Mätning av gnagare skelettmuskulaturen kontraktila funktion är ett användbart verktyg som kan användas för att spåra sjukdomsprogression samt effekten av terapeutisk intervention. Här beskriver vi de icke-invasiva, i vivo bedömningen av dorsiflexor muskler som kan upprepas över tid i samma mus.
Bedömning av skelettmuskulaturen kontraktila funktion är ett viktigt mått för både kliniska och forskningsändamål. Många förhållanden kan negativt påverka skelettmuskulaturen. Detta kan resultera i en förlust av muskelmassa (atrofi) och/eller förlust av muskel kvalitet (minskad kraft per enhet av muskel massa), vilka båda är utbredd i kronisk sjukdom, muskel-specifik sjukdom, immobilisering och åldrande (sarcopeni). Skelettmuskulaturen funktion hos djur kan utvärderas av en rad olika tester. Alla tester har begränsningar relaterade till fysiologiska testmiljön och valet av ett visst test ofta beror på vilken typ av experimenten. Här beskriver vi ett invivo, icke-invasiv teknik som inbegriper en bra och enkel bedömning av kraft frekvens-kurva (FFC) hos möss som kan utföras på samma djur över tid. Detta möjliggör övervakning av sjukdomsprogression och/eller effekten av en potentiell terapeutisk behandling.
Skelettmuskulaturen är en viktiga metaboliska vävnad som består av cirka 40% av den totala kroppsvikten. Det spelar en avgörande roll i kontrollen av energi metabolism och homeostas1. Skelettmuskulaturen massa upprätthålls av en fin balans mellan protein syntes och nedbrytning1. Många sjukdomstillstånd påverkar dessa processer i skelettmuskler, vilket leder till en nettoförlust i muskelmassa (atrofi). Dessa inkluderar, men är inte begränsade till, cancer, AIDS, åldrande, fasta, och extremiteter immobilisering2,3. Den åldrande befolkningen, förlust av styrka är förknippad med en förlust av muskel massa och är en prediktor för all-fall dödlighet4. I detta sammanhang ger bedömning av muskelfunktion en viktig åtgärd vid fastställandet av effekten av terapeutiska strategier för att bekämpa och/eller förhindra skelettrelaterade muskelförtvining och förlust av funktion.
Forskare har använt många olika metoder och modeller för att förstå de molekylära vägarna muskel atrofi5,6 och konsekvenserna av dessa mekanismer på muskel kontraktila funktion2,3 ,7. Därför, korrelera förändringar på molekylär nivå till skillnader i muskelfunktion är absolut nödvändigt i förståelse hur molekylära förändringar kan påverka muskler funktionalitet.
Skelettmuskulaturen funktion, särskilt i små gnagare, utförs normalt med tre väl beskrivna förfaranden8,9 att upptäcka nedsatt kraft produktion och/eller övervaka sjukdomsprogression. (1) ex vivo; där muskel avlägsnas från djuret och inkuberas i ett bad lösning att bedöma den muskelfunktion använder fält stimulering10. (2) på plats. där proximala fastsättning av muskeln kvar i djuret och distala senan är ansluten till en kraftgivare, vilket gör att hjärtmuskeln funktion ska utföras av direkta nerv stimulering11. (3) In vivo; nerv-framkallat muskel där elektroderna placeras subkutant för att erhålla och tvinga produktion9,12. Medan dessa tre förfaranden används för olika ändamål, äger var och en de fördelar och nackdelar. Därför är det viktigt att välja en lämplig metod baserat på syftet med studien. Den största begränsningen med ex vivo experiment är avlägsnande av muskel från dess normala miljö och användning av fältet stimulering. Metoden jordbaserad underhåller en normal blodtillförsel och använder stimulering genom nerv, men normal anatomi förändras och arten av experimentet är terminal; Sålunda, detta omöjliggör uppföljning muskel funktion mätningar. Invivo metoden beskrivs här närmast härmar normal fysiologi däri Anatomi är ostört, neuromuskulära bunten förblir intakt, och experimentet är inte terminalen, så att uppföljande åtgärder inom samma djur över tid8.
Här beskriver vi ett invivo förfarande som tillåter flera mätningar av muskelfunktion i samma djur över tid. Detta förfarande innebär att bedömningen av musklerna i den främre crural facket — inklusive tibialis anterior(TA), extensor digitorum longus (EDL) och extensor hallicus longus (EHL) muskler, ansvarig för dorsalflexion — i en icke-invasiv förfarande genom fibular (kallas även peroneal) nervstimulering. TA tillhandahåller det mesta av styrkan för fotled dorsalflexion13, med endast minimala bidrag av EDL och EHL det kontroll rörelsen av tårna. Detta icke-terminal protokoll garanterar bevarandet av nerv-och blod. Detta tillåter för utredning av sjukdom evolution och behandling effekt över tiden i den mest fysiologiska miljön som för närvarande finns i en djurmodell.
Mätning av maximal kontraktila muskelfunktion på ett exakt och repeterbar sätt är kritiska till progressiv utvärdering av genetiska, metaboliska och muskel villkorar17. På samma sätt tillåter invivo kontraktila muskelfunktion för bedömning av nya behandlingar och therapeutics för försvagande muskel villkor. Vi visar häri mätning av kraft produktion av dorsiflexor musklerna i mus lägre bakbenet genom ett förfarande för Invivo.
Kommersiella apparaturar är effektiva och till hjälp för att utföra denna icke-invasiv förfarande. Detta test ger viktiga fördelar relaterade till bedömningen av kontraktila muskelfunktion samtidigt bevara en native fysiologisk miljö, där blodet leverans och innervation förblir intakt. Däremot, är dess nackdelarna relaterade till normalisering av kraft per enhet av tvärsnittsarea för muskel (specifik kraft), som endast kan fastställas i en isolerad muskel som skördas efter experimenterande. Icke-invasiva testet ger dock flera mätningar av kontraktila funktion av flexor musklerna på samma djur över tid, vilket resulterar i minskat antal försöksdjur som krävs, speciellt om målet är att bedöma relativa förändringar ( förändringar i absoluta kraft över tid).
Det finns viktiga steg som måste beaktas under proceduren för att uppnå konsekventa data över tidpunkter. Först bör man försöka standardisera djur positionering när det är möjligt. Andra är under inställningen upp det viktigt att vara konsekvent med elektrod positionering så att optimal stimulering kan nås via stimulering av peroneal nerv. Placeringen av elektroderna bör på den laterala sidan av (i detta fall höger) benet, nära huvudet av fibula och andra längre ner på den laterala sidan av benet (figur 2). Baserat på detta är skräddarsydda elektroderna utformade som sådan att både kan placeras på samma position varje gång. Dock kan tillräcklig stimulans också uppnås med elektrod nålar med de kommersiella apparaturarna. För det tredje är det avgörande att uppnå negativa toppar under installationen av spänningen genom att vrida medsols givaren ansluten till fotplattan. Korrekt positionering av mus ben elektroderna med maximal spänning inställning har visat sig vara en teknik som kan utföras på samma mus över tid.
Förmågan att bedöma och spåra muskelfunktion vid olika tidpunkter på samma djur är en viktig bedömning att karakterisera olika muskelsjukdomar samt deras progression. Denna mätning av muskel dorsalflexion i möss kan dessutom vara ett verktyg för att bedöma effekten av potentiella behandlingar i en native fysiologisk miljö, med minsta metabol stress12. Det ger således en teknik i bedömning av muskel sjukdomen, dess förlopp och potential behandling.
The authors have nothing to disclose.
Finansiering från detta projekt var från skolan av motion och näring vetenskaper, Deakin University. Författarna vill tacka Mr Andrew Howarth för omfattande arbete i att optimera enhetens elektroder.
1300A: 3-in-1 Whole Animal System – Mouse | Aurora Scientific Inc. | 305C-LR: Dual-Mode Footplate; 605A: Dynamic Muscle Data Acquisition And Analysis System; 701C: Electrical Stimulator and 809C: in-situ Mouse Apparatus | Complete muscle function system |
Conductive gel | Livingstone | ECGEL250 | conductive gel used in the mice |
Eye ointment | Alcon | Poly Visc | pharmaceutic product (ophthalmic use) |
nonsteroidal anti-inflammatory drug (NSAID) | Ilium | Metacam | veterinary medicine (injectable 5mg/ml) |
Isoflurane | Zoetis | Isoflo | veterinary inhalation Anaesthetic |