غير قابل للتطبيق
مقالة منهجية
يوليو 14, 2023
غير قابل للتطبيق
تغطي العضلات الهيكلية ~ 40٪ من جسم الإنسان ، وهي عضو رئيسي ، وتدعم الوظائف الحرجة من الحركة إلى التنفس والتمثيل الغذائي. الأهم من ذلك ، أن لديها قدرة فريدة على الإصلاح الذاتي بعد الإصابة ، ومع هذه القدرة المتجددة تضمن الشفاء الوظيفي والهيكلي الكامل من الأضرار الجسيمة في أقل من شهر. وقد تورطت عدة أنواع من الخلايا في قدرة الإصلاح الرائعة هذه، حيث تلعب الخلايا الجذعية العضلية دورا مركزيا.
طور باحثو العضلات في جميع أنحاء العالم العديد من المقايسات لتحليل عضلات الهيكل العظمي على المستويات الوظيفية والجزيئية والخلوية. كل تقنية لها نقاط قوتها الخاصة ، حيث يمثل الاختبار في الجسم الحي على النماذج الحيوانية الخيار الأكثر صلة بالبشر وتعقيد الكائنات الحية. يكتسب نظراؤهم في المختبر وخارج الجسم الحي أرضية حيث تسعى المجموعات البحثية في جميع أنحاء العالم إلى تقليل الأبحاث الحيوانية في ضوء مبدأ الاستبدال والحد من الصقل (3R) المعترف به دوليا. تهدف مجموعة الطرق هذه إلى توفير نماذج في الجسم الحي وخارج الجسم الحي لدراسات العضلات الجزيئية والخلوية والوظيفية عبر الأنواع.
يصف Montandon et al.1 تقنيات لتوصيف الأنماط الظاهرية لتجديد العضلات بسرعة في أسماك الزرد للتحكم والأنماط الجينية الطافرة. أولا ، يتم التنميط الجيني للأجنة باستخدام مادة يتم التخلص منها من المخدرة. هذا احتمال مثير لأن معظم البروتوكولات التي تنطوي على التنميط الجيني للأجنة المعدلة وراثيا تتطلب تضحية متزامنة بالجنين. بعد ذلك ، يتم تحفيز التجديد عن طريق طعن منطقة معينة من عضلات يرقة سمك الزرد. بفضل الخصائص البصرية للعضلة الساركومية ، يمكن تقييم سلامة العضلات المصابة باستخدام التصوير بعد الإصابة. هذا البروتوكول ذو أهمية كبيرة للعلماء الذين يدرسون تجديد العضلات لأنه طريقة سريعة وربما عالية الإنتاجية للتحقيق في الطفرات المختلفة بحثا عن عيوب التجديد.
يقدم Hüttner et al.2 و Pegoli et al.3 طريقة تسمح بإجراء دراسات خلوية وجزيئية للخلايا الجذعية العضلية ، وهي مجموعة الخلايا في صميم تجديد العضلات. هذه الطريقة مثيرة للاهتمام للغاية للباحثين الذين يركزون على دراسات التنشيط المبكرة والتفاعلات المتخصصة في الخلايا. تسمح طريقة مزارع الألياف العضلية المفردة بزراعة ودراسة الخلايا الجذعية العضلية حتى 96 ساعة بينما لا تزال مرتبطة بألياف العضلات ، وتلقي إشارات من هذا المكانة القريبة والداخلية. يمثل إنشاء هذه التقنية تحديا خاصا بسبب العديد من الخطوات الدقيقة التي يشرحها Hüttner et al.2 بعناية (على سبيل المثال ، تشريح العضلات اللطيف وتفككه). للمضي قدما ، يوضح المؤلفون بالتفصيل استهداف siRNA للتحليلات الوظيفية للعوامل التي يمكن أن تؤثر على سلوك الخلايا الجذعية ، ويؤكدون على أهمية مقارنة الخلايا المنقولة ب siRNA بالخلايا المنقولة للتحكم من نفس الفأر والعضلات. في موازاة ذلك ، يصف Pegoli et al.3 كيف يمكن تعديل هذه الطريقة لدراسة الخلايا الجذعية للعضلات في سياق الحثل العضلي Emery-Dreifuss وحياة ما بعد الولادة المبكرة ، مع التركيز على التحديات المرتبطة بهشاشة العضلات في هذا السياق. لزيادة كفاءة البروتوكول ، فإنها توجه القراء بصور للألياف ذات البقاء الجيد والسيئ وتسلط الضوء على الحاجة إلى "التحقق التجريبي" من وقت الهضم.
يصف زيدان وآخرون نظام الثقافة خارج الجسم الحي للعضلات الهيكلية التي تفضل إنتاج خلايا احتياطية شبيهة بالهدوء ، مع الحفاظ أيضا على عدد من أنواع الخلايا الأخرى ، وكلاهما يمثل تحديات في ظل أنظمة الزراعة البديلة. وبالتالي ، يمكن أن تكون هذه الطريقة مفيدة للباحثين الموجهين في دراسات الهدوء أو تفاعلات الخلايا الجذعية المتخصصة ، بما في ذلك في ظل الظروف التي تعدل المسارات الجزيئية باستخدام الأدوية أو siRNAs أو النواقل. يستلزم البروتوكول تشريحا سريعا لعضلات الأطراف الخلفية ، متبوعا بالهضم الأنزيمي والترشيح. بعد ذلك ، يتم وضع الخلايا في المزرعة ، مع ظهور الخلايا الاحتياطية في غضون أسبوع واحد. يسمح البروتوكول بتضخيم هذه الخلايا الاحتياطية على نطاق واسع ، مع إمكانية تصوير الخلايا الحية باستخدام الفئران ذات العلامات الوراثية ، مثل Pax7nGFP.
يوضح Park et al.5 كيف يمكن قياس النترات والنتريت في العضلات الهيكلية ، أحد أعضاء تخزين النترات الرئيسية. الطريقة الموصوفة ذات أهمية خاصة للباحثين الذين يدرسون فسيولوجيا التمرين والاضطرابات العصبية العضلية أو الأيضية المرتبطة بدورة أكسيد النيتريك. على الرغم من وجود تطور تكنولوجي كبير لتسهيل قياسات النترات والنتريت ، إلا أن هناك العديد من المعلمات التي يمكن أن تؤثر على النتيجة النهائية ويتم وصفها ومقارنتها بعناية من قبل المؤلفين (على سبيل المثال ، طريقة التجانس ، حجم الخزعة ، نوع العضلات).
يصف Hessel et al.6 بتفصيل كبير إجراء لأخذ الخزعات من عضلة الظنبوب الأمامية للمرضى من البشر من أجل الحصول على ألياف ذات طول كاف للتجارب الميكانيكية. يؤكد المؤلفون أنه يجب استبعاد المرضى الذين يعانون من تلف حديث في العضلات. بمجرد أخذ الموافقة المستنيرة من المرضى المؤهلين ، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية لتقييم أفضل موقع في العضلات لجمع الخزعة. بعد مناقشة طريق الحقن المثالي ، يقوم الفريق بإجراء الخزعة باستخدام إبرة متخصصة. أخيرا ، يتم تفصيل رعاية المرضى بعد الجراحة وطرق معالجة الأنسجة. هذه الطريقة ذات أهمية خاصة للأطباء والعلماء ، الذين يرغبون في توحيد جمع الأنسجة من المرضى للدراسات الميكانيكية لألياف العضلات.
في مجموعة الطرق هذه ، يتم تقديم الدراسات الميكانيكية بواسطة Brightwell et al.7 و Corona et al.8. تناقش هذه المقالات طرق قياس القوة في النماذج الحيوانية الصغيرة والكبيرة. يؤثر المرض العصبي العضلي أو الإصابة سلبا على قوة العضلات. وبالتالي ، فإن التمرين والتغذية والتدخلات العلاجية تهدف إلى استعادتها. يوضح Brightwell et al.7 بالتفصيل طريقة لتقييم وظيفة عضلات الفخذ في الفئران بطريقة مماثلة للطرق المستخدمة في المرضى من البشر. أولا ، يقدمون خطوات لإعداد المعدات والبرامج المطلوبة للتجربة. بعد ذلك ، يتم تخدير الماوس ووضعه في موضع تقييم الوظيفة الباسطة. يتم وضع الأقطاب الكهربائية في الجزء البعيد من عضلات الفخذ لتحريض الانكماش ، ويتم تقييم التيار الأمثل ، ويتم تسجيل وتحليل قياسات ذروة عزم الدوران الكزازي متساوي القياس. باستخدام نموذج حيواني أكبر ، يقوم Corona et al.8 بتقييم عزم الدوران متساوي القياس في العضلة الظهرية الخلفية للخنزير ، مما يعرض إعدادات المعدات خطوة بخطوة وبروتوكول قياس القوة. وتجدر الإشارة إلى أنها تظهر واجهات موجية عالية ومنخفضة الجودة لضمان الحصول على النتائج المثلى. إنهم يدركون نقاط القوة في هذه التقنية غير الغازية التي تسمح بالتحليلات الطولية لنفس ، لكنهم يناقشون أيضا بإسهاب الخطوات الحاسمة (على سبيل المثال ، تحفيز الأعصاب ، المحاذاة الميكانيكية) وقيود الطريقة.
لا يزال هناك العديد من الأسئلة المعلقة في مجال أبحاث العضلات الهيكلية: ما هي الجينات الحاسمة لتجديد العضلات ، وكيف تحافظ الخلايا الساتلية على إمكانات التجدد على مدى حياة العديد من الكائنات الحية المختلفة ، وكيف تتأثر وظيفة العضلات في حالات المرض المختلفة. تعرض هذه المجموعة عددا من التقنيات الحديثة للتحقيق في وظيفة العضلات وإصلاحها على المستويين الجزيئي والميكانيكي ، باستخدام مجموعة واسعة من أنظمة النماذج. من خلال توفير بروتوكولات مفصلة ، ساعد مؤلفو هذه الأوراق بالفعل في زيادة الاتساق والشفافية لأبحاث عضلات الهيكل العظمي الأساسية والتطبيقية.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
لم يدعم هذا العمل أي تمويل خارجي.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن