬유 손상을 제한하고 섬유 길이를 극대화 수정 된 Bergstrom 기술의 변형을 제시한다. 이 시연은 팀 의사, 마르쿠스 드 마레스 박사, 연구 과학자, 다니엘 한 박사, 앤서니 헤셀 박사가 진행합니다. 참가자와 의사는 먼저 회의를 통해 절차를 검토하고 논의합니다.만족하면 참가자는 자발적인 동의 서전에 서명합니다. 피사체에게 수핀을 놓고 팔다리를 가능한 한 편안하게 유지하도록 지시한다. Dorsiflex 참가자의 발을 그래서 티비아리스 전방 느슨한.초음파 프로브를 사용하여 티비알리스 전방 근육 배 내의 피상구의 횡단 평면을 시각화하고 주요 동맥이나 신경이없는 생검 영역을 식별하십시오. 마지막으로, 수집 바늘이 이 점을 지나가지 않도록 중앙 아포페스시스의 깊이를 기록합니다. 확인된 표적 영역의 처상 평면에 접근하기 위해 초음파 프로브를 회전시.파시클이 보이는 근육 볼륨의 이미지를 저장합니다. 수술 도구는 시술 전에 살균 및 준비되며 서면 프로토콜 내에서 완전히 설명됩니다. Bergstrom 바늘에는 끝근처에 창문이 있습니다.이 바늘 안에는 샤프트를 위아래로 움직이고 바늘 창을 통과할 때 근육을 자르는 작은 중공 트로카가 있습니다. 트로카 내에서 트로카에서 생검을 밀어 하는 데 사용 되는 작은 ramrod. 바늘 창으로 근육을 당기기 위해 흡입 호스는 바늘의 공기를 빨아들이고 부정적인 압력에 의해 바늘 창을 통해 근육을 당기는 바늘 의 상단에 부착됩니다.참가자에게 시술 테이블에 척추를 놓고 다리 근육을 이완하도록 지시하십시오. 초음파 이미징 중에 사용되는 약간의 발목 dorsiflexion을 복제한 다음 발목 관절을 고정하여 절차 중에 회전을 최소화합니다. 대상 절개 영역을 면도하고 소독합니다.다음으로 에피네프린을 가진 2%자일로키틴의 1.5CC의 피상적 주입을 투여한다. 이것은 국소 마취및 선박 수축기로서 기능합니다. 영향 시간은 20~30분입니다.화면으로 생검 위치에 환자의 시야를 제거합니다. 이전에 표시된 생검 부위에서 피부와 근막을 통해 절단하는 멸균 메스로 단면에 1 센티미터 근위를 만들어 근본적인 근육 조직을 노출시합니다. 생검 바늘을 절개 위에 놓고 피부에 수직으로 방향을 지정합니다.생검 바늘을 근육에 반에서 1센티미터로 밀어 넣습니다. 바늘 운동에 약간의 빛 저항이있을 수 있지만, 어떤 여분의 저항은 비정상이며 종종 부적절한 절개를 나타냅니다. 다음으로 바늘을 근위 위치로 방향을 지정하고 바늘을 근육에 1~2cm 밀어 넣습니다.바늘의 정확한 방향과 이동 깊이는 참가자가 특정합니다. 따라서 초음파 검사를 기반으로합니다. 주사기 호스를 생검 바늘에 부착하고 바늘에 부정적인 압력을 일으킵니다.이것은 바늘 창을 통해 근육 조직을 그릴 것입니다. 강제로 근육을 절제바늘 창 위에 트로카를 밀어. 다리에서 바늘을 제거하고 조직 처리를 위해 기술자에게 전달합니다.상처 폐쇄 테이프 또는 접착제를 사용하여 주로 상처를 닫고 드레싱을 적용하여 상처가 감염되거나 기계적 마모로부터 보호하십시오. 참가자에게 일어서서 걸어보라고 지시한다. 그들은 아픈 것입니다,하지만 즉시 주위에 걸을 수 있습니다.생검 창에서 조직을 제거하기 위해 먼저 조직을 노출한 다음 바늘 끝을 생리적 완충제로 가득 찬 사악한 것으로 잠기고 근육이 바늘에서 용액으로 떠나올 때까지 바늘을 적극적으로 움직입니다. 표준 방법을 사용하여 기계적 평가를 위한 근육 조직을 처리합니다. 우리는 최근에 이 프로토콜을 사용하여 참가자에게서 22개의 생검을 집합했습니다.평균 수집 수율은 사용 가능한 근육 조직의 100 에서 200 밀리그램이었습니다. 각 생검은 길이 3~5밀리미터의 손상되지 않은 섬유 150~300개를 산출했습니다. 섬유 번들은 글리세롤로 화학적으로 피부로 피부가 된 다음 평균 2.7 미크론의 높은 칼슘 용액에서 활성화되었습니다.제대로 저장된 생검은 몇 달 동안 기계적 테스트를 위해 실행 가능합니다. 이 생검 절차는 1 시간이 걸립니다. 생검에서 합병증은 매우 드물다, 그러나 가장 가능성이 절개 사이트의 감염입니다.인간의 근육 생리학 및 생체 역학에 있는 중요한 도전은 운동과 질병에 근육 성과의 각종 적응을 구별하는 것입니다. 운동이나 질병에 대한 섬유 수준 적응을 적절하게 식별하기 위해 생검은 적절한 기술입니다. 그러나 조직 추출 중 근육 손상으로부터 보호하기 위해 주의를 기울여야 합니다.여기에서 입증된 프로토콜은 이러한 목적을 위해 높은 수율을 제공합니다.

Research

JoVE Journal

Biology

Mitochondrial Isolation from Skeletal Muscle

골격근에서 Mitochondrial 절연

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

연구

생물학

Purification of Progenitors from Skeletal Muscle

골격근에서 Progenitors의 정화

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

Zebrafish 배아 골격근의 레이저 쏜 부상

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

성인 골격근의 개인 Myofibers 및 위성 세포의 분리와 문화

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

신근 Digitorum의 Longus 근육의 근육 기능의 평가<em&gt; 예 생체</em&gt;와 Tibialis 앞쪽에 근육<em&gt; 현장에서</em&gt; 마우스에

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

칼슘의 평가는 그대로 골격 근육 섬유에서 불꽃

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

인간의 골격 근육에서 혈관 유래 다 능성 전구체의 분리

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

조직의 우선 순위 구분과 골격근 질환 모델에 대한 동결

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