Måling av gnager skjelettlidelser muskel kontraktile funksjonen er et nyttig verktøy som kan brukes til å spore sykdomsprogresjon samt effekten av terapeutisk intervensjon. Her beskriver vi de ikke-invasive, i vivo vurdering av dorsiflexor musklene som kan gjentas over tid i samme musen.
Vurdering av skjelettlidelser muskel kontraktile funksjonen er et viktig mål for både klinisk og forskning. Rekke forhold kan negativt påvirke skjelettmuskulatur. Dette kan resultere i et tap av muskelmasse (atrofi) og/eller tap av muskel kvalitet (redusert kraft per enhet av muskelen masse), begge er utbredt i kronisk sykdom, muskel-spesifikk sykdommen, immobilisering og aldring (sarcopenia). Skjelettmuskel funksjon i dyr kan bli vurdert av en rekke ulike tester. Alle testene har begrensninger knyttet til fysiologiske testing miljøet, og valget av en bestemt test ofte avhenger av innholdet av eksperimenter. Her beskriver vi en i vivo, ikke-invasiv teknikk involverer en nyttig og enkel vurdering av force frekvens-kurven (FFC) i mus som kan utføres på samme dyret over tid. Dette tillater overvåking av sykdomsprogresjon og/eller effekten av potensielle terapeutisk behandling.
Skjelettmuskulatur er en betydelig metabolic vev som består av ca 40% av den totale kroppsvekten. Det spiller en avgjørende rolle i kontrollen av energi metabolisme og homeostase1. Skjelettlidelser muskel massen vedlikeholdes av en fin balanse mellom utbredelsen av protein syntese og nedbrytning1. Mange sykdom forhold påvirker disse prosessene i skjelettmuskulatur, fører til et netto tap i muskelmasse (atrofi). Dette inkluderer, men er ikke begrenset til, kreft, AIDS, aldring, faste, og lemmer immobilisering2,3. Aldrende befolkning, tap av styrke er forbundet med tap av muskel masse og er en prediktor for all-sak dødelighet4. I denne sammenheng gir vurdering av muskel-funksjonen et viktig mål ved beregning av effekten av terapeutisk strategier for å bekjempe og/eller hindre skjelettlidelser muskel sløse og tap av funksjon.
Forskere har brukt mange ulike tilnærminger og dyr modeller for å forstå molekylær veier muskel atrofi5,6 og konsekvensene av disse mekanismene på muskel kontraktile funksjon2,3 ,7. Derfor er samkjøre endringer på molekylært nivå til forskjeller i muskler avgjørende i forståelse hvordan molekylær endringer kan påvirke muskel funksjonalitet.
Skjelettmuskel funksjon, særlig i små gnagere, utføres vanligvis bruker tre godt beskrevet prosedyrer8,9 oppdager nedsatt kraft produksjon og/eller overvåke sykdomsprogresjon. (1) ex vivo; der muskel er fjernet fra dyret og ruges i en Ringer i Bad løsning å vurdere muskel funksjonen bruker feltet stimulering10. (2) In situ; hvor proksimale feste muskler forblir i dyret og distale sene er koblet til en force svinger, slik at muskelen funksjon som skal utføres av direkte nerve stimulering11. (3) In vivo; hvor elektroder blir plassert subcutaneously for å få nerve-utløste muskel kraft produksjon9,12. Mens disse tre prosedyrer brukes til ulike formål, har de hver sine fordeler og ulemper. Derfor er det viktig å velge en passende metode basert på målet av studien. Den viktigste begrensningen med ex vivo eksperimenter er fjerning av muskel fra sine normale miljøet og bruk av feltet stimulering. Metoden i situ opprettholder en normal blodtilførsel og bruker stimulering gjennom nerve, men normal anatomi endres og eksperimentet er terminal; dermed gjør dette oppfølging muskel funksjon målinger umulig. I vivo metoden beskrevet her nærmest etterligner normale fysiologi som anatomi er uforstyrret, nevromuskulær bunten intakte og eksperimentet er ikke terminal, slik at oppfølging tiltak innen samme dyret over tid8.
Her beskriver vi en i vivo prosedyre som tillater flere målinger av muskler i samme dyret over tid. Denne prosedyren innebærer vurdering av musklene i fremre crural rommet, inkludert tibialis anterior(TA), extensor digitorum longus (EDL) og extensor hallicus longus (EHL) muskler, ansvarlig for dorsiflexion, i en ikke-invasiv prosedyre ved fibular (også kjent som peroneal) nervestimulering. TA inneholder de fleste av styrken for ankel dorsiflexion13, med bare minimal hjelp av EDL og EHL som kontroll bevegelse av tærne. Denne ikke-terminal protokollen sikrer bevaring av nerve og blod. Dette gir etterforskningen av sykdom evolusjon og behandling effekt over tid i mest fysiologiske miljøet tilgjengelig i en dyremodell.
Måling av maksimal muskel kontraktile funksjonen på en nøyaktig og repeterbare måte er kritisk til progressiv vurdering av genetisk, metabolske og muskel forhold17. Tilsvarende kan i vivo muskel kontraktile funksjonen for vurdering av romanen behandlinger og legemiddelselskap for ødeleggende muskel forhold. Her viser vi måling av kraft produksjon av dorsiflexor musklene i musen lavere hindlimb gjennom en i vivo prosedyre.
Kommersielle apparatene er effektiv og hjelpsomt utfører denne ikke-invasiv prosedyre. Denne testen gir viktige fordeler knyttet til vurdering av muskel kontraktile funksjonen samtidig bevare en innfødt fysiologiske miljø, i hvilken blod forsyning og gir forblir intakt. På den annen side, knyttet sine ulemper til normalisering av kraft per enhet tverrsnitt av muskel (bestemt force), som bare kan konstatert i en isolert muskel som er høstet etter eksperimentering. Ikke-invasiv test kan imidlertid flere målinger av kontraktile bøyer musklene i samme dyr over tid, noe som resulterer i redusert antall forsøksdyr er påkrevd, spesielt hvis målet er å vurdere relativ endringer ( endringer i absolutt makt over tid).
Det er viktige skritt som må vurderes under denne prosedyren for å oppnå konsekvente data over på timepoints. En bør først forsøke å standardisere dyr plassering når det er mulig. Andre er under innstillingen det viktig å være forenlig med elektroden posisjonering slik at optimal stimulering kan nås via stimulering av peroneal nerve. Plasseringen av elektrodene bør være på den laterale siden av (i dette tilfellet til høyre) beinet, nær hodet av fibula og andre lenger ned den laterale siden av beinet (figur 2). Basert på dette, er skreddersydde elektrodene utformet slik at begge kan være plassert på samme posisjon hver gang. Imidlertid kan tilstrekkelig stimulering også oppnås ved hjelp av elektroden nålene med kommersielle apparatene. For det tredje er det avgjørende for negative topper under spenning installasjonen ved å slå klokken svingeren koblet til fotplaten. Korrekt plassering av musen etappe elektrodene med maksimal spenning installasjonsprogrammet har vist seg for å være en teknikk som kan utføres på samme musen over tid.
Muligheten til å vurdere og spore muskel funksjon på forskjellige timepoints på samme dyret er en viktig vurdering å karakterisere forskjellige muskelgrupper sykdommer, samt deres progresjon. Videre kan målingen av muskel dorsiflexion i mus være et verktøy for å vurdere effekten av mulige behandlinger i en innfødt fysiologiske miljø, med minimal metabolske belastning12. Dermed gir en teknikk i vurderingen muskel sykdom, progresjon og potensial behandling.
The authors have nothing to disclose.
Finansiering fra dette prosjektet var fra skolen av trening og ernæring Sciences, Deakin University. Forfatterne vil gjerne takke Mr. Andrew Howarth for sitt omfattende arbeid i optimalisere elektroder enheten.
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 |