Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Dosejustert motstandstrening hos mus med redusert risiko for muskelskade

Published: August 31, 2022 doi: 10.3791/64000
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1
1Physical Therapy Program, Department of Health Care Sciences, Eugene Applebaum College of Pharmacy and Health Sciences, Wayne State University, 2Department of Pharmacology, University of Nevada, Reno School of Medicine

Summary

Denne protokollen beskriver en unik teknikk som kalles doseringsjustert motstandstrening (DART), som kan inkorporeres i presisjonsrehabiliteringsstudier utført på små dyr, for eksempel mus.

Abstract

Progressiv motstandstrening (PRT), som innebærer å utføre muskelkontraksjoner mot gradvis større ytre belastninger, kan øke muskelmassen og styrken hos friske individer og i pasientpopulasjoner. Det er behov for presisjonsrehabiliteringsverktøy for å teste sikkerheten og effektiviteten av PRT for å opprettholde og/eller gjenopprette muskelmasse og styrke i prekliniske studier på små og store dyremodeller. PRT-metoden og enheten beskrevet i denne artikkelen kan brukes til å utføre dosejustert motstandstrening (DART). DART-enheten kan brukes som et frittstående dynamometer for objektivt å vurdere det konsentriske kontraktile dreiemomentet som genereres av ankeldorsiflexorene hos mus, eller kan legges til et eksisterende isokinetisk dynamometrisystem. DART-enheten kan fremstilles med en standard 3D-skriver basert på instruksjonene og open source 3D-utskriftsfiler som er gitt i dette arbeidet. Artikkelen beskriver også arbeidsflyten for en studie for å sammenligne sammentrekningsindusert muskelskade forårsaket av et enkelt anfall av DART med muskelskade forårsaket av et sammenlignbart anfall av isometriske sammentrekninger (ISOM) i en musemodell av limb-girdle muskeldystrofi type 2B / R2 (BLAJ mus). Dataene fra åtte BLAJ-mus (fire dyr for hver tilstand) antyder at mindre enn 10% av tibialis anterior (TA) muskelen ble skadet fra et enkelt utbrudd av DART eller ISOM, med DART som mindre skadelig enn ISOM.

Introduction

Trening gir mange helsemessige fordeler på skjelettmuskulatur (omtalt i Vina et al.1). Spesielt er progressiv motstandstrening (PRT), som innebærer å utføre muskelkontraksjoner mot gradvis større eksterne belastninger (f.eks. Vektstenger, manualer, kabel-trinsevektkretser), kjent for å bidra til å øke muskelmasse og styrke hos både friske individer og pasientpopulasjoner (gjennomgått i tidligere publikasjoner 2,3 ). PRT er basert på overbelastningsprinsippet, som sier at når muskelen trekker seg sammen mot gradvis større ytre belastninger, tilpasser den seg ved å øke sitt fysiologiske tverrsnittsareal samt kraftproduserende kapasitet4. Eksisterende modeller av PRT hos gnagere inkluderer stigeklatring med motstand påført halen, sammentrekning av agonistmuskler mot motstand fra antagonister, løping med vektet sele, en hukøvelse fremkalt av et elektrisk støt og motståtthjulkjøring 5,6,7,8,9,10 (gjennomgått i tidligere publikasjoner 11,12 ). Imidlertid er det for tiden ingen forskningsverktøy for å utføre nøyaktig muskelmålrettet, doseringsjustert PRT hos mus som ligner PRT-metodene og enhetene som brukes i menneskelig klinisk forskning og praksis12,13. Dette begrenser utprøvernes evne til å studere sikkerheten og effektiviteten av nøyaktig dosert PRT i grunnleggende og prekliniske studier på mus.

For å overvinne denne barrieren utvikles en PRT-metodikk og enhet i denne studien basert på kabel-trinse-vektkretsdesignene som brukes i motstandstreningsutstyr i moderne gymsaler14,15,16. Denne metoden for PRT kalles doseringsjustert motstandstrening (DART), og enheten kalles DART-enheten. I tillegg til funksjonaliteten som et presisjonsrehabiliteringstreningsverktøy, kan DART-enheten også brukes som et frittstående instrument for objektivt å vurdere det maksimale konsentriske kontraktile dreiemomentet som kan genereres av tibialis anterior (TA) muskelen i en mus, på samme måte som maksimumet for en repetisjon (1RM, den maksimale belastningen som kan løftes / flyttes / presses / knebøyes bare en gang mens du opprettholder god form) vurderes hos mennesker17, 18. DART-enheten kan også kobles til et spesialbygd eller kommersielt isokinetisk dynamometer for å måle den høyeste isometriske tetaniske kraften produsert av TA-muskelen i en mus (sammenlignbar med maksimal frivillig sammentrekning [MVC] hos mennesker) og deretter utføre doseringsjustert PRT med en motstand som er basert på topp tetanisk kraft (f.eks. 50% av toppkraften).

Denne artikkelen beskriver konstruksjonen av DART-enheten og forklarer hvordan den kan kobles til et spesialbygd dynamometer, som er beskrevet i tidligere publikasjoner 19,20,21,22, for å vurdere kontraktilt dreiemoment og utføre DART. Studien beskriver også hvordan DART-enheten ble brukt til å sammenligne treningsindusert muskelskade forårsaket av en enkelt DART (4 sett med 10 konsentrisk forspent sammentrekninger med 50% 1RM) til skade forårsaket av en sammenlignbar kamp av isometriske sammentrekninger (4 sett med 10 isometriske sammentrekninger) i en musemodell av limb-girdle muskeldystrofi type 2B (LGMD2B, eller LGMDR2)23,24. Musemodellen som ble studert mangler et protein kalt dysferlin, som spiller en viktig rolle i å beskytte skjelettmuskulaturen mot forsinket muskelskade etter skadelige eksentriske sammentrekninger 22,25,26,27,28,29,30 . Det har også blitt demonstrert hos dysferlin-mangelfulle hannmus at konsentrisk partisk tvungen trening ikke er like skadelig som eksentrisk partisk tvungen trening, og at tidligere eksponering for konsentrisk partisk trening gir beskyttelse mot skade fra et påfølgende anfall av eksentrisk partiske sammentrekninger22. Siden den nåværende studien ble utført for å teste muligheten for den nåværende DART-metoden og enheten ved å utføre dosejustert, konsentrisk partisk motstandstrening, ble mannlige dysferlinfattige mus valgt for undersøkelsen for å sammenligne nye data fra DART-enheten med tidligere data. I fremtidige studier vil kvinnelige BLAJ-mus bli inkludert for å studere effekten av kjønn som en biologisk variabel i forhold til responsen på DART. Mus som var ~ 1,5 år gamle ble studert siden de allerede har dystrofiske forandringer i mange muskelgrupper og derfor modellerer den patofysiologiske tilstanden der muskler kan være hos pasienter som allerede har muskelsvakhet og sløsing og søker rehabiliterende behandling for å opprettholde muskelmasse og styrke26.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Eksperimentene beskrevet i denne artikkelen ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved Wayne State University, Detroit, Michigan, USA, i samsvar med Guide for the Care and Use of Laboratory Animals (1996, utgitt av National Academy Press, 2101 Constitution Ave. NW, Washington, DC 20055, USA). B6. A-Dysfprmd/GeneJ-mus (aka BLAJ-mus, hanner, ~1,5 år) som modellerer LGMD2B/R2 ble brukt til denne studien. Musene ble hentet fra en kommersiell kilde (se materialtabell).

1. Studiedesign

  1. Velg musestamme(r) som er relevante for forskningsspørsmålet(e) – f.eks. studie B6. A-Dysfprmd / GeneJ mus (BLAJ mus) hvis du prøver å svare på spørsmålet om hvorvidt konsentrisk partisk DART induserer utbredt muskelskade hos mus som modell LGMD2B / R2.
  2. Tilordne mus til studiegrupper basert på studiedesignet - for eksempel tilfeldig tilordne mus til en doseringsjustert motstandstreningsgruppe (DART) eller til en isometrisk treningsgruppe (ISOM), og forsøk å balansere gruppene best mulig basert på matching etter kull og / eller alder (f.eks. Tabell 1).

2. Fabrikasjon av DART-enheten

  1. Design DART-enhetskomponentene med egnet dataassistert programvare (CAD) (figur 1) ved å følge trinnene nedenfor.
    1. Design hus for hjullager med lav friksjon (se materialtabell, basert på puteblokklagerdesign) med en innebygd gradskive (for bruk som goniometer for å måle ankelleddvinkler).
    2. Design et tårn for hjullagerhus pluss en gradskive.
    3. Design en fotplate for å plassere musens fot. Design en aksel for å koble fotplaten til hjullageret.
  2. Fremstill DART-enhetskomponentene med en egnet 3D-skriver (figur 1).
    1. Lagre designene som er opprettet med CAD-programvare, som stereolitografi (. STL-utvidelse) filer.
      MERK: . STL-filer (Supplementary Coding Files 1-4) kan brukes og endres ved å kreditere den tilsvarende forfatteren av denne artikkelen og sitere denne artikkelen.
    2. Åpne . STL-filer med egnet skiveprogramvare (se Materialtabell).
      MERK: Slicing-programvare konverterer en virtuell 3D-modell til en stabel med skiver, som kan skrives ut sekvensielt av en 3D-skriver for å generere et 3D-objekt.
    3. Med skiveprogramvare, generer G-CODE datamaskinstøttet produksjon (CAM, . GCODE-utvidelse) filer, som er spesifikke for 3D-skriveren og filamentet som skal brukes.
    4. Følg håndboken for 3D-skriveren (se Materialtabell) for å skrive ut DART-enhetskomponenter med . GCODE-filer.
    5. Velg et passende 3D-skriverfilament, for eksempel polymelkesyre (PLA) 1,75 mm 1 kg / spole, Grå (se Materialtabell).
  3. Sett sammen DART-enheten ved å følge trinnene nedenfor.
    1. Sett inn et 608 lavfriksjons hjullager (8 mm borediameter, 22 mm utvendig diameter, for eksempel en med silisiumnitrid keramiske baller plassert i 420 rustfritt stål, se materialtabell) i hjullagerhuset (figur 1).
    2. Sett akselen inn i boringen på hjullageret (figur 1).
    3. Lim fotplaten på akselen med lim (se materialtabell) som er egnet til å binde PLA (figur 1).
    4. Plasser hjullagerhuset over tårnet for hjullageret og fest hele enheten til en akrylbunn med skruefester (figur 1).
      MERK: Det er ingen spesifikke størrelseskrav for akrylbasen - den må bare være stor nok til å imøtekomme dyret og DART-enheten og liten nok til å passe på en arbeidsflate. Akrylbasen som brukes til denne studien er ca. 30 cm bred, 45 cm lang og 0,5 cm tykk.

3. Klargjøring av mus for DART eller ISOM

  1. Plasser hver mus under generell anestesi med inhalert isofluran levert gjennom et egnet anestesisystem (se tabell over materialer, 2% -5% for induksjon, 1% -4% for vedlikehold, effekt) for å redusere stress og smerte.
    1. Indusere anestesi i induksjonskammeret i anestesisystemet (2% -5% isofluran).
    2. Overfør musen til en nesekegle for å opprettholde anestesi mens du utfører prosedyrer på dyret (1% -4% isofluran). Bekreft anestesi effektivitet basert på mangel på hindlimb tilbaketrekning til en tå klype fra et par pinsett.
    3. Gi termisk støtte - for eksempel med en isotermisk gelvarmepute og en varmelampe plassert ~ 1 m over musen. Sjekk med et termometer for å sikre at temperaturen på og rundt akrylbunnen holdes på ~ 38 ° C, slik at musen ikke overopphetes.
  2. Forbered huden over venstre tibialis fremre (TA) muskel av musen og over hele fremre og laterale aspekter av venstre bakben for DART eller ISOM.
    1. Fjern musens pels med en hårfjerningskrem (hårfjerningskrem, se Materialtabell). Påfør hårfjerningskrem og la den virke i ~ 2 minutter.
    2. Rengjør benet med våtservietter dynket i destillert vann for å fjerne pels og all gjenværende krem fra huden. Hårfjerningskremer kan irritere og/eller skade huden hvis de blir liggende på musens hud i lange perioder og derfor fjernes helt.
    3. Etter fjerning av pels, desinfiser huden med en godkjent skrubbemetode, for eksempel med en povidon-jodskrubbeløsning og 70% etanol.
  3. Påfør en protectant (f.eks petrolatum) over øynene og depilert hud med en ren bomullspinne for å beskytte øynene og depilert hud fra tørking.
  4. Plasser en stabiliserende pinne gjennom tibial metafysen.
    1. Påfør 5% lidokainkrem over tibia for å dumpe området.
    2. Pass en 26 G, halv tomme, steril, hypodermisk nål gjennom den bredeste delen av den proksimale delen av tibialbenet (dvs. tibial metafysen, også kjent som tibialhodet). Når stabiliseringsstiften er sikret, fjern plastdelen av hypodermisk nål ved å holde nålen med en steril hemostat og bøye plastdelen til den bryter av.
  5. Plasser musen for DART- eller ISOM-trening.
    1. Legg musen i en liggende stilling. Forsikre deg om at musen fortsatt er ordentlig koblet til nesekeglen for å opprettholde anestesi.
    2. Med et par sterile pinsett, mat tibialpinnen inn i en metallalligatorklemme (se materialtabell), slik at endene av tibialpinnen holdes av alligatorklemmen. Flytt den justerbare armen til alligatorklemmen for å sikre at musens fot er plassert på fotplaten til DART-enheten.
    3. Spenn musens fot på DART-enhetens fotplate med selvklebende laboratorietape.
    4. Plasser musens fot i 90° vinkel i forhold til den lange aksen til musens tibialbein. Hvis den er plassert riktig, vil fotplaten være vinkelrett på akrylbunnen (dvs. gulvet eller det som regnes som horisontalplanet).
    5. Hvil fotplaten på plantarflexionstoppet som er opprettet ved å plassere en 18 G, 1,5 i lang hypodermisk nål gjennom de forborede hullene på DART-enhetens gradskive (figur 1).

4. DART- eller ISOM-opplæring

  1. Optimaliser elektrodeplasseringen ved å plassere en bipolar, transkutan, nevromuskulær elektrisk stimuleringselektrode (NMES, se materialtabell) på det inferolaterale aspektet av musens kneledd (figur 1B).
    1. Med enkeltpulser (1 Hz) fra en elektrisk laboratoriestimulator (se materialtabell), stimulere den fibulære grenen av isjiasnerven, som gir motorisk innervering til ankeldorsiflexormusklene (figur 1B).
    2. Siden tibialis anterior (TA) muskel står for over 90% av den totale kontraktile kraften produsert av ankelen dorsiflexor muskler31, observere TA muskel mage og sene for bevis på elektrisk fremkalt rykninger sammentrekninger.
      MERK: En liten benete prominens som tilsvarer fibulabenet, kan hjelpe med elektrodeplassering hvis testeren kan føle det gjennom elektroden. Dette krever litt øvelse og læring fra testerens side for å få en følelse av optimal elektrodeplassering.
    3. Flytt plantarflexionstoppet til hullet på gradskiven som tilsvarer 20 ° plantarflexion fra posisjonen der foten er ortogonal (90 °) til tibia - dette er posisjonen der maksimalt kontraktilt dreiemoment fra TA-muskelen vanligvis observeres basert på tidligere rapporter21. Dette må kanskje tilpasses av brukeren basert på faktorer som er spesifikke for musene som studeres.
    4. Visualiser rykkemoment med et musedynamometer ved å koble DART-enhetens fotplate til dynamometerfotplaten - for eksempel koble DART-enhetens fotplate til en spesialbygd robotisk ankel dynamometer fotplate med en ikke-elastisk silkesutur (lik figur 1A) og stropp suturen til dynamometerfotplaten (se materialtabell).
      MERK: Fotplaten har hull innebygd i 3D-utskriftsdesignet. Ved å plassere suturen gjennom hullparet som er i den andre raden fra tåenden av fotplaten, settes suturen til ~ 20 mm fra dorsiflexion / plantarflexion (figur 1A, B). Dynamometeret er beskrevet i tidligere rapporter 19,20,21,22.
  2. Optimaliser spenningsutgangen fra NMES-stimulatoren.
    1. Etter optimalisering av elektrodeplasseringen, optimaliser amplituden til spenningsutgangen fra den elektriske stimulatoren - dette er nødvendig for å begrense NMES til den vanlige fibulære nerven og TA-muskelen og redusere risikoen for å fremkalle sammentrekninger i plantarflexorene.
      MERK: Hvis sammentrekninger fremkalles, kan de visualiseres gjennom dreiemomentutgangen fra dynamometeret og også ses i plantarflexing av tærne.
  3. Still inn NMES-stimulatoren for DART- eller ISOM-trening.
    MERK: Følgende innstillinger må kanskje tilpasses av brukeren basert på faktorer som er spesifikke for musene som studeres og formålet med studiene.
    1. Sett stimulatoren til å produsere gjentatte pulstog som er 125 Hz i frekvens - denne frekvensen produserer maksimale smeltede tetaniske sammentrekninger uten overløp av NMES til andre muskelgrupper i BLAJ-mus21. Utfør dette ved å justere skivene for pulsfrekvens (125 Hz), togets varighet (500 ms) og tog per sekund (1 tog/s) og slå på vippebryteren for gjentatte pulstog.
    2. Sett stimulator for å produsere pulstog som er 500 ms i varighet ispedd 500 ms hvile mellom pulstog.
    3. Flytt plantarflexionstoppet til hullet på gradskiven som tilsvarer 160° til tibiaens lange akse (70° plantarflexion fra fotortogonal til tibia). Dette er posisjonen som BLAJ-musens fot kan beveges passivt uten bløtvevsresistens21.
    4. For DART, bruk en egnet motstand som TA-muskelen må jobbe konsentrisk mot - for eksempel 5 g som vist i figur 1A, B; se kalibreringskurven for vekt til dreiemoment i tilleggsfil 1.
    5. Bruk motstand ved å henge vekten med en ikke-elastisk silkesutur som er bundet til DART-enhetens fotplate (figur 1A, B).
    6. Juster motstanden - dvs. bruk ~ 50% av maksimumet på en repetisjon (1RM) (f.eks. 5 g hvis musen kan løfte en maksimal vekt på 10 g med en enkelt sammentrekning), som trekker foten gjennom minst halvparten av det tilgjengelige aktive spekteret av dorsiflexion.
    7. Utfør egnet DART-trening hos mus som er tildelt DART-gruppen - for eksempel utfør en enkelt kamp med DART-trening, som innebærer fire sett med 10 repetisjoner av konsentriske sammentrekninger med 2 min hvile mellom settene, lik progressive motstandstreningsprogrammer som brukes hos mennesker32 (se tilleggsvideo 1).
    8. Utfør egnet ISOM-trening hos mus som er tildelt ISOM-gruppen - for eksempel utfør en enkelt kamp med ISOM-trening, som innebærer fire sett med 10 repetisjoner av isometriske sammentrekninger med 2 min hvile mellom settene, lik DART (se Supplementary Video 2).
    9. For ISOM-trening, plasser musens fot ved 160 ° til tibiaens lange akse (70 ° plantarflexion fra fotortogonal til tibia), og oppretthold denne statiske posisjonen ved å teipe silkesuturen til fotplaten til robotdynamometeret.
      MERK: Siden suturen ikke kan gli, kan DART-enhetens fotplate ikke bevege seg inn i dorsiflexion, og dermed begrense dorsiflexorene til å trekke seg isometrisk.

5. Etterprosessuell omsorg for mus

  1. Ta forholdsregler for å opprettholde riktig hygiene i den utøvde bakbenet og redusere smerter på nålstedet.
    1. Etter DART- eller ISOM-treningen, belegg den synlige delen av tibialpinnen med trippel antibiotisk salve (400 U / g bacitracin, 3,5 mg / g neomycin og 5000 U / g polymixin-B, se materialtabell) og trekk deretter tappen forsiktig ut fra medialsiden av tibia. Skyll huden over sidelår og overben med povidon-jod og sterilt vann. Påfør 5% lidokainkrem over tibia for å kontrollere smerter på nålstedet.
  2. La musene komme seg fra anestesi.
    1. Fjern musen fra nesekeglen og la den komme seg fra anestesi i et gjenopprettingsbur som er fri for sengetøy. Gi termisk støtte til musen mens den gjenoppretter fra anestesi, for eksempel med en isotermisk gelvarmepute.
  3. Sett musen tilbake til sitt opprinnelige bur etter at den helt gjenoppretter fra anestesi. Deretter returnerer du buret til dyreavdelingen, hvor studiemus er plassert til oppfølgingseksperimenter utføres. Overvåk musene daglig.

6. Vevssamling

  1. Høst mus TA-muskel i sin helhet og snap fryse for kryopreservering ved å følge trinnene nedenfor.
    1. Basert på forskningsspørsmålet(e), på et passende tidspunkt etter trening (f.eks. 3 dager etter DART eller ISOM), avlive musene i henhold til godkjente protokoller.
      MERK: For denne studien ble mus avlivet ved cervikal dislokasjon under generell anestesi (inhalert isofluran, 2% -5% til effekt). Bilateral toraktomi sørget for døden.
    2. Disseker musens bakben for å fjerne den utøvde TA-muskelen (venstre) og den uutnyttede TA-muskelen (høyre). Vei de høstede musklene. Dypp deretter hver muskel i mineralolje for kryobeskyttelse og legg muskelen på en ren laboratorieserviett for å fjerne overflødig olje21.
  2. Legg muskelen på et stykke aluminiumsfolie. Hold kanten av folien med en lang hemostat og senk folien og muskelen raskt ned i flytende nitrogen som finnes i en passende plastbeholder for å fryse muskelen.
    1. Etter ca. 2 min nedsenking i flytende nitrogen, overfør den frosne muskelen til merkede kryogene hetteglass. Oppbevar hetteglass i en -80 °C fryser til det er behov for videre studier.

7. Histologiske studier på muskelvev

  1. Forbered kryostatseksjoner av TA-muskelen som er 5 μm i tykkelse. Samle kryostatseksjoner på ladede mikroskopglass. Fest seksjonene med aceton som holdes kald ved -30 ° C og la seksjonene lufttørke.
  2. Flekk muskelvevsseksjonene med hematoksylin etterfulgt av eosin (H&E-farging, se Materialtabell).
    1. Senk seksjonene i 5 minutter i hematoksylin (mørkblå atomflekk) i en glassmaleri. Fjern overflødig hematoksylin ved å skylle seksjonene med vann fra springen til ingen ytterligere blåfarging av vann er sett.
    2. Senk seksjonene i 5 minutter i blåreagens i en glassburk. Aspirer overflødig blåreagens fra seksjonene med en glasssugepipette.
    3. Senk seksjonene i 5 minutter i eosin (rosa cytoplasmatisk flekk) i en glassfargingskrukke. Fjern overflødig eosin ved å dyppe seksjonene raskt og gjentatte ganger (~ 10 ganger) i 95% etanol i en glassmaleri.
    4. La seksjonene lufttørke og fortsett å visualisere under et lysmikroskop.
  3. Forbered høyoppløselige flislagte bilder av hele TA-muskeltverrsnitt gjennom mikroskopavbildning.
    MERK: Brukeren må kanskje tilpasse bilde- og bildeanalysetrinnene som følger, basert på mikroskop- og bildeinnsamlings- og analyseprogramvaren.
    1. Ta digitale bilder med 10x objektivlinsen til et lysmikroskop og et digitalt kamera montert på mikroskopet.
    2. Ta omtrent 15-20 bilder, som beveger seg langs tverrsnittet av hver muskel på en rutenettlignende måte, slik at hvert nytt bilde overlapper ~ 25% med det forrige bildet.
      MERK: Denne prosessen hjelper til med å ta et sett med bilder som kan flislegges digitalt (også kjent som bildesøm) for å lage et sammensatt bilde med høy oppløsning av hele TA-muskeltverrsnittet (figur 2).
    3. Lagre digitale bilder i . TIFF-format.
    4. Åpne digitale bilder med egnet bildebehandlings- og analyseprogramvare (se Materialtabell).
    5. Del opp eller sy enkeltbilder til et sammensatt bilde av hele TA-muskelen gjennom følgende trinn: med alle de individuelle overlappende bildene av hver TA-muskel åpen i programvare, klikk på Fil > Velg Automatiser > Velg Photomerge > Velg Collage > Velg Legg til åpne filer > Klikk OK.
    6. Når et nytt flislagt/sydd bilde av TA-muskelen klargjøres og vises, lagrer du bildet i . TIFF-format for videre analyser.
  4. Kvantifiser muskelskader ved visuell analyse i flislagte bilder av hele TA-muskelen med egnet bildeanalyseprogramvare.
    1. I bildeanalyseprogramvaren velger du Mål-funksjonen i Analyser-menyen for å skissere og måle arealet av hele TA-muskeltverrsnittet (figur 2).
    2. I bildeanalyseprogramvaren velger du Mål-funksjonen i Analyser-menyen for å skissere og måle områdene av hver TA-muskel som er skadet - dvs. områder som viser cytoplasmatisk forstyrrelse av muskelfibre, fraværende muskelfibre og inflammatorisk celleinfiltrasjon22 (figur 2).
    3. Uttrykk summen av det totale skadearealet i prosent av hele TA-muskelens tverrsnittsareal (figur 2, tabell 2).

8. Statistiske analyser

  1. Organisere data som vist i tabell 1-3 og utføre ikke-parede T-tester (hvis tester av normalitet og homogen varians er bestått)33 eller Mann-Whitney Rank Sum-tester (hvis tester av normalitet og homogen varians ikke er bestått)21 med egnet programvare (se Materialtabell).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

BLAJ hannmus, som var ~ 1,5 år gammel, ble studert. BLAJ-mus modellerer den menneskelige muskelsykdommen, LGMD2B/R2. Disse musene er spesielt utsatt for forsinket innsettende muskelskade fra et enkelt anfall av eksentriske muskelkontraksjoner22,29. BLAJ-mus ble derfor valgt for disse studiene for å lære om DART kunne utføres på en ikke-skadelig måte ved nøyaktig å justere motstanden som TA-muskelen må jobbe mot på en konsentrisk partisk måte. Hvis det ble funnet at DART ikke var skadelig for BLAJ-mus, ville det sannsynligvis være nyttig som en form for ikke-skadelig motstandstrening, som kunne brukes alene eller som et supplement til regenerativ medisin, genetisk, farmakologisk og andre inngrep.

Alderen og vekten til BLAJ-mus ble tett matchet mellom DART- og ISOM-gruppene (tabell 1). På dag 3 (~ 72 timer), etter en enkelt treningskamp, hadde den trente TA-muskelen lave nivåer av skade i både DART- og ISOM-gruppene (<10% skadet område) - dette er i motsetning til tidligere studier21,22 av responsen fra BLAJ-mus til eksentriske muskelkontraksjoner, hvor ~ 40% skadede fibre er rapportert på dag 3 (figur 2, Tabell 2). Når området for muskelskade ble sammenlignet mellom trente TA-muskler fra DART- og ISOM-gruppene, ble det funnet at DART-gruppen hadde lavere nivåer av muskelskade enn ISOM-gruppen (figur 2, tabell 2). Maksimalt tetanisk dreiemoment registrert på dag 0 (baseline) og dag 3 var ikke statistisk forskjellig mellom DART- og ISOM-gruppene (tabell 3).

Figure 1
Figur 1: Fremstilling av DART-enheten og påføring av den i en treningsstudie. (A,B) DART-enheten er basert på en kabel-remskive-vekt-kretsdesign, som er vanlig for motstandstreningsutstyr som er designet for mennesker. (A) DART-enheten med et dyr under en DART-treningsøkt. (B) Fotplaten beveger seg inn i dorsiflexion under en konsentrisk sammentrekning av TA-muskelen (buet grønn pil, til høyre). Den konsentriske sammentrekningen fører til at 5 g motstanden beveger seg vertikalt mot tyngdekraften (vertikal grønn pil, venstre). Muskelkontraksjoner ble fremkalt med elektrisk stimulering påført gjennom en transkutan bipolar elektrode. (C) Ulike komponenter i DART-enheten ble designet med stereolitografiprogramvare for å generere . STL-filer, som kan åpnes med skiveprogramvare. Med skiveprogramvare ble G-CODE-filer generert spesifikt for 3D-skriveren og filamentet som ble brukt. De 3D-printede komponentene i DART-enheten inkluderte (C) hus for et 608 lavfriksjons hjullager, (D) et tårn for hjullagerhuset, (E) en fotplate og (F) en aksel for å koble fotplaten til hjullageret. De 3D-printede komponentene ble kombinert og montert på en akrylbase med lim og skruefester som beskrevet i teksten og vist i (A). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Histologisk studie. Histologiske endringer i TA-muskelen på dag 3 (A) post-DART eller (B) post-ISOM. Kryoseksjoner, som var 5 μm i tykkelse, ble farget med hematoksylin og eosin. Flere overlappende digitale bilder ble tatt og slått sammen med bildebehandlingsprogramvare for å generere høyoppløselige flislagte bilder av hele TA-muskeltverrsnittet. De kvalitative histologiske dataene indikerte at omfanget av muskelskade var lavt i både DART- og ISOM-gruppene, men muskelskade var litt tydeligere i ISOM-gruppen. De gule pilene peker på noen av de skadede områdene i TA muskeltverrsnitt. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Tabell 1: Alder og kroppsvekt av mus. BLAJ-musene som ble studert var nøye matchet i alder og kroppsvekt uten signifikant forskjell mellom DART- og ISOM-gruppene. Klikk her for å laste ned denne tabellen.

Tabell 2: Kvantitativ analyse av TA muskelskade. Omfanget av muskelskade ble uttrykt som en prosentandel av det totale arealet av TA-muskeltverrsnittet og analysert ved en T-test. Både DART- og ISOM-trening resulterte i et lavt nivå av muskelskade på dag 3 sammenlignet med tidligere studier som involverte et lignende anfall av eksentriske sammentrekninger hos BLAJ-mus. Selv om størrelsen på muskelskade var liten i både DART- og ISOM-gruppene, var skadeomfanget statistisk lavere i DART-gruppen. Klikk her for å laste ned denne tabellen.

Tabell 3: Kontraktile momentdata. Kontraktilt dreiemoment produsert av dorsiflexor-musklene ble studert med et robotdynamometer koblet til DART-enheten. Det var ingen signifikant forskjell mellom DART- og ISOM-gruppene i maksimalt baseline tetanisk dreiemoment målt på treningsdagen (A, dag 0) eller 3 dager etter trening (B, dag 3). Til tross for mangelen på histologiske bevis på utbredt muskelskade, var en enkelt kamp DART og ISOM assosiert med et kontraktilt dreiemomentunderskudd (~ 40%) på dag 3. Klikk her for å laste ned denne tabellen.

Tilleggsvideo 1: DART-trening hos mus. Vennligst klikk her for å laste ned denne videoen.

Tilleggsvideo 2: SSOM-opplæring hos mus. Vennligst klikk her for å laste ned denne videoen.

Tilleggsfil 1: Kalibreringsdata, kurve og oppsett for vekt til dreiemoment. Klikk her for å laste ned denne filen.

Tilleggskodingsfiler 1-4: Design for DART-enhetskomponentene. Klikk her for å laste ned denne filen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne artikkelen presenterer trinnvise instruksjoner om hvordan du konstruerer en enhet for å utføre en type presisjonsrehabiliteringstrening kalt doseringsjustert motstandstrening (DART). Arbeidet beskriver også anvendelsen av DART-enheten og metodikken i en treningsstudie for å sammenligne muskelskade 3 dager etter et enkelt anfall av DART (DART-gruppe) med skade 3 dager etter en sammenlignbar kamp med isometrisk trening (ISOM-gruppen).

De kritiske trinnene i protokollen er riktig konstruksjon av DART-enheten 34,35, de nøyaktige trinnene som er involvert i å utføre DART- eller ISOM-trening, riktig høsting og kryopreservering av muskelvev, riktig seksjonering av muskelvev med kryostat, og riktig farging av muskeltverrsnitt med hematoksylin og eosin 22,36 . Spesielt for å konstruere DART-enheten, må delene fremstilles med nøyaktige dimensjoner og optimale materialegenskaper. Hvis dimensjonene er unøyaktige for hjullagerhuset, vil hjullageret av 608-typen ikke passe godt inn i hjullagerhuset. Hvis dimensjonene på musens fotplate og aksel ikke er nøyaktige, kan det påvirke hjullagerets evne til å bevege seg sammen med musens fot negativt. Hvis DART-enhetsdelene er produsert med et uegnet materiale og / eller 3D-skriverinnstillinger, kan DART-enhetens deler mangle tilstrekkelig mekanisk styrke, noe som kan føre til bøyning og / eller brudd på forskjellige komponenter34.

Modifikasjoner av denne protokollen kan være nødvendig basert på de spesifikke forskningsspørsmålene som etterforskere ønsker å svare på. Den nåværende protokollen er spesifikk for utforming og implementering av DART-enheten i en studie som forsøkte å svare på spørsmålet om hvorvidt en enkelt DART forårsaker omfattende skade på TA-muskelen hos dysferlinfattige mus, som vi rapporterte tidligere med en lignende anfall av eksentriske sammentrekninger22. Siden andre har antydet at trening bestående av isometriske sammentrekninger kan være ikke-skadelig og derfor egnet for mennesker med visse muskelsykdommer, sammenlignet vi omfanget av muskelskade forårsaket av DART til et sammenlignbart anfall av isometriske sammentrekninger (ISOM) 37,38. I denne studien fant vi at både DART og ISOM induserer minimal muskelskade, med DART som viser litt, men signifikant lavere nivåer av skade enn ISOM.

I forhold til feilsøking er det mest utfordrende aspektet av protokollen nettopp å stimulere den fibulære grenen av isjiasnerven, noe som gir motorisk innervering til TA-muskelen. Denne teknikken er spesielt utfordrende fordi testeren holder en transkutan elektrode og plasserer den manuelt på et presist sted som er dårligere og lateralt til musens kneledd20,39. Testeren må øve og lære å finne dette stedet på musens bakben ved å føle for en liten benete fremtredende rolle som tilsvarer hodet på musens fibulære bein40. For å bekrefte at optimal elektrisk stimulering av den fibulære grenen av nervesystemet oppnås, slik at maksimale sammentrekninger fra TA-muskelen oppnås, er det best at et pålitelig dynamometerisystem brukes20,21,22,41. Videre kan transkutane eller subkutane elektroder stabilisert av en klemme også vurderes for pålitelig og reproduserbar plassering av elektroder for å minimere brukerindusert variabilitet og feil 20,41,42,43.

Hovedbegrensningen til protokollen er at den er spesielt utviklet for å studere effekten av DART på TA-muskelen hos mus. Med metoder som er utviklet for å utføre dynamometriske vurderinger og tvungen trening på quadriceps femoris muskelgruppe hos gnagere, kan DART-enheten enkelt tilpasses quadriceps femoris muskelgruppe42,43. Bruk av DART-enheten til andre muskelgrupper kan være mer utfordrende; Imidlertid kan kabel-remskive-vekt-kretsdesignet, som har blitt brukt i DART-enheten, inkorporeres i enheter som er egnet for andre muskelgrupper. En annen begrensning er at protokollen utføres under generell anestesi, noe som gjør trening tvunget og ikke frivillig; Dette er forskjellig fra de fleste motstandstreningsparadigmer utviklet for mennesker12,21.

Betydningen av DART-enheten og metodikken med hensyn til eksisterende eller alternative metoder er at doseringen for motstandstrening kan justeres nøyaktig og øvelsen kan målrettes nøyaktig mot en bestemt muskelgruppe12. Presisjonsrehabilitering er en ny strategisk prioritet for USAs nasjonale institutter for helse, og siden DART gjør det mulig å utføre presisjonsmotstandstrening hos mus, gir DART seg godt til grunnleggende og prekliniske studier på presisjons fysisk rehabilitering44,45.

Betydningen og potensiell anvendelse av den nåværende metoden for å utføre dosejustert motstandstrening er at den gjør det mulig å utføre motstandstreningsstudier på mus på måter som kan sammenlignes med menneskelig testing og treningsprotokoller som brukes i klinisk rehabiliteringsforskning og praksis. For eksempel, akkurat som maksimumet på en repetisjon (1RM, den maksimale belastningen som kan løftes / flyttes / presses / knebøyes bare en gang samtidig som den opprettholder god form) brukes til mennesker for å justere størrelsen på motstanden for treningskamper17,18, kan den maksimale belastningen som TA-muskelen med hell kan løfte, brukes til å stille motstanden for trening hos mus med DART-enheten. I tillegg til å justere motstanden basert på et dyrs kapasitet, er den ekstra fordelen at sammentrekningene er konsentrisk partiske, noe som bidrar til å redusere sammentrekningsindusert muskelskade22. De representative resultatene tyder på at en kamp med DART er enda mindre skadelig enn en sammenlignbar anfall av isometriske sammentrekninger (ISOM-gruppen). Den ikke-skadelige naturen til DART gjør det hensiktsmessig for treningsstudier der skadelige sammentrekninger best unngås - for eksempel treningsstudier hos mus som modellerer muskeldystrofier og treningsstudier designet for gradvis å laste muskler etter eksperimentelle kirurgiske prosedyrer på muskler og / eller sener 22,46,47.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen konkurrerende økonomiske interesser.

Acknowledgments

Denne studien ble finansiert av tilskudd fra Jain Foundation Inc., R03HD091648 fra NICHD, et pilotstipend fra AR3T under NIH P2CHD086843, en FRAP-pris fra EACPHS ved Wayne State University, en fakultetsoppstartspakke fra Wayne State University, og en underkontrakt fra 1R01AR079884-01 (Peter L. Jones PI) til JAR. Denne studien ble også finansiert av et amerikansk fysioterapiforening - Michigan (APTA-MI) forskningsstipend til JMB, MEP og JAR. Forfatterne anerkjenner Dr. Renuka Roche (lektor, Eastern Michigan University, MI) for kritisk å lese manuskriptet og gi tilbakemelding. Forfatterne anerkjenner Mr. Anselm D. Motha for råd om 3D-utskrift. Forfatterne takker pasientene med dysferlinopatier som har delt sine historier på Jain Foundation nettside på https://www.jain-foundation.org/patient-physician-resources/patient-stories, spesielt deres erfaringer med trening.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AnMiao Star 608 Ceramic Ball Bearing Anmiao Star (N/A) AMS127 High precision, low friction wheel bearing.  If make and model is not commercially available, an alternative version of a 608 low-friction wheel bearing, 8 mm bore diameter,  22 mm outside diameter, with silicon nitride ceramic balls in 420 stainless steel housing should suffice.  Excess friction in the wheel bearing will adversely impact performance of the DART device and will increase overall resistance to muscle contractions.
Axio Scope.A1 microscope Carl Zeiss (Peabody, MA) Product #Axio Scope.A1 Light and fluorescence microscope
B6.A-Dysfprmd/GeneJ (a.k.a. BLAJ mice) The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME).  Special colony maintained by The Jain Foundation Inc. for collaborators who study dysferlin. Stock #012767 Dysferlin deficient mice that model human limb girdle muscular dystrophy type 2B/R2.
Bipolar, transcutaneous, neuromuscular electrical stimulation (NMES) electrode Harvard Apparatus, Holliston, MA BS4 50–6824 Electrode for NMES.  If this electrode is not commercially available, please contact corresponding author for alternatives.
Coplin Staining Dish ThermoFisher (Waltham, MA) Catalog No. S17495 Staining dish/jar for hematoxylin and eosin (H&E) staining of sections
Cura 4.4.1. Software Ultimaker, Utrecht, Netherlands Ultimaker Cura 4.4.1. Slicing software to convert stereolithography files into G-CODE files
Deltaphase isothermal gel heating pad Braintree Scientific (Braintree, MA) Item #39DP Heating pad to provide thermal support to animals while under anesthesia
Eosin Y Millipore Sigma (Burlington, MA) HT110132-1L Pink cytoplasmic stain
Gorilla Super Glue The Gorilla Glue Company (Cincinnati, OH) Gorilla Super Glue Micro Precise Cyanoacrylate adhesive to bond PLA components
Hematoxylin solution, Gill No.3 Millipore Sigma (Burlington, MA) GHS332-1L Dark blue stain for nuclei
HM525NX cryostat ThermoFisher (Waltham, MA) Catalog #HM525NX Cryostat to make frozen sections of muscle
Lab Wipes.  Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipers, 1-Ply ThermoFisher (Waltham, MA) Catalog No. 06-666.  Manufacturer #34120 Laboratory wipes to blot mineral oil from muscle tissue before snap freezing and for other purposes.
Labview 2014 National Instruments, Austin, Texas, USA Labview 2014 Software for custom-written programs/routines that operate the dynamometer and trigger the NMES stimulator.
Liquid nitrogen HDPE Dewar Flasks ThermoFisher (Waltham, MA) S34074B.  Thermo Scientific 41502000/EMD Flask to hold liquid nitrogen for snap freezing muscle or other tissue
Magic depilatory cream Softsheen Carson (New York, NY) N/A Razorless hair removal cream
Metal alligator clip JINSHANGTOPK (web-based business) 24Pcs 51mm Metal Alligator Clip Spring Clamps Spring clamp to hold tibial pin
Micrscope slides Globe Scientific (Mahwah, NJ) 1354W. Diamond White Glass Slides Charged microscope slides
Mineral Oil ThermoFisher (Waltham, MA) BP26291 Mineral oil to cryoprotect muscle tissue before snap freezing
Monoprice Premium 3D Printer Filament PLA Monoprice (Rancho Cucamonga, CA) #11778 Premium 3D Printer Filament PLA 1.75mm 1 kg/spool, Gray.  This is the material used to 3D print device components.
Monoprice Select Mini V2 3D printer Monoprice (Rancho Cucamonga, CA) Mini V2 3D 3D printer for computer-aided fabrication of device components.
NIH Image software National Instritues of Health (NIH, Bethesda, MD) NIH Image for Windows Image processing and analysis software used to quantify area of muscle damage.  NIH Image is also known as Image J.
Photoshop CS4 Adobe (San Jose, CA) Creative Suite (CS4). 64 bit version for Windows Image processing and analysis software used to generate tiled/stiched images of entire muscle cross-section from images of indvidual overlapping fields
PSIU6 stimulation isolation unit Grass Instruments (West Warwick, RI) PSIU6 isolation unit Isolation unit for NMES.  Stimulators, such as Model 4100 from A-M come with a built in stimulation isoloation unit
Roboz 4-0 silk black braided suture material Roboz Surgical (Gaithersburg, MD) Roboz Surgical SUT152 Suture material to connect DART device footplate to dynamometer footplate or resistance for resistance training
S48 square pulse stimulator Grass Instruments (West Warwick, RI) S48 Stimulator Laboratory electrical stimulator for NMES .  If this stimulator is not commercially available, Model 4100 Isolated High Power Stimulator from A-M systems could be an alternative.  Please contact co-author Jones for more information.
Scott’s bluing reagent Ricca Chemical Company (Arlington, TX) 6697-32 Bluing solution that intensifies hematoxylin nuclear staining
SigmaStat version 3.5 Systat Software (San Jose, CA) SigmaStat version 3.5 Statistical software package for statistical analyses
Tabletop isoflurane vaporizer VetEquip (Livermore, CA) Item #901801 Inhaled tabletop anesthesia system
Triple antibiotic first aid ointment Global Health Products (wed-based business) Globe Triple Antibiotic First Aid Ointment, 1 oz (2-Pack) First Aid Antibiotic Ointment Antibiotic ointment applied on tibial pin as part of post-procedural care

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Vina, J., Sanchis-Gomar, F., Martinez-Bello, V., Gomez-Cabrera, M. C. Exercise acts as a drug; The pharmacological benefits of exercise. British Journal of Pharmacology. 167 (1), 1-12 (2012).
  2. Murton, A. J., Greenhaff, P. L. Resistance exercise and the mechanisms of muscle mass regulation in humans: Acute effects on muscle protein turnover and the gaps in our understanding of chronic resistance exercise training adaptation. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 45 (10), 2209-2214 (2013).
  3. Pepin, M. E., Roche, J. A., Malek, M. H. Strength Training for Special Populations. Conditioning for Strength and Human Performance. Chandler, T. J., Brown, L. E. , Routledge. Oxfordshire, UK. Chapter 20 547-570 (2019).
  4. Helland, C., et al. Training strategies to improve muscle power: Is Olympic-style weightlifting relevant. Medicine and Science in Sports and Exercise. 49 (4), 736-745 (2017).
  5. Souza, M. K., et al. l-Arginine supplementation blunts resistance exercise improvement in rats with chronic kidney disease. Life Sciences. 232, 116604 (2019).
  6. Schmoll, M., et al. SpillOver stimulation: A novel hypertrophy model using co-contraction of the plantar-flexors to load the tibial anterior muscle in rats. PloS One. 13 (11), 0207886 (2018).
  7. Adams, G. R., Haddad, F., Bodell, P. W., Tran, P. D., Baldwin, K. M. Combined isometric, concentric, and eccentric resistance exercise prevents unloading-induced muscle atrophy in rats. Journal of Applied Physiology. 103 (5), 1644-1654 (2007).
  8. Guedes, J. M., et al. Muscular resistance, hypertrophy and strength training equally reduce adiposity, inflammation and insulin resistance in mice with diet-induced obesity. Einstein. 18, (2019).
  9. Zhu, W. G., et al. Weight pulling: A novel mouse model of human progressive resistance exercise. Cells. 10 (9), 2459 (2021).
  10. Call, J. A., McKeehen, J. N., Novotny, S. A., Lowe, D. A. Progressive resistance voluntary wheel running in the mdx mouse. Muscle & Nerve. 42 (6), 871-880 (2010).
  11. Strickland, J. C., Smith, M. A. Animal models of resistance exercise and their application to neuroscience research. Journal of Neuroscience Methods. 273, 191-200 (2016).
  12. Greising, S. M., Basten, A. M., Schifino, A. G., Call, J. A. Considerations for Small Animal Physical Rehabilitation. Regenerative Rehabilitation: From Basic Science to the Clinic. Greising, S. M., Call, J. A. , Springer International Publishing. New York, NY. 39-59 (2022).
  13. Roche, J. A. Regenerative Rehabilitation for Nonlethal Muscular Dystrophies. Regenerative Rehabilitation: From Basic Science to the Clinic. Greising, S. M., Call, J. A. , Springer International Publishing. New York, NY. 61-84 (2022).
  14. Schott, N., Johnen, B., Holfelder, B. Effects of free weights and machine training on muscular strength in high-functioning older adults. Experimental Gerontology. 122, 15-24 (2019).
  15. Naples, R. Dr. Gustav Zander's Victorian-Era Exercise Machines Made the Bowflex Look Like Child's Play. , Smithsonian. Washington, D.C. Available from: https://www.smithsonianmag.com/smithsonian-institution/gustav-zander-victorian-era-exercise-machines-bowflex-180957758/ (2016).
  16. Hansson, N., Ottosson, A. Nobel prize for physical therapy? Rise, fall, and revival of medico-mechanical institutes. Physical Therapy. 95 (8), 1184-1194 (2015).
  17. ACSM. American College of Sports Medicine position stand. Progression models in resistance training for healthy adults. Medicine and Science in Sports and Exercise. 41 (3), 687-708 (2009).
  18. Suchomel, T. J., Nimphius, S., Bellon, C. R., Hornsby, W. G., Stone, M. H. Training for muscular strength: Methods for monitoring and adjusting training intensity. Sports Medicine. 51 (10), 2051-2066 (2021).
  19. Bloch, R. J., et al. Small-Animal Unit for Muscle Injury, Muscle Testing and Muscle Training in Vivo. US Patent. , CA2745550A1 patents.google.com/patent/CA2745550A1/en (2012).
  20. Lovering, R. M., Roche, J. A., Goodall, M. H., Clark, B. B., McMillan, A. An in vivo rodent model of contraction-induced injury and non-invasive monitoring of recovery. Journal of Visualized Experiments. (51), e2782 (2011).
  21. Begam, M., et al. Diltiazem improves contractile properties of skeletal muscle in dysferlin-deficient BLAJ mice, but does not reduce contraction-induced muscle damage. Physiological Reports. 6 (11), 13727 (2018).
  22. Begam, M., et al. The effects of concentric and eccentric training in murine models of dysferlin-associated muscular dystrophy. Muscle and Nerve. 62 (3), 393-403 (2020).
  23. Straub, V., Murphy, A., Udd, B. 229th ENMC international workshop: Limb girdle muscular dystrophies - Nomenclature and reformed classification Naarden, the Netherlands. Neuromuscular Disorders. 28 (8), 702-710 (2018).
  24. Kniffin, C. L. DYSFERLIN. , OMIM. Available from: https://www.omim.org/entry/603009 (2021).
  25. Millay, D. P., et al. Genetic manipulation of dysferlin expression in skeletal muscle: Novel insights into muscular dystrophy. American Journal of Pathology. 175 (5), 1817-1823 (2009).
  26. Nagy, N., et al. Hip region muscular dystrophy and emergence of motor deficits in dysferlin-deficient Bla/J mice. Physiological Reports. 5 (6), 13173 (2017).
  27. Roche, J. A., Lovering, R. M., Bloch, R. J. Impaired recovery of dysferlin-null skeletal muscle after contraction-induced injury in vivo. Neuroreport. 19 (16), 1579-1584 (2008).
  28. Roche, J. A., et al. Extensive mononuclear infiltration and myogenesis characterize recovery of dysferlin-null skeletal muscle from contraction-induced injuries. American Journal of Physiology: Cell Physiology. 298 (2), 298-312 (2010).
  29. Roche, J. A., Ru, L. W., Bloch, R. J. Distinct effects of contraction-induced injury in vivo on four different murine models of dysferlinopathy. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2012, 134031 (2012).
  30. Roche, J. A., et al. Myofiber damage precedes macrophage infiltration after in vivo injury in dysferlin-deficient A/J mouse skeletal muscle. American Journal of Pathology. 185 (6), 1686-1698 (2015).
  31. Ingalls, C. P., Warren, G. L., Zhang, J. Z., Hamilton, S. L., Armstrong, R. B. Dihydropyridine and ryanodine receptor binding after eccentric contractions in mouse skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 96 (5), 1619-1625 (2004).
  32. Dutton, M. Orthopaedics for the Physical Therapist Assistant. , Jones & Bartlett Publishers. Burlington, MA. 238 (2011).
  33. Begam, M., Abro, V. M., Mueller, A. L., Roche, J. A. Sodium 4-phenylbutyrate reduces myofiber damage in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. Physiologie Appliquée, Nutrition et Métabolisme. 41 (10), 1108-1111 (2016).
  34. Tully, J. J., Meloni, G. N. A scientist's guide to buying a 3D printer: How to choose the right printer for your laboratory. Analytical Chemistry. 92 (22), 14853-14860 (2020).
  35. Schwiening, C. 3D printing primer for physiologists. Physiology News. (101), (2015).
  36. Begam, M., Roche, J. A. Damaged muscle fibers might masquerade as hybrid fibers - A cautionary note on immunophenotyping mouse muscle with mouse monoclonal antibodies. European Journal of Histochemistry. 62 (3), 2896 (2018).
  37. Lott, D. J., et al. Safety, feasibility, and efficacy of strengthening exercise in Duchenne muscular dystrophy. Muscle & Nerve. 63 (3), 320-326 (2021).
  38. Lindsay, A., Larson, A. A., Verma, M., Ervasti, J. M., Lowe, D. A. Isometric resistance training increases strength and alters histopathology of dystrophin-deficient mouse skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 126 (2), 363-375 (2019).
  39. Dalkin, W., Taetzsch, T., Valdez, G. The fibular nerve Injury method: A reliable assay to identify and test factors that repair neuromuscular junctions. Journal of Visualized Experiments. (114), e54186 (2016).
  40. Amend, S. R., Valkenburg, K. C., Pienta, K. J. Murine hind limb long bone dissection and bone marrow isolation. Journal of Visualized Experiments. (110), e53936 (2016).
  41. Gerlinger-Romero, F., et al. Non-invasive assessment of dorsiflexor muscle function in mice. Journal of Visualized Experiments. (143), e58696 (2019).
  42. Brightwell, C. R., et al. In vivo measurement of knee extensor muscle function in mice. Journal of Visualized Experiments. (169), e62211 (2021).
  43. Pratt, S. J. P., Lawlor, M. W., Shah, S. B., Lovering, R. M. An in vivo rodent model of contraction-induced injury in the quadriceps muscle. Injury. 43 (6), 788-793 (2012).
  44. Shields, R. K. Precision rehabilitation: How lifelong healthy behaviors modulate biology, determine health, and affect populations. Physical Therapy. 102 (1), 248 (2022).
  45. Medical Rehabilitation Research Resource Network (MR3N). Precision Rehabilitation - Inaugural Scientific Retreat. , Available from: https://ncmrr.org/education-training/archived-presentations/precision-rehab-archive (2021).
  46. Roche, J. A., et al. Minimally invasive muscle embedding generates donor-cell-derived muscle fibers that express desmin and dystrophin. Military Medicine. 185, 423-429 (2020).
  47. Roche, J. A., et al. Minimally invasive muscle embedding (MIME), facilitates the development of functional muscle fibers of human cadaveric origin, in host mice. The FASEB Journal. 33, 602 (2019).

Tags

Nevrovitenskap utgave 186 Skjelettmuskulatur motstandstrening regenerativ rehabilitering presisjonsrehabilitering muskelskade dysferlin muskeldystrofi
Dosejustert motstandstrening hos mus med redusert risiko for muskelskade
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Begam, M., Narayan, N., Mankowski,… More

Begam, M., Narayan, N., Mankowski, D., Camaj, R., Murphy, N., Roseni, K., Pepin, M. E., Blackmer, J. M., Jones, T. I., Roche, J. A. Dosage-Adjusted Resistance Training in Mice with a Reduced Risk of Muscle Damage. J. Vis. Exp. (186), e64000, doi:10.3791/64000 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter