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 tackar Michaela Rau, Lea-Fedia Rissmann, Michael Marsh, Janina-Sophie Tennler, Kilian Kimmeskamp och Wolfgang Linke för att de assisterat med projektet. Finansiering för detta projekt tillhandahölls av MERCUR Foundation (ID: An-2016-0050) till DH.

OBS: Nedan skisserar vi ett protokoll för att skörda mekaniskt oskadade fibrer från TA av frivilliga som var inskrivna i en separat pågående studie. Detta protokoll liknar det som beskrivs av Shanely et al.3, som har beskrivit den modifierade Bergström tekniken i vastus lateralis. Informationen som presenteras här har förfinats av vår forskargrupp men är kanske inte idealisk för alla labbgrupper eller organisatoriska uppställningar. Vi ger bara riktlinjer, och starkt föreslår att lab...

<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 detta betänkande beskrev vi en teknik för biopsi av strukturellt oskadade muskel vävnad från TA. Vi fann att detta förfarande ger ett godtagbart innehåll av användbara muskelfibrer (5-10 fiber bunt preparat per 50 mg av insamlade vävnad) för mekanisk provning. Vidare hade vi tillräckligt med vävnad för uppföljning mekaniska, genetiska och proteomiska experiment.
Det finns flera metoder som typiskt används för insamling av muskelbiopsier3,<sup...

Studien av människans muskelfysiologi för kliniska eller forskningsändamål kräver ofta muskelbiopsier. Till exempel, en stor utmaning i människans muskelfysiologi och biomekanik är att skilja mellan och förstå de olika anpassningar av muskel prestanda att utöva. Prestanda anpassningar inte bara omfattar strukturella anpassningar (t.ex. förändringar i kontraktila proteiner, muskel arkitektur) men även neurala anpassningar1, som är mycket svårt, om inte omöjligt, att bedöma separat vid testning intakt in situ mänskliga muskler. Fiber-nivå experiment ta bort dessa högre ordning komponenter och möjliggöra en mer direkt utvärdering av muskelkontraktion och kan samlas in via biopsi tekniker. Muskelbiopsier har samlats in sedan minst 18682. Idag är den dominerande tekniken för att samla in muskelbiopsier den modifierade Bergström tekniken3,4,5, även om andra tekniker finns tillgängliga inklusive användning av en Weil-Blakesley conchotome6 eller den så kallade fin-nål7,8.4 Alla dessa tekniker använder speciella nålliknande instrument som är utformade för att passera in i muskler och skär en bit vävnad. Specifikt använder den modifierade Bergström-tekniken en stor modifierad nål (5 mm nålstorlek här; Bild 1) som har ett fönster nära nålspetsen och en mindre inre trokare som rör sig upp och ner i nålen, skär muskeln när de passerar över nålfönstret. Inom denna hallow trokar är en ramrod som rör sig upp och ner i axeln av trokar och skjuter biopsi mot nålfönstret. För att dra in muskeln i nålfönstret fästs en sugslang, som suger ut luft ur nålen och drar in muskeln i nålfönstret via undertryck.
Muskelbiopsier förvärvas ofta för att studera förändringar i proteininnehåll, genuttryck, eller morfologi orsakad av sjukdom eller i ett svar på ett träningsprogram1,9,10,11. En annan kritisk användning för muskelbiopsier är mekaniska experiment såsom mätning av fiber kontraktil kraft, muskelfiber styvhet, och historia-beroende muskel egenskaper12,13,14,15,16. Singelfiber eller fiber bunt mekanik mäts genom att fästa fibrer mellan en längd motor och kraft givare på specialiserade riggar som styr fiberlängd samtidigt som man mäter kraft. Genom att permeabilisera (t.ex., flås) fibrer, blir sarcolemma membranet genomsläppligt för kemikalier i badlösningen, vilket möjliggör aktiveringskontroll genom varierande kalciumkoncentration. Vidare kan effekten av kontraktila egenskaper på kemikalier/läkemedel/andra proteiner enkelt utvärderas genom att reagensen i fråga tillsätts badlösningen. Men medan denna teknik är mycket används i andra djurmodeller, märkbart färre studier genomfört mekaniska tester på flådda fibrer från mänskliga muskelbiopsier17,18,19. En anledning är att biopsi verktyg och protokoll är utformade för att ta bort så mycket muskelvävnad som möjligt med mindre hänsyn till nivån av strukturella skador som uppstått under vävnadsutdragning. Faktum är att en nyligen biopsi protokoll föreslår att driva biopsi nålen i muskeln och samla 2-4 bitar av muskel3. Processen i sig gör liten skada på DNA eller proteinmaterial, men förstör ofta fiber och sarkomiska strukturer på ett sådant sätt att aktiveringen av muskelfibrer blir instabil eller omöjlig. Dessutom är den relativa längden på fibrer inom biopsin vanligtvis korta (<2 mm) och inte lätt hanteras för mekanisk provning. För mekanisk provning är idealfibrer långa (3-5 mm) och inte strukturellt skadade.
Mer avancerade vävnadsutdragningstekniker kan användas för att begränsa fiberskador. Till exempel, en grupp20 drog fördel av tidigare planerade "öppna operationer" av underarmar (t.ex. benfraktur reparation), där musklerna var fullt exponerade och en kirurg kunde visualisera muskelstrukturen och noggrant dissekera relativt stora och strukturellt oskadade prover av muskelvävnad (15 mm x 5 mm x 5 mm). Denna "öppna biopsi" teknik gynnas när deltagarna genomgår ett tidigare planerat förfarande, och så begränsar poolen av potentiella deltagare, särskilt för friska vuxna, där inga operationer annars skulle äga rum. Således, många biopsier som utförs för forskningsändamål görs som en öppenvården förfarande och snittet webbplatsen hålls så liten som möjligt för att begränsa infektionsrisk, ärrbildning, och läkningstid. Därför samlas de flesta biopsier blint (dvs. operatören är oförmögen att se insamlingsnålen när den passerar genom fascian in i muskeln). Detta innebär att kvaliteten på biopsin är nästan helt baserad på skicklighet och erfarenhet av operatören. Varje muskel har sina egna svårigheter när man samlar vävnad, såsom risker att kränka nerver och blodkärl, val av en idealisk insamling djup och plats, och besluta om en lämplig kroppsposition för att hålla muskeln så slapp som möjligt. Tyvärr är de flesta av de muskelspecifika skillsets inte nedskrivna och så varje läkare måste "uppfinna hjulet" när de utför tarmbiopsier på muskler nya för dem. Denna brist på erfarenhet leder vanligtvis till flera samlingar med låg kvalitet tills läkaren identifierar de bästa metoderna för biopsier på den muskeln. Nybörjare läkare lär sig ofta skicklighet genom samtal med sina mer erfarna kollegor, men relativt få informativa och peer-reviewed texter finns i frågan, särskilt för muskler som inte traditionellt används för biopsi insamling. Om vi anser ovanstående information, tillsammans med svårigheten att rekrytera mänskliga volontärer för biopsier, är det tydligt att mer undervisning information behövs som maximerar chanserna att lyckas för varje deltagare.
Således var syftet med detta papper att presentera en muskel biopsi teknik som ger protokoll för framgångsrik insamling av muskel tarmbiopsier med långa, oskadade fiber fragment för mekaniska tester. Mänskliga muskelbiopsier utförs vanligtvis på, och huvuddelen av biopsi utbildningsmaterial är på, musculus vastus lateralis. Dess relativt stora muskelstorlek och ytliga läge i förhållande till huden möjliggör insamling av adekvat muskelvävnad, samtidigt som patienten obehag och fysiskt trauma1,21. Emellertid, Det finns vissa begränsningar att använda vastus lateralis för longitudinella utbildning studier. Till exempel under experimentella protokoll som inkluderar ett träningsprogram måste deltagarna avstå från ytterligare utbildning utanför studien under en period som ofta sträcker sig över 2-6 månader. För idrottare är detta ofta inte möjligt, eftersom vastus lateralis vanligtvis tränas under typiska övningar (t.ex. knäböj, hopp), eller används i allmänhet för sporten (t.ex. löpning, cykling). Dessa separata utbildning erfarenheter bort från studiens syfte kan orsaka muskulös anpassningar som förändrar muskelmekanik, arkitektur och fysiologi på ett sådant sätt att det är svårt eller omöjligt att veta den verkliga effekten av studiens experimentella protokoll om muskelegenskaper. För dessa typer av studier, skulle det vara idealiskt att välja ett mål muskel som ofta inte är i fokus för utbildning regementen. Den musculus tibialis främre (TA) är en idealisk målmuskel som uppfyller kraven ovan. Dessutom kan utbildningsinsatser riktas mot det ta-kort som använder kontrollerbara tillvägagångssätt, t.ex. Det finns nästan inget utbildningsmaterial som hänför sig till en TA muskelbiopsi. Därför utvecklade vi ett modifierat protokoll för att samla in relativt oskadade muskelbiopsier från 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 mekaniska egenskaperna hos upphandlande skelettfibrer är avgörande indikatorer på övergripande muskel hälsa, funktion, och prestanda. Mänskliga skelettmuskulatur tarmbiopsier samlas ofta för dessa strävanden. Dock är relativt få tekniska beskrivningar av biopsi förfaranden, utanför den vanliga muskulatur vastus lateralis, tillgängliga. Även om biopsi teknikerna är ofta justeras för att rymma egenskaperna hos varje muskel under studie, få tekniska rapporter dela dessa förändringar till större gemenskap. Således är muskelvävnad från mänskliga deltagare ofta bortkastad som operatören återuppfinner hjulet. Utöka det tillgängliga materialet på tarmbiopsier från en mängd olika muskler kan minska incidenten av misslyckade tarmbiopsier. Denna tekniska rapport beskriver en variation av den modifierade Bergström-tekniken på musculus tibialis anterior som begränsar fiberskador och ger fiberlängder adekvata för mekanisk utvärdering. Operationen är en öppenvården förfarande som kan slutföras i en timme. Återhämtningsperioden för detta förfarande är omedelbar för lätt aktivitet (dvs. promenader), upp till tre dagar för återupptagandet av normal fysisk aktivitet, och ungefär en vecka för sårvård. Den extraherade vävnaden kan användas för mekaniska kraftexperiment och här presenterar vi representativa aktiveringsdata. Detta protokoll är lämpligt för de flesta insamling ändamål, potentiellt anpassningsbara till andra skelettmuskulaturen, och kan förbättras genom ändringar av insamling nålen.

Hela tiden engagemang för en deltagare var ungefär en timme (10 min samråd, 10 min ultraljud, 20 min kirurgi förberedelse och bedövningsmedel administration, 10 min kirurgi, och 10 min återhämtning). Ofta aktiverade deltagarna omedvetet sin TA och behövde konsekventa påminnelser för att hålla muskeln så avslappnad som möjligt. När biopsi nålen var inne i muskeln, deltagarna rapporterade vanligtvis en unik "tryck" känsla i området runt biopsi nålen, med enstaka perioder av måttlig till intensiv obehag. ...

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

Denna tekniska rapport beskriver en variation av den modifierade Bergström tekniken för biopsi av musculus tibialis främre som begränsar fiber skador.

Insamling av skelettmuskulaturbiopsier från det överlägsna facket i Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation

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

Välkommen till Ruhr-universitetet Bochum, fakulteten för idrottsvetenskap. Idag kommer vi att demonstrera insamling av skelettmuskulatur tarmbiopsier från den överlägsna fack av den mänskliga musculus tibialis främre. Medan biopsi tekniker är effektiva på att samla muskelvävnad, fibrerna ofta strukturellt skadade på ett sådant sätt att utvärdera fibermekanik är svårt.Vi presenterar en variation av en modifierad Bergstrom teknik som begränsar fiberskador och maximerar fiberlängden så att den mekaniska utvärderingen av mänskliga fibrer kan genomföras. Demonstrationen kommer att genomföras av team läkare, Dr.Markus de Marees och forskare, Dr.Daniel Hahn och Anthony Hessel. Deltagaren och läkaren träffas först för att granska och diskutera proceduren.Om nöjd undertecknar deltagaren det frivilliga informerade samtyckesavtalet. Instruera ämnet att lägga supine och hålla sin lem så avslappnad som möjligt. Dorsiflex deltagarens fot så att tibialis främre är slak.Använd en ultraljudssond för att visualisera det tvärgående planet av det ytliga facket inom tibialis främre muskeln magen, identifiera en biopsi område med inga större artärer eller nerver. Slutligen, registrera djupet av den centrala aponeurosis så att samlingen nålen aldrig drivs förbi denna punkt. Rotera ultraljudssonden för att komma åt sagittalplanet i det identifierade målområdet.Spara en bild av muskelvolymen med fascicles synliga. Kirurgiverktygen steriliseras och bereds innan ingreppet och beskrivs fullständigt inom det skriftliga protokollet. Bergstrom-nålen har ett fönster nära spetsen.Inom denna nål är en mindre ihålig trocar, som rör sig upp och ner i axeln och skär muskeln när de passerar över nålfönstret. Inom troakaren finns en mindre ramrod som används för att driva biopsin ur trokaren. För att dra in muskeln i nålfönstret fästs en sugslang på nålens överkant som suger ut luft ur nålen och drar muskeln genom nålfönstret genom undertryck.Instruera deltagaren att lägga supine på förfarandet bordet och slappna av sina benmuskler. Replikera den lilla fotleden dorsiflexion som används under ultraljudsavbildning, och sedan fixa fotleden för att minimera rotation under förfarandet. Raka och desinficera målansionsytan.Nästa administrera en ytlig injektion av 1,5 CCs av 2%xylocitin med adrenalin. Detta fungerar som en lokalbedövning och fartyg constrictor. Den påverkar tiden är 20 till 30 minuter.Ta bort patientens siktlinje till biopsiplatsen med en skärm. Vid den tidigare markerade biopsi platsen göra en en centimeter proximala till distala snitt med en steril skalpell som skär genom huden och fascia, utsätta den underliggande muskelvävnad. Placera biopsinålen över snittet och orientera den vinkelrätt mot huden.Tryck biopsi nålen en halv till en centimeter i muskeln. Det kan finnas en viss lätt motståndskraft mot nålen rörelsen, men någon extra motstånd är onormal och ofta indikerar en inapt snitt. Nästa orientera nålen till en distal till proximal position, tryck nålen en annan till två centimeter in i muskeln.Den exakta orienteringen och resedjupet för nålen kommer att vara deltagaren specifika. Och därmed baserat på ultraljudsundersökningen. Fäst sprutan slangen till biopsi nålen och skapa undertryck i nålen.Detta kommer att dra muskelvävnaden genom nålfönstret. Kraftfullt tryck trokaren över nålfönstret för att punktskatter muskeln. Ta bort nålen från benet och skicka till en tekniker för vävnadsbearbetning.Använd sårförslutningstejp eller klister för att i första hand stänga såret och applicera förband för att skydda såret från infektion eller mekanisk nötning. Instruera deltagaren att stå upp och gå runt. De kommer att vara öm, men kunna gå runt omedelbart.För att ta bort vävnaden från biopsifönstret, först exponera vävnaden, sedan nedsänkt nålspetsen i en vidriga fylld med fysiologisk buffert och kraftigt flytta nålen tills muskeln flyter ut ur nålen i lösningen. Processmuskelvävnad för mekanisk utvärdering med hjälp av standardmetoder. Vi samlade nyligen in 22 biopsier från deltagare med hjälp av detta protokoll.Den genomsnittliga samlingen avkastningen var 100 till 200 milligram användbar muskelvävnad. Varje biopsi gav 150 till 300 oskadade fibrer på tre till fem millimeter i längd. Fiber buntar var kemiskt flådda med glycerol och sedan aktiveras i en hög kalcium lösning på en genomsnittlig sarkomere längd av 2,7 mikrometer.Biopsier som förvaras på rätt sätt är gångbara för mekanisk provning i flera månader. Detta biopsi förfarande tar en timme. Komplikationer från tarmbiopsier är mycket sällsynta, men troligen är en infektion i snitt platsen.En stor utmaning i människans muskelfysiologi och biomekanik är att skilja mellan de olika anpassningar av muskelprestanda till motion och sjukdom. För att på lämpligt sätt identifiera fiber nivå anpassningar till motion eller sjukdom, biopsier är lämplig teknik. Dock måste man vara noga med att skydda mot muskelskador vid vävnadsutdragning.Protokollet visat här ger en hög avkastning av muskelvävnad för dessa ändamål.

Research

JoVE Journal

Biology

Mitochondrial Isolation from Skeletal Muscle

Mitokondriell Isolering från skelettmuskulatur

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

Rening av stamceller från skelettmuskulatur

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-vållad skada av Zebrafish embryonala skelettmuskulatur

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

Isolering och odling av individuella Myofibers och deras satellit celler från vuxna skelettmuskulatur

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

Utvärdering av muskelfunktion i extensor digitorum longus-muskeln<em&gt; Ex vivo</em&gt; Och tibialis anterior Muscle<em&gt; In situ</em&gt; I möss

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

I Intakta Skeletal Muscle Fibers Bedömning av Kalcium Sparks

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 blod-kärl-härledda multi prekursorer från 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

Vävnads Triage och frysning efter Modeller av skelettmuskulatur Sjukdom

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