Name: الصورة الرمزية ، تجارب حلقة عمل معدلة خارج الجسم الحي باستخدام الإجهاد والتنشيط في الجسم الحي (فيديو) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-18T12:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: اكتشف تقنية حلقة العمل الجيبية لتقييم وظيفة العضلات خارج الجسم الحي باستخدام نماذج القوارض المخبرية. تساعد هذه الطريقة الباحثين على فهم آليات العضلات أثناء الحركة الديناميكية.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

نشكر الدكتور نيكولاي كونو على توفير البيانات المستخدمة في هذه الدراسة. بتمويل من NSF IOS-2016049 و NSF DBI-2021832.

"Avatar"- Optimized Ex Vivo Work Loop Experiment to Emulate In Vivo Muscle Force

<ol><li>Dickinson, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+Animals+move%3A+an+integrative+view%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">How Animals move: an integrative view.</a> Science. 288 (5463), 100-106 (2000).</li>
<li>Sponberg, S., Abbott, E., Sawicki, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perturbing+the+muscle+work+loop+paradigm+to+unravel+the+neuromechanics+of+unsteady+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Perturbing the muscle work loop paradigm to unravel the neuromechanics of unsteady locomotion.</a> Journal of Experimental Biology. 226 (7), 243561(2023).</li>
<li>Daley, M. A., Biewener, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Running+over+rough+terrain+reveals+limb+control+for+intrinsic+stability%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Running over rough terrain reveals limb control for intrinsic stability.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (42), 15681-15686 (2006).</li>
<li>Daley, M. A., Usherwood, J. R., Felix, G., Biewener, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Running+over+rough+terrain%3A+guinea+fowl+maintain+dynamic+stability+despite+a+large+unexpected+change+in+substrate+height%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Running over rough terrain: guinea fowl maintain dynamic stability despite a large unexpected change in substrate height.</a> Journal of Experimental Biology. 209 (1), 171-187 (2006).</li>
<li>Daley, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+agility+of+running+birds%3A+Sensorimotor+and+mechanical+factors+in+avian+bipedal+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Integrative+and+Comparative+Biology%22%5BJournal%5D)">Understanding the agility of running birds: Sensorimotor and mechanical factors in avian bipedal locomotion.</a> Integrative and Comparative Biology. 58 (5), 884-893 (2018).</li>
<li>Biewener, A. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBiewener%2C+AA+%22Animal+locomotion%22">Animal locomotion</a>. , Oxford University Press. Oxford New York. (2003).</li>
<li>Robertson, B. D., Sawicki, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unconstrained+muscle-tendon+workloops+indicate+resonance+tuning+as+a+mechanism+for+elastic+limb+behavior+during+terrestrial+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Unconstrained muscle-tendon workloops indicate resonance tuning as a mechanism for elastic limb behavior during terrestrial locomotion.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (43), E5891-E5898 (2015).</li>
<li>Josephson, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+power+output+from+striated+muscle+during+cyclic+contraction%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Mechanical power output from striated muscle during cyclic contraction.</a> The Journal of Experimental Biology. 114, 493-512 (1985).</li>
<li>Ahn, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+muscles+function+-+the+work+loop+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">How muscles function - the work loop technique.</a> Journal of Experimental Biology. 215 (7), 1051-1052 (2012).</li>
<li>Sawicki, G. S., Robertson, B. D., Azizi, E., Roberts, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Timing+matters%3A+tuning+the+mechanics+of+a+muscle-tendon+unit+by+adjusting+stimulation+phase+during+cyclic+contractions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Timing matters: tuning the mechanics of a muscle-tendon unit by adjusting stimulation phase during cyclic contractions.</a> Journal of Experimental Biology. 218 (19), 3150-3159 (2015).</li>
<li>Libby, T., Chukwueke, C., Sponberg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((History-dependent+perturbation+response+in+limb+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">History-dependent perturbation response in limb muscle.</a> Journal of Experimental Biology. 223 (1), (2020).</li>
<li>Askew, G. N., Marsh, R. L., Ellington, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mechanical+power+output+of+the+flight+muscles+of+blue-breasted+quail+%28+Coturnix+chinensis+%29+during+take-off%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">The mechanical power output of the flight muscles of blue-breasted quail ( Coturnix chinensis ) during take-off.</a> Journal of Experimental Biology. 204 (21), 3601-3619 (2001).</li>
<li>Sponberg, S., Libby, T., Mullens, C. H., Full, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shifts+in+a+single+muscle%27s+control+potential+of+body+dynamics+are+determined+by+mechanical+feedback%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+of+London.+Series+B%2C+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Shifts in a single muscle's control potential of body dynamics are determined by mechanical feedback.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 366 (1570), 1606-1620 (2011).</li>
<li>Loeb, G. E., Brown, I. E., Cheng, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+hierarchical+foundation+for+models+of+sensorimotor+control%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">A hierarchical foundation for models of sensorimotor control.</a> Experimental Brain Research. 126 (1), 1-18 (1999).</li>
<li>Wakeling, J. M., Tijs, C., Konow, N., Biewener, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+muscle+function+using+experimentally+determined+subject-specific+muscle+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Modeling muscle function using experimentally determined subject-specific muscle properties.</a> Journal of Biomechanics. 117, 110242(2021).</li>
<li>The Mathworks. MATLAB:R2021a. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22The+Mathworks%22">The Mathworks</a>. , (2021).</li>
<li>Tenan, M. S., Tweedell, A. J., Haynes, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+statistical+and+standard+algorithms+for+detecting+muscle+onset+with+surface+electromyography%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">Analysis of statistical and standard algorithms for detecting muscle onset with surface electromyography.</a> PLOS ONE. 12 (5), 0177312(2017).</li>
<li>Roberts, T. J., Gabaldón, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interpreting+muscle+function+from+EMG%3A+lessons+learned+from+direct+measurements+of+muscle+force%5BTitle%5D)+AND+%22Integrative+and+Comparative+Biology%22%5BJournal%5D)">Interpreting muscle function from EMG: lessons learned from direct measurements of muscle force.</a> Integrative and Comparative Biology. 48 (2), 312-320 (2008).</li>
<li>Rice, N., Bemis, C. M., Daley, M. A., Nishikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+muscle+function+during+perturbed+in+vivo+locomotion+using+a+muscle+avatar+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Understanding muscle function during perturbed in vivo locomotion using a muscle avatar approach.</a> Journal of Experimental Biology. 226 (13), 244721(2023).</li>
<li>Silva Cornachione, A., CaçãoOliveiraBenedini-Elias, P., Cristina Polizello , P., César Carvalho, L., CláudiaMattiello-Sverzut, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+Fiber+types+in+different+muscles+of+the+hindlimb+in+female+weanling+and+adult+wistar+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Histochemica+Et+Cytochemica%22%5BJournal%5D)">Characterization of Fiber types in different muscles of the hindlimb in female weanling and adult wistar rats.</a> Acta Histochemica Et Cytochemica. 44 (2), 43-50 (2011).</li>
<li>Hämäläinen, N., Pette, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+histochemical+profiles+of+fast+fiber+types+IIB%2C+IID%2C+and+IIA+in+skeletal+muscles+of+mouse%2C+rat%2C+and+rabbit%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Histochemistry+%26+Cytochemistry%22%5BJournal%5D)">The histochemical profiles of fast fiber types IIB, IID, and IIA in skeletal muscles of mouse, rat, and rabbit.</a> Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 41 (5), 733-743 (1993).</li>
<li>Charles, J. P., Cappellari, O., Spence, A. J., Hutchinson, J. R., Wells, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Musculoskeletal+geometry%2C+muscle+architecture+and+functional+specialisations+of+the+mouse+hindlimb%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">Musculoskeletal geometry, muscle architecture and functional specialisations of the mouse hindlimb.</a> PLOS ONE. 11 (4), 0147669(2016).</li>
<li>Nishikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Titin%3A+A+Tunable+spring+in+active+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Physiology+%28Bethesda%2C+Md%29%22%5BJournal%5D)">Titin: A Tunable spring in active muscle.</a> Physiology (Bethesda, Md). 35 (3), 209-217 (2020).</li>
<li>Dick, T. J. M., Biewener, A. A., Wakeling, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+human+gastrocnemius+forces+predicted+by+Hill-type+muscle+models+and+estimated+from+ultrasound+images%29%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Comparison of human gastrocnemius forces predicted by Hill-type muscle models and estimated from ultrasound images).</a> The Journal of Experimental Biology. 220, 1643-1653 (2017).</li>
<li>Daley, M. A., Biewener, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leg+muscles+that+mediate+stability%3A+mechanics+and+control+of+two+distal+extensor+muscles+during+obstacle+negotiation+in+the+guinea+fowl%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+B%3A+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Leg muscles that mediate stability: mechanics and control of two distal extensor muscles during obstacle negotiation in the guinea fowl.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 366 (1570), 1580-1591 (2011).</li>
<li>Seth, A., Sherman, M., Reinbolt, J. A., Delp, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OpenSim%3A+a+musculoskeletal+modeling+and+simulation+framework+for+in+silico+investigations+and+exchange%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+IUTAM%22%5BJournal%5D)">OpenSim: a musculoskeletal modeling and simulation framework for in silico investigations and exchange.</a> Procedia IUTAM. 2, 212-232 (2011).</li>
<li>Sandercock, T. G., Heckman, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doublet+potentiation+during+eccentric+and+concentric+contractions+of+cat+soleus+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Doublet potentiation during eccentric and concentric contractions of cat soleus muscle.</a> Journal of Applied Physiology. 82 (4), Bethesda, Md. 1219-1228 (1997).</li>
<li>Marsh, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+muscles+deal+with+real-world+loads%3A+the+influence+of+length+trajectory+on+muscle+performance%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">How muscles deal with real-world loads: the influence of length trajectory on muscle performance.</a> The Journal of Experimental Biology. 202, 3377-3385 (1999).</li>
<li>Hessel, A. L., Monroy, J. A., Nishikawa, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-cross+bridge+viscoelastic+elements+contribute+to+muscle+force+and+work+during+stretch-shortening+cycles%3A+evidence+from+whole+muscles+and+permeabilized+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Physiology%22%5BJournal%5D)">Non-cross bridge viscoelastic elements contribute to muscle force and work during stretch-shortening cycles: evidence from whole muscles and permeabilized fibers.</a> Frontiers in Physiology. 12, 648019(2021).</li>
<li>Lindstedt, S., Nishikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Huxleys%27+missing+filament%3A+form+and+function+of+titin+in+vertebrate+striated+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Huxleys' missing filament: form and function of titin in vertebrate striated muscle.</a> Annual Review of Physiology. 79, 145-166 (2017).</li>
<li>Abbate, F., De Ruiter, C. J., Offringa, C., Sargeant, A. J., De Haan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+rat+fast+skeletal+muscle+is+more+efficient+at+submaximal+than+at+maximal+activation+levels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">In situ rat fast skeletal muscle is more efficient at submaximal than at maximal activation levels.</a> Journal of Applied Physiology. 92 (5), 2089-2096 (2002).</li>
<li>Eng, C. M., Smallwood, L. H., Rainiero, M. P., Lahey, M., Ward, S. R., Lieber, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+of+muscle+architecture+and+fiber+types+in+the+rat+hindlimb%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Scaling of muscle architecture and fiber types in the rat hindlimb.</a> Journal of Experimental Biology. 211 (14), 2336-2345 (2008).</li>
<li>Manuel, M., Chardon, M., Tysseling, V., Heckman, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+of+motor+output%2C+from+mouse+to+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Physiology+%28Bethesda%2C+Md%29%22%5BJournal%5D)">Scaling of motor output, from mouse to humans.</a> Physiology (Bethesda, Md). 34 (1), 5-13 (2019).</li>
<li>Zajac, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Muscle+and+tendon%3A+properties%2C+models%2C+scaling%2C+and+application+to+biomechanics+and+motor+control%5BTitle%5D)+AND+%22Critical+Reviews+in+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Muscle and tendon: properties, models, scaling, and application to biomechanics and motor control.</a> Critical Reviews in Biomedical Engineering. 17 (4), 359-411 (1989).</li>
<li>Rice, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+muscle+function+during+in+vivo+locomotion+using+a+novel+muscle+avatar+approach%5BTitle%5D)+AND+%22ProQuest+Dissertations+and+Theses%22%5BJournal%5D)">Understanding muscle function during in vivo locomotion using a novel muscle avatar approach.</a> ProQuest Dissertations and Theses. , https://libproxy.nau.edu/login?url=https://www.proquest.com/dissertationstheses/understanding-muscle-function-during-em-vivo/docview/2444890224/se-2?accountid=12706 (2020).</li>
</ol>

يقر جميع المؤلفين بعدم وجود تضارب في المصالح.

بينما تتحرك الكائنات الحية بسلاسة عبر المناظر الطبيعية ، فإن الأحمال والسلالات الأساسية التي تتعرض لها العضلات تختلف بشكل كبير1،6،23. خلال كل من الحركة في الجسم الحي 1،24 وفي تجارب "الصورة الرمزية" ، يتم تحفيز العضلات دون الحد الأقصى في ظل ظروف دورية غير ثابتة. علاقات طول القوة متساوية القياس والقوة والسرعة متساوية التوتر ليست مناسبة تماما للتنبؤ بقوة العضلات في...

تحقق المتحركة مآثر رياضية رائعة من التحمل والسرعة وخفة الحركة في البيئات المعقدة. تعتبر حركة مثيرة للإعجاب بشكل خاص على عكس الآلات التي صممها الإنسان - حيث يظل استقرار وخفة حركة الروبوتات ذات الأرجل الحالية والأطراف الاصطناعية والهياكل الخارجية ضعيفة مقارنة بالحيوانات. تتطلب الحركة ذات الأرجل في التضاريس الطبيعية تحكما دقيقا وتعديلات سريعة لتغيير السرعة والمناورة بالميزات البيئية التي تعمل كاضطرابات غير متوقعة< فئة الدعم = "xref">1,2,3,4. ومع ذلك ، فإن فهم الحركة غير المستقرة يمثل تحديا بطبيعته لأن الديناميكيات تعتمد على التفاعلات المعقدة بين البيئة المادية ، وميكانيكا العضلات والعظام ، والتحكم الحسي الحركي< فئة الدعم = "xref" >1،2. تتطلب الحركة ذات الأرجل الاستجابة للاضطرابات غير المتوقعة من خلال المعالجة السريعة متعددة الوسائط للمعلومات الحسية والتشغيل المنسق للأطراف والمفاصل< فئة الدعم = "xref">1,5. في النهاية ، أصبحت الحركة ممكنة من خلال إنتاج العضلات للقوة عبر الخصائص الميكانيكية الجوهرية للجهاز العضلي الهيكلي وكذلك من التحكم العصبي < فئة الدعم = "xref" >1 ، 5 ، 6 ، 7. السؤال المعلق في ميكانيكا الأعصاب هو كيف تتفاعل هذه العوامل لإنتاج حركة منسقة استجابة للاضطرابات غير المتوقعة. تستخدم التقنية التالية الاستجابة الميكانيكية الجوهرية للعضلات للتشوه باستخدام مسارات إجهاد في الجسم الحي أثناء تجارب خارج الجسم الحي التي يمكن التحكم فيها مع عضلة "الصورة الرمزية".
لقد وفرت تقنية حلقة عمل العضلات إطارا مهما لفهم ميكانيكا العضلات الجوهرية أثناء الحركات الدورية 8,9,10. تقود تقنية حلقة العمل التقليدية العضلات من خلال مسارات إجهاد محددة مسبقا ، وعادة ما تكون جيبية ، باستخدام الترددات وأنماط التنشيط المقاسة أثناء تجارب in vivo 2 ، 8 ، 9 ، 11. يمكن أن يؤدي استخدام مسارات الطول الجيبية إلى تقدير العمل وإنتاج الطاقة بشكل واقعي أثناء الرحلة < فئة الرفع = "xref" >12 و swimming2 في ظل الظروف التي لا تخضع فيها لتغيرات سريعة في مسارات الإجهاد بسبب التفاعل مع البيئة والحركية العضلية الهيكلية. ومع ذلك ، فإن مسارات إجهاد العضلات في الجسم الحي أثناء الحركة ذات الأرجل تنشأ ديناميكيا من التفاعلات بين التنشيط العصبي ، والحركية العضلية الهيكلية ، والأحمال التي تطبقها البيئة< فئة الدعم = "xref" >5،7،13،14. هناك حاجة إلى تقنية حلقة عمل أكثر واقعية لمحاكاة الأحمال ومسارات الإجهاد وإنتاج القوة التي تتوافق مع ديناميكيات الأوتار العضلية في الجسم الحي وتوفر نظرة ثاقبة حول كيفية تفاعل ميكانيكا العضلات الجوهرية والتحكم العصبي لإنتاج حركة منسقة في مواجهة الاضطرابات.
هنا ، نقدم طريقة جديدة لمحاكاة قوى العضلات في الجسم الحي أثناء حركة جهاز المشي باستخدام عضلة" رمزية "من قوارض مختبرية أثناء تجارب خارج الجسم الحي التي يتم التحكم فيها مع مسارات إجهاد في الجسم الحي تمثل أحمال متغيرة بمرور الوقت في الجسم الحي. سيؤدي استخدام مسارات الإجهاد المقاسة في الجسم الحي من عضلة مستهدفة على عضلات مختبر أثناء تجارب خارج الجسم الحي الخاضعة للرقابة إلى محاكاة الأحمال التي يتم تجربتها أثناء الحركة. في التجارب الموضحة هنا ، يتم استخدام عضلة الفأر الباسطة للفأر خارج الجسم الحي (EDL) ك "صورة رمزية" لعضلة المعدة الإنسي للفئران في الجسم الحي (MG) أثناء المشي والهرولة والركض على جهاز المشي < فئة sup = "xref">13. يشبه هذا النهج تقنية حلقة العمل ، باستثناء أنه يتم تحجيم مسارات الإجهاد في الجسم الحي بشكل مناسب وفرضها على عضلات الفأر خارج الجسم الحي المتصلة بمحرك مؤازر. بينما تختلف عضلات الفأر EDL في الحجم ونوع الألياف والهندسة المعمارية مقارنة بالفئران MG ، فمن الممكن التحكم في هذه الاختلافات. تسمح تقنية "الصورة الرمزية" للمرء بما يلي: (1) محاكاة الإجهاد في الجسم الحي ، والتنشيط ، وتردد الخطوات ، وأنماط حلقة العمل ؛ (2) تغيير هذه الأنماط لتتناسب مع استجابات القوة في الجسم الحي بدقة أكبر ؛ و (3) تختلف السمات المحددة للإجهاد و / أو التنشيط في مجموعات خاضعة للرقابة لاختبار الفرضيات الميكانيكية.

<table><tbody><tr><td>خياطة حريرية مضفرة غير قابلة للامتصاص 4-0 & nbsp ؛</td><td>Mersilk&nbsp;</td><td>734H</td><td></td></tr> ثنائي <tr><td>هيدرات كلوريد الكالسيوم (CaCl2)</td> <td>سيجما ألدريتش</td><td>1086436</td><td>كريبس-هينسيليت&nbsp; حل</td></tr><tr><td>سكر العنب&nbsp;</td><td>سيجما ألدريتش</td><td>D9434</td><td>كريبس-هينسيليت&nbsp; الحل</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>PHR1428</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; محلول</td></tr><tr><td>حمض الهيدوركلوريك (HCl) &nbsp ؛</td><td>سيجما ألدريتش</td><td>1.37055</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; حل</td></tr><tr><td>LabView جمع البيانات&nbsp;</td><td>مختبر</td><td></td><td></td></tr><tr><td>عرض كبريتات المغنيسيوم (MgSO4)</td> <td>سيجما ألدريتش</td><td>M7506</td><td>كريبس-هينسيليت &nbsp; محلول</td></tr><tr><td>كلوريد البوتاسيوم (KCl) &nbsp;</td><td>سيجما ألدريتش</td><td>P3911</td><td>كريبس-هينسيليت&nbsp; محلول</td></tr><tr><td>فوسفات البوتاسيوم أحادي القاعدة (KH2PO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>5.43841</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; الحل</td></tr><tr><td>S88 Stimulator</td><td>Grass</td><td>M643H05</td><td>متاح للشراء على نظام الرافعة من سلسلة Ebay</td></tr><tr><td>300B</td><td>يتضمن Aurora</td><td>1200A</td><td>حمام مناديل سترة مائية</td></tr><tr><td>بيكربونات الصوديوم (NaHCO3)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>Krebs-Henseleit &nbsp ؛ محلول</td></tr><tr><td>كلوريد الصوديوم (NaCl) &nbsp ؛</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9888</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; محلول</td></tr><tr><td>هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم)</td> <td>سيجما ألدريتش</td><td>S5881</td><td>كريبس-هينسليت &nbsp ؛ الحل</td></tr><tr><td>الفئران البرية من النوع</td><td>جاكسون مختبر</td><td>B6C3Fe a / a Ttn mdm / J</td><td></td></tr></tbody></table>

"الصورة الرمزية" ، تجارب حلقة عمل معدلة خارج الجسم الحي باستخدام الإجهاد والتنشيط في الجسم الحي

"Avatar", a Modified Ex vivo Work Loop Experiments Using In vivo Strain and Activation

سلوكيات الحركة هي سمات ناشئة للأنظمة الديناميكية التي تنتج عن إنتاج قوة العضلات وإخراج العمل. يحدث التفاعل بين الأنظمة العصبية والميكانيكية على جميع مستويات التنظيم البيولوجي بشكل متزامن ، من ضبط خصائص عضلات الساق أثناء الجري إلى ديناميكيات الأطراف التي تتفاعل مع الأرض. إن فهم الظروف التي تحول فيها استراتيجيات التحكم العصبي نحو ميكانيكا العضلات الجوهرية ("الردود الفعلية") في التسلسل الهرمي للتحكم سيسمح لنماذج العضلات بالتنبؤ بقوة العضلات في الجسم الحي والعمل بشكل أكثر دقة. لفهم ميكانيكا العضلات في الجسم الحي ، يلزم إجراء تحقيق خارج الجسم الحي لقوة العضلات والعمل في ظل ظروف إجهاد وتحميل متغيرة ديناميكيا مشابهة للحركة في الجسم الحي. عادة ما تظهر مسارات الإجهاد في الجسم الحي تغيرات مفاجئة (أي عابرات الإجهاد والسرعة) تنشأ من التفاعلات بين التنشيط العصبي والحركية العضلية الهيكلية والأحمال التي تطبقها البيئة. الهدف الرئيسي من تقنية "الصورة الرمزية" لدينا هو التحقيق في كيفية عمل العضلات أثناء التغيرات المفاجئة في معدل الإجهاد والتحميل عندما تكون مساهمة الخصائص الميكانيكية الجوهرية في إنتاج قوة العضلات أعلى. في تقنية "الصورة الرمزية" ، يتم تعديل نهج حلقة العمل التقليدي باستخدام مسارات الإجهاد المقاسة في الجسم الحي وإشارات تخطيط كهربية العضل (EMG) من أثناء الحركات الديناميكية لدفع عضلات خارج الجسم الحي من خلال دورات تقصير تمدد متعددة. يشبه هذا النهج تقنية حلقة العمل ، باستثناء أنه يتم تحجيم مسارات الإجهاد في الجسم الحي بشكل مناسب وفرضها على عضلات الفأر خارج الجسم الحي المتصلة بمحرك مؤازر. تسمح هذه التقنية للمرء بما يلي: (1) محاكاة الإجهاد في الجسم الحي ، والتنشيط ، وتردد الخطوات ، وأنماط حلقة العمل ؛ (2) تغيير هذه الأنماط لتتناسب مع استجابات القوة في الجسم الحي بدقة أكبر ؛ و (3) تختلف السمات المحددة للإجهاد و / أو التنشيط في مجموعات خاضعة للرقابة لاختبار الفرضيات الميكانيكية.

يتمثل الهدف من تجارب "الأفاتار" (avatar) في محاكاة إنتاج القوة ومخرجات الشغل in vivo بأقرب صورة ممكنة خلال تجارب حلقة الشغل ex vivo. اختارت هذه الدراسة استخدام عضلة EDL في الفأر كـ "أفاتار" لعضلة MG في الجرذ لأن كلاً من عضلة EDL في الفأر وعضلة MG في الجرذ تتكونان في الغالب من عضلات سريعة الانقباض20,21. وتعتبر كلتا العضلتين من المحركات الأساسية لمفصل الكاحل (عضلة EDL هي عضلات ثني الكاحل ظهرياً، وعضلة MG هي عضلات ثني الكاحل أخمصياً) مع زوايا ريشية...

توضح هذه المقالة بالتفصيل منهجية محاكاة إنتاج قوة العضلات في الجسم الحي أثناء تجارب حلقة العمل خارج الجسم الحي باستخدام عضلة" رمزية "من قوارض مختبرية لتقييم مساهمات عابرات الإجهاد والتنشيط في استجابة قوة العضلات.

Movement behaviors are emergent features of dynamic systems that result from muscle force production and work output. The interplay between neural and ...

الهدف من مختبري هو فهم وظيفة العضلات في الجسم الحي من خلال تطوير نماذج تجريبية جديدة لتجارب ونماذج ex vivo التي تتعلق حقا بوظيفة العضلات في الجسم الحي. نوع التجارب والنماذج التي استخدمناها على مدار العشرين عاما الماضية ، أصبح من الواضح أكثر فأكثر أنها لا تتعلق حقا بوظيفة العضلات في الجسم الحي. حاليا ، هناك فجوة معرفية بين الأساليب من أعلى إلى أسفل التي تقيس وظيفة العضلات في الجسم الحي أثناء الحركات الديناميكية للإنسان ، والأساليب التصاعدية التي تستخدم تجارب خارج الجسم الحي و / أو في الموقع الخاضعة للرقابة والتي تقيس ميكانيكا العضلات في ظل ظروف متساوية القياس و / أو متساوية التوتر.نحن نحاول تصميم تجارب ذات صلة من الناحية الفسيولوجية خارج الجسم الحي وفي الموقع التي تعلم ميكانيكا العضلات في الجسم الحي. التقنية الأكثر استخداما في مجالنا هي تقنية حلقة العمل الجيبية التي طورها بوب جوزيفسون في منتصف الثمانينيات. تستخدم هذه التقنية مسارات إجهاد الجيوب الأنفية أو أحيانا ساتو بترددات في الجسم الحي مع أنماط تحفيز في الجسم الحي لمحاكاة وظيفة العضلات في الجسم الحي.ومع ذلك ، توضح تقنية الصورة الرمزية الخاصة بنا أن الانحرافات عن مسارات الإجهاد الجيبية البحتة الناتجة عن ملامسة القدم أثناء الحركة الأرضية هي محددات مهمة لقوة العضلات وعملها.

avatar-modified-ex-vivo-work-loop-experiments-using-vivo-strain

Research

JoVE Journal

Bioengineering

الهندسة الحيوية

نحن هنا تطوير الأدوات اللازمة...

فيفو السابقين التصوير لايف من الانقسامات الخلوية واحدة في الظهارة العصبية ماوس

تجربة تعتمد على التغيرات الجزيئية في الخلايا العصبية ضرورية لقدرة الدماغ على التكيف استجابة للتحديات السلوكية.

في الجسم الحي ثنائي الفوتون التصوير من الخبرة التي تعتمد على التغيرات الجزيئية في الخلايا العصبية القشرية

وصفنا تشريح الجسم الحي وخارج ثقافة الماوس الجلد الجنينية. يحافظ على نظام الثقافة واجهة الهواء السائل عبر سطح الأنسجة ويسمح التصوير على مجهر مقلوب. Melanoblasts، وهو مكون من الجلد النامية، fluorescently المسمى السماح سلوكهم الواجب مراعاتها باستخدام متحد البؤر المجهري.

فيفو السابقين الثقافة من الفأر الجنينية بالبشرة والتصوير لايف للهجرة أرومة ميلانينية

Ex vivo ERG يمكن استخدامها لتسجيل النشاط الكهربائي لخلايا الشبكية مباشرة من شبكية العين المعزولة السليمة للحيوانات أو البشر. نوضح هنا مدى شيوع أنظمة ERG في الجسم الحي التي يمكن تكييفها مع تسجيلات ERG خارج الجسم الحي من أجل تشريح النشاط الكهربائي لخلايا الشبكية.

متزامنة<em&gt; فيفو السابقين</em&gt; اختبار وظيفي اثنين من شبكية العين من قبل<em&gt; في الجسم الحي</em&gt; نظام مخطط كهربية

المجهر الإلكتروني ثنائي الأبعاد واسع النطاق (EM) ، أو الفحص النانوي ، هو التطبيق على مستوى الأنسجة للدقة النانوية EM. نصف هنا طريقة عالمية لبضع النانو مطبقة للتحقيق في دماغ يرقات سمك الزرد في الصحة وعلى إصابة الدماغ غير الغازية.

على نطاق واسع الضوئي نقل المجهر (Nanotomy) من صحي والمصاب الزرد الدماغ

نقدم بروتوكول لدراسة توزيع الميتوكوندريا والشبكية endoplasmic في الخلايا الكاملة بعد التعديل الجيني باستخدام الضوء المترابطة وحجم المجهر الإلكتروني بما في ذلك أسكوربات بيروكسيداز 2 وتلطيخ البيروكسيداز الفجل، الاستئصال التسلسلي للخلايا مع وبدون الجين المستهدف في نفس القسم، والتصوير التسلسلي عن طريق المجهر الإلكتروني.

تصوير الميتوكوندريا والشبكية الإندوبلازمية بواسطة الضوء المترابطة والفحص المجهري للإلكترون الحجم

يصف هذا البروتوكول مقايسة مراسل محسن عابر جديد قائم على rAAV. يمكن استخدام هذا الفحص للحث على التعبير المدفوع بالمحسن في الجسم الحي في دماغ الفأر.

نشر AAV لبنيات التعبير القائمة على المحسن في الجسم الحي في دماغ الفأر

إن تعديل مجموعة الأقطاب المتعددة أو معدات مشبك التصحيح الحالية يجعل مخطط كهربية الشبكية خارج الجسم الحي متاحا على نطاق أوسع. تسهل الطرق المحسنة لتسجيل استجابات الضوء خارج الجسم الحي والحفاظ عليها دراسة وظيفة مستقبلات الضوء والخلايا ثنائية القطب في شبكية العين السليمة ، والنماذج الحيوانية لأمراض العيون ، وشبكية العين من متبرع بشري.

تحسين الإعداد والظروف لمخطط كهربية الشبكية خارج الجسم الحي لدراسة وظيفة شبكية العين في العيون الصغيرة والكبيرة

نقدم بروتوكولا مفصلا لفحص Epon بعد التضمين للضوء المترابط والمجهر الإلكتروني باستخدام بروتين فلوري يسمى mScarlet. يمكن لهذه الطريقة الحفاظ على التألق والبنية التحتية في وقت واحد. هذه التقنية قابلة لمجموعة واسعة من التطبيقات البيولوجية.

Epon Post تضمين الضوء المترابط والمجهر الإلكتروني

توضح هذه الورقة طريقة لتصوير وقياس حركة الخلايا الدبقية الصغيرة وتلامسها مع النقاط بعد المشبكية في الشبكية باستخدام المجهر الكونفوكالي الدوار للقرص الدواري.

التصوير الحي وتوصيف ديناميكيات الخلايا الدبقية الصغيرة والتفاعلات مع المشابك في شبكية الفأر المريضة

اكتشف تقنية حلقة العمل الجيبية لتقييم وظيفة العضلات خارج الجسم الحي باستخدام نماذج القوارض المخبرية. تساعد هذه الطريقة الباحثين على فهم آليات العضلات أثناء الحركة الديناميكية.

"الصورة الرمزية" ، تجارب حلقة عمل معدلة خارج الجسم الحي باستخدام الإجهاد والتنشيط في الجسم الحي

استكشف المزيد من الفيديوهات