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

Vi takker Michaela Rau, Lea-Fedia Rissmann, Michael Marsh, Janina-Sophie Tennler, Kilian Kimmeskamp og Wolfgang Linke for å bistå med prosjektet. Midler til dette prosjektet ble gitt av MERCUR Foundation (ID: An-2016-0050) til DH.

MERK: Nedenfor skisserer vi en protokoll for å høste mekanisk uskadede fibre fra TA av frivillige som ble registrert i en egen pågående studie. Denne protokollen ligner på den som er beskrevet av Shanely et al.3, som har beskrevet den modifiserte Bergström teknikken i vastus lateralis. Informasjonen som presenteres her har blitt raffinert av vår forskningsgruppe, men er kanskje ikke ideell for alle laboratoriegrupper eller organisasjonsoppsett. Vi gir bare retningslinjer, og sterkt foreslå...

<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>

I denne rapporten beskrev vi en teknikk for biopsi av strukturelt uskadet muskelvev fra TA. Vi fant at denne prosedyren gir et akseptabelt innhold av brukbare muskelfibre (5-10 fiber bunt preparater per 50 mg samlet vev) for mekanisk testing. Videre hadde vi nok vev til oppfølgingsmekaniske, genetiske og proteomiske eksperimenter.
Det finnes flere metoder som vanligvis brukes for innsamling av muskelbiopsier3,,4,,<sup class...

Studien av menneskelig muskelfysiologi for kliniske eller forskningsformål krever ofte muskelbiopsier. For eksempel er en stor utfordring i menneskelig muskelfysiologi og biomekanikk å skille mellom og forstå de ulike tilpasningene av muskelytelse til trening. Ytelsestilpasninger inkluderer ikke bare strukturelle tilpasninger (f.eks. endringer i kontraktile proteiner, muskelarkitektur), men inkluderer også nevraletilpasninger 1, som er svært vanskelig, om ikke umulig, å vurdere separat når du tester intakt in situ menneskelige muskler. Fiber-nivå eksperimenter fjerne disse høyere rekkefølge komponenter og tillate en mer direkte evaluering av muskel sammentrekning og kan samles via biopsi teknikker. Muskelbiopsier har blitt samlet siden minst 18682. I dag er den dominerende teknikken for å samle muskelbiopsier den modifiserte Bergström-teknikken3,4,5 , selv om andreteknikkerer tilgjengelige, inkludert bruk av en Weil-Blakesley conchotome6 eller den såkalte finnålen7,8. Alle disse teknikkene bruker spesielle nål-lignende instrumenter som er utformet for å passere inn i muskel og kutte et stykke vev. Spesielt bruker den modifiserte Bergström teknikken en stor modifisert nål (5 mm nålstørrelse her; Figur 1) som har et vindu nær nålespissen og en mindre intern trocar som beveger seg opp og ned nålen, kutte muskelen når du passerer over nål vinduet. Innenfor denne hellige trocar er en ramrod som beveger seg opp og ned i akselen på trocar og skyver biopsien mot nålevinduet. For å trekke muskelen inn i nålevinduet, er en sugeslange festet, noe som suger luft ut av nålen og trekker muskelen inn i nålevinduet via negativt trykk.
Muskelbiopsier er ofte ervervet for å studere endringer i proteininnhold, genuttrykk eller morfologi forårsaket av sykdom eller som svar på et treningsprogram1,,9,,10,,11. En annen kritisk bruk for muskelbiopsier er mekaniske eksperimenter som måling av fiber kontraktil kraft, muskelfiber stivhet, og historieavhengige muskelegenskaper12,13,14,15,16. Enkeltfiber- eller fiberbuntmekanikk måles ved å feste fibre mellom en lengdemotor og krafttransduser på spesialiserte rigger som styrer fiberlengden samtidig som den måler kraft. Ved å permeabilisere (flå) fibre, blir sarcolemmamembranen gjennomtrengelig for kjemikalier i badeløsningen, noe som åpner for aktiveringskontroll ved varierende kalsiumkonsentrasjon. Videre kan effekten av kontraktile egenskaper på kjemikalier / legemidler / andre proteiner enkelt evalueres ved å legge til det aktuelle reagenset til badeløsningen. Men mens denne teknikken er svært brukt i andre dyremodeller, merkbart færre studier utført mekaniske tester på skinned fibre fra menneskelige muskel biopsier17,18,19. En grunn er at biopsi verktøy og protokoller er utformet for å fjerne så mye muskelvev som mulig med mindre hensyn til nivået av strukturell skade påført under vev utvinning. Faktisk foreslår en nylig biopsiprotokoll å drive biopsinålen inn i muskelen og samle 2-4 biter av muskel3. Selve prosessen gjør liten skade på DNA eller proteinmateriale, men ødelegger ofte fiber og sarkomeriske strukturer på en slik måte at aktiveringen av muskelfibre blir ustabil eller umulig. Videre er den relative lengden på fibrene i biopsien vanligvis kort (<2 mm) og ikke lett håndteres for mekanisk testing. For mekanisk testing er ideelle fibre lange (3-5 mm) og ikke strukturelt skadet.
Mer avanserte vevsekstraksjonsteknikker kan brukes til å begrense fiberskade. For eksempel benytteten gruppe 20 seg av tidligere planlagte "åpne operasjoner" av underarmer (f.eks. reparasjon av beinbrudd), hvor musklene var fullt eksponert og en kirurg var i stand til å visualisere muskelstrukturen og nøye dissekere relativt store og strukturelt uskadede prøver av muskelvev (15 mm x 5mm x 5 mm). Denne "åpne biopsi" teknikken favoriseres når deltakerne gjennomgår en tidligere planlagt prosedyre, og begrenser derfor bassenget av potensielle deltakere, spesielt for friske voksne, hvor ingen operasjoner ellers ville finne sted. Dermed, mange biopsier utført for forskningsformål er gjort som en poliklinisk prosedyre og snittet området holdes så liten som mulig for å begrense infeksjon risiko, arrdannelse, og healing tid. Derfor samles de fleste biopsier blindt (det vil si at operatøren ikke kan se innsamlingsnålen når den passerer gjennom fasciaen inn i muskelen). Dette innebærer at kvaliteten på biopsien er nesten utelukkende basert på operatørens dyktighet og erfaring. Hver muskel har sine egne vanskeligheter når du samler vev, for eksempel risiko for å bryte nerver og blodkar, valg av en ideell samling dybde og plassering, og bestemmer seg for en passende kroppsposisjon for å holde muskelen så slakk som mulig. Dessverre er de fleste muskelspesifikke ferdigheter ikke skrevet ned, og derfor må hver lege "gjenoppfinne hjulet" når du utfører biopsier på muskler som er nye for dem. Denne mangelen på erfaring fører vanligvis til flere samlinger med lav kvalitet til legen identifiserer de beste praksisene for biopsier på den muskelen. Nybegynnere leger lærer ofte ferdigheten gjennom samtaler med sine mer erfarne kolleger, men relativt få informative og fagfellevurderte tekster eksisterer om saken, spesielt for muskler som ikke tradisjonelt brukes til biopsisamling. Hvis vi vurderer informasjonen ovenfor, sammen med vanskeligheten med å rekruttere menneskelige frivillige til biopsier, er det klart at mer undervisningsinformasjon er nødvendig som maksimerer sjansene for suksess for hver deltaker.
Dermed var formålet med dette papiret å presentere en muskelbiopsiteknikk som gir protokoller for vellykket samling av muskelbiopsier med lange, uskadede fiberfragmenter for mekaniske tester. Menneskelige muskelbiopsier utføres vanligvis på, og mesteparten av biopsitreningsmaterialet er på, musculus vastus lateralis. Dens relativt store muskelstørrelse og overfladiske plassering i forhold til huden gjør det mulig å samling av tilstrekkelig muskelvev, samtidig som pasientens ubehag og fysisktraumer 1,21. Det er imidlertid noen begrensninger for å bruke vastus lateralis for langsgående opplæringsstudier. For eksempel, under eksperimentelle protokoller som inkluderer et treningsprogram, må deltakerne avstå fra ekstra opplæring utenfor studien for en periode som ofte strekker seg over 2-6 måneder. For idrettsutøvere er dette ofte ikke mulig, da vastus lateralis vanligvis trenes under typiske øvelser (f.eks. knebøy, hopp), eller brukes vanligvis til sporten (f.eks. løping, sykling). Disse separate treningserfaringene vekk fra studiens mål kan forårsake muskeltilpasninger som endrer muskelmekanikk, arkitektur og fysiologi på en slik måte at det er vanskelig eller umulig å vite den sanne effekten av studiens eksperimentelle protokoll om muskelegenskaper. For disse typer studier, det ville være ideelt å velge et mål muskel som ofte ikke er fokus for trening regimenter. Den muskulus tibialis fremre (TA) er et ideelt mål muskel som tilfredsstiller kravene ovenfor. I tillegg kan opplæringstiltak målrettes mot TA ved hjelp av kontrollerbare tilnærminger, for eksempel ved bruk av dynamometer. Det er nesten ingen treningsmateriale knyttet til en TA muskelbiopsi. Derfor utviklet vi en modifisert protokoll for å samle relativt uskadede muskelbiopsier fra TA.

<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 mekaniske egenskapene til å pådra skjelettfibre er avgjørende indikatorer på generell muskelhelse, funksjon og ytelse. Menneskelige skjelettmuskulaturbiopsier samles ofte for disse bestrebelsene. Imidlertid er relativt få tekniske beskrivelser av biopsiprosedyrer, utenfor den vanlige musculus vastus lateralis, tilgjengelig. Selv om biopsiteknikkene ofte justeres for å imøtekomme egenskapene til hver muskel under studier, deler få tekniske rapporter disse endringene i større samfunn. Dermed er muskelvev fra menneskelige deltakere ofte bortkastet som operatøren gjenoppfinner hjulet. Utvide tilgjengelig materiale på biopsier fra en rekke muskler kan redusere hendelsen av mislykkede biopsier. Denne tekniske rapporten beskriver en variant av den modifiserte Bergström-teknikken på musculus tibialis fremre som begrenser fiberskader og gir fiberlengder som er tilstrekkelige for mekanisk evaluering. Operasjonen er en poliklinisk prosedyre som kan fullføres om en time. Gjenopprettingsperioden for denne prosedyren er umiddelbar for lett aktivitet (det vil si turgåing), opptil tre dager for gjenopptakelse av normal fysisk aktivitet, og omtrent en uke for sårbehandling. Det ekstraherte vevet kan brukes til mekaniske krafteksperimenter, og her presenterer vi representative aktiveringsdata. Denne protokollen er egnet for de fleste innsamlingsformål, potensielt tilpasningsdyktig til andre skjelettmuskler, og kan forbedres ved endringer i innsamlingsnålen.

Hele tidsforpliktelsen for en deltaker var omtrent en time (10 min konsultasjon, 10 min ultralyd, 20 min kirurgi forberedelse og bedøvelse administrasjon, 10 min kirurgi, og 10 min utvinning). Ofte, deltakerne ubevisst aktivert sin TA og trengte konsekvente påminnelser for å holde muskelen så avslappet som mulig. Når biopsi nålen var inne i muskelen, deltakerne vanligvis rapportert en unik "trykk" følelse i området rundt biopsi nålen, med sporadiske perioder med moderat til intens ubehag. En gang stoppet en delt...

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

Denne tekniske rapporten beskriver en variant av den modifiserte Bergström-teknikken for biopsien til musculus tibialis fremre som begrenser fiberskader.

Innsamling av skjelettmuskulaturbiopsier fra Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for mekanisk evaluering

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

Velkommen til Ruhr-Universitetet Bochum, Fakultet for idrettsvitenskap. I dag vil vi demonstrere samlingen av skjelettmuskulaturbiopsier fra det overlegne rommet til den menneskelige muskulus tibialis fremre. Mens biopsi teknikker er effektive for å samle muskelvev, fibrene er ofte strukturelt skadet på en slik måte at evaluering av fibermekanikk er vanskelig.Vi presenterer en variant av en modifisert Bergstrom-teknikk som begrenser fiberskader og maksimerer fiberlengden slik at den mekaniske evalueringen av menneskelige fibre kan utføres. Demonstrasjonen vil bli utført av team lege, Dr.Markus de Marees og forskere, Dr.Daniel Hahn og Anthony Hessel. Deltakeren og legen møtes først for å gjennomgå og diskutere prosedyren.Hvis fornøyd, signerer deltakeren den frivillige informerte samtykkekontrakten. Instruer motivet til å legge liggende og holde lemmen så avslappet som mulig. Dorsiflex deltakerens fot slik at tibialis fremre er slakk.Bruk en ultralydsonde til å visualisere det tverrgående planet i det overfladiske rommet i tibialis fremre muskelmage, identifisere et biopsiområde uten store arterier eller nerver. Til slutt registrerer du dybden av den sentrale aponeurosen slik at oppsamlingsnålen aldri blir drevet forbi dette punktet. Roter ultralydsonden for å få tilgang til sagittalplanet i det identifiserte målområdet.Lagre et bilde av muskelvolumet med fascicles synlig. Operasjonsverktøyene steriliseres og tilberedes før prosedyren og er fullt beskrevet i den skriftlige protokollen. Bergstrom-nålen har et vindu nær tuppen.Innenfor denne nålen er en mindre hul trocar, som beveger seg opp og ned i skaftet og kutter muskelen når du passerer over nålvinduet. Innenfor trokaren er en mindre ramrod som brukes til å skyve biopsien ut av trokaren. For å trekke muskelen inn i nålevinduet, er en sugeslange festet til toppen av nålen som suger luft ut av nålen og trekker muskelen gjennom nålevinduet ved undertrykk.Be deltakeren legge liggende på prosedyrebordet og slappe av beinmuskulaturen. Repliker den lille ankelen dorsiflexion brukes under ultralyd avbildning, og fest deretter ankelleddet for å minimere rotasjon under prosedyren. Barber og desinfiser målsnittområdet.Deretter administrere en overfladisk injeksjon av 1,5 CCer på 2% xylocitin med adrenalin. Dette fungerer som en lokalbedøvelse og fartøy constrictor. Affekttiden er 20 til 30 minutter.Fjern pasientens synslinje til biopsistedet med en skjerm. På det tidligere markerte biopsistedet gjør en en centimeter proksimalt til distal snitt med en steril skalpell som skjærer gjennom huden og fascia, utsette underliggende muskelvev. Plasser biopsinålen over snittet og orienter den vinkelrett på huden.Skyv biopsinålen en halv til en centimeter inn i muskelen. Det kan være noe lett motstand mot nålebevegelsen, men eventuell ekstra motstand er unormal og indikerer ofte et inapt snitt. Deretter orienterer nålen til en distal til proksimal stilling, skyv nålen en annen en til to centimeter inn i muskelen.Den nøyaktige orienteringen og reisedybden på nålen vil være deltakerspesifikk. Og dermed basert på ultralydundersøkelsen. Fest sprøyteslangen til biopsinålen og lag et negativt trykk i nålen.Dette vil trekke muskelvevet gjennom nålevinduet. Skyv trokaren kraftig over nålevinduet for å avgiftsdirektoratet muskelen. Fjern nålen fra beinet og send til en tekniker for vevsbehandling.Bruk sårlukkingstape eller lim for primært å lukke såret og bruke bandasjer for å beskytte såret mot infeksjon eller mekanisk slitasje. Be deltakeren om å reise seg og gå rundt. De vil være sår, men i stand til å gå rundt umiddelbart.For å fjerne vevet fra biopsivinduet, først utsette vevet, deretter nedsenket nålespissen i en ond fylt med fysiologisk buffer og kraftig flytte nålen til muskelen flyter ut av nålen inn i løsningen. Behandle muskelvev for mekanisk evaluering ved hjelp av standardmetoder. Vi har nylig samlet inn 22 biopsier fra deltakere som bruker denne protokollen.Gjennomsnittlig samling utbytte var 100 til 200 milligram brukbart muskelvev. Hver biopsi ga 150 til 300 uskadede fibre på tre til fem millimeter i lengde. Fiber bunter ble kjemisk flådd med glyserol og deretter aktivert i en høy kalsiumløsning med en gjennomsnittlig sarcomere lengde på 2,7 mikrometer.Biopsier som er riktig lagret er levedyktige for mekanisk testing i flere måneder. Denne biopsiprosedyren tar en time. Komplikasjoner fra biopsier er svært sjeldne, men mest sannsynlig er en infeksjon i snittstedet.En stor utfordring i menneskelig muskelfysiologi og biomekanikk er å skille mellom de ulike tilpasninger av muskelytelse til trening og sykdom. For å identifisere fibernivåtilpasninger for trening eller sykdom, er biopsier passende teknikk. Det må imidlertid tas hensyn til å beskytte mot muskelskader under vevsutvinning.Protokollen demonstrert her gir et høyt utbytte av muskelvev for disse formålene.

Research

JoVE Journal

Biology

Mitochondrial Isolation from Skeletal Muscle

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

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-påført skade av Sebrafisk Embryonic skjelettmuskulatur

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

Isolasjon og kultur av individuelle myofibers og deres satellitt celler fra voksne Skeletal Muscle

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

Evaluering av muskel-funksjon av extensor digitorum longus Muscle<em&gt; Ex vivo</em&gt; Og tibialis anterior Muscle<em&gt; I situ</em&gt; I Mus

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

Vurdering av kalsium Sparks i Intakt skjelettmuskelfibre

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

Isolering av Blood-fartøy-avledet multipotent Forstadier fra Menneskelig 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 og Frysing av modeller av 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 ...