伸趾长肌的肌肉功能评价体外
2013年2月9日
四肢肌肉收缩和被动的机械性能的变化是重要的肌肉疾病的生物标志物。这手稿描述生理检测，以测量这些特性在小鼠趾长伸肌和胫骨前的肌肉。
该程序的总体目标是准确测定小鼠肢体肌肉的机械性能。这是通过测量趾长伸肌的收缩和被动特性来实现的，或者通过原位测量胫骨前肌的收缩特性，您最终可以获得结果，从而更好地了解各种肌肉疾病的生理变化以及实验干预是否增强肌肉功能。该方法提供了对骨骼肌的收缩和被动特性的完整评估，这是骨骼肌运动所必需的机械功能的两个不可分割的方面。
因此，肌肉解剖程序的视觉演示至关重要，因为它需要大量的技能和作。此外，与体外 SA 等现有方法相比，NC 对大肌肉收缩特性的 NC 2 评估的主要优点是研究所方法不会干扰正常的血流和氧合。肌肉生理学研究的一个主要问题是目标肌肉的氧合。
在体外 SA 对于大肌肉，例如 TA 肌肉氧扩散可能无法到达肌肉中心。该技术的意义延伸到肌肉疾病的治疗，因为骨骼肌机械功能的准确测量也可用于评估肌肉疾病的进展并确定新基因细胞和药物干预的治疗效果。此处介绍的所有动物程序均已获得机构动物护理诱导委员会的批准。
这是一项非存活手术，用于为离体实验建立肌肉测试系统。首先将氧气管固定到水套组织浴上，组装组织浴。将组装好的浴槽连接到肌肉安装装置上，并将针阀放入浴槽引流管中。
将燃气管线和水循环管线连接到浴缸。让 30 摄氏度的水在夹套室中循环，并让 5 PSI 的气体流过氧气管。用林格缓冲液填充浴液，并用稳定的气流平衡它。
打开仪器并加载 DMC 软件以解剖 EDL 肌肉动脉，麻醉并将鼠标放在加热垫上。剃掉后肢，并通过捏住脚趾来检查镇静作用。将鼠标放在解剖板上，剥去腿部皮肤。
使用两个裁缝别针固定足部和股薄肌中的后肢。在鼠标上方放置加热灯，将核心体温维持在 37 摄氏度，并在体视显微镜下不断将所有暴露的肌肉与温暖的林格缓冲液超级融合，解剖皮肤以暴露远端 TA 肌腱和伸肌韧带，并轻轻去除覆盖 TA 肌肉的筋膜。切断伸肌韧带以释放远端 TA 肌腱。
切开远端 TA 肌腱，用一块薄薄的林格缓冲浸泡棉去除 TA 肌肉。阻止由 TA 肌肉脉管系统破裂引起的出血。接下来，使用面包丝缝合线在 EDL 肌肉的远端肌肉肌腱交界处打一个双方结，然后打一个环结。
然后在二头肌女性肌肉上做一个切口，露出近端肌腱，并在近端肌肉肌腱交界处打上同一组结。使用相同的缝合线打一个双方结。要将杠杆臂钩固定到近端或远端结
。从后肢轻轻解剖 EDL 肌肉。首先，切开缝合结上方的近端肌腱，并切开肌肉下方的脉管系统。然后剪断缝合结下方的远端肌腱。
用一块浸过 Ringers 的棉花覆盖裸露的后肢。最后，将钩子连接到杠杆臂上，并在电极之间垂直对齐肌肉。将远端缝合线固定到固定柱上。
将肌肉浸入林格缓冲液中，并将静息张力调整至 1.0 克。让肌肉平衡至少 10 分钟。要测量 EDL 肌肉的收缩特性，请在 DMC 软件中为以下每个协议设置参数，如下所示。
对于第一个方案，通过在 150 赫兹下刺激 EDL 肌肉 3 次来稳定 EDL 肌肉，并在刺激之间休息 62 次。对于第二个方案，让肌肉放松两分钟，然后通过刺激不同静息张力的 EDL 肌肉来确定最佳长度或 LN。使用数字卡尺测量远端和近端结之间的肌肉最佳长度。
让肌肉放松两分钟。对于方案 3，将静息张力调整为 L naught 并测量单次抽搐刺激时的肌肉力量。确定 Twitch 张力或 pt、达到峰值张力或 TPT 的时间以及 pt 的半弛豫时间。
让肌肉放松两分钟。要执行第四个方案，请将静息张力调整为 LN 并测量在不同刺激频率下产生的睾丸肌肉力。测量肌肉力量达到最大泰坦尼克力的 P NAUGH。
测量 p naugh 达到峰值张力的时间和半弛豫时间。开始方案 5，让肌肉放松 5 分钟，将静息张力调整到 L Naugh 并应用 10 个离心收缩周期，周期之间休息 2 分钟。计算每个偏心收缩周期后 PN 的相对力损失。
最后，将 EDL 肌肉从装置上分离，并在缝合部位切断肌腱。确定肌肉湿重并计算肌肉横截面积。要测量 EDL 肌肉的被动特性，解剖对侧 EDL 肌肉并将其连接到装置上，如前所述。
在本视频中，对肌肉进行六步拉伸方案，其中肌肉以 10% 的增量拉紧至 160%L naugh。分析应力应变曲线以评估 EDL 肌肉拉伸的粘性，并将肌肉保持在 10%L 零，并测量以下时间范围内的应力松弛率。首先用循环水将温控动物阶段加热至 37 摄氏度。
打开并加载 DMC 软件。在麻醉小鼠后肢暴露 TA 肌肉后，使用面包丝缝合线在髌韧带周围打一个双方结。然后打一个双方结，然后在肌肉肌腱交界处或远端 ta 肌腱的 MTJ 打一个环结。
使用相同的缝合线制作大约 10 毫米的环。将动物俯卧放置并露出二头肌 fems 肌肉。露出坐骨神经，并在其近端打一个双方结。
切开结上方的神经，并仔细解剖其向膝盖方向的长度约 5 毫米。不要拉伸或损伤神经。如本视频前面所示，准备对侧 ta 肌，并用一块浸过林格缓冲的棉花覆盖其中一个后肢。
接下来，将动物俯卧在动物平台上，并使用膝针周围的髌骨韧带缝合线打一个双方结以固定膝盖。然后将脚固定在 SIL 防护块上后，将动物平台固定在温控载物台上，并放置加热灯以将动物核心体温保持在 37 摄氏度。将电极连接到平台上后，将坐骨神经连接到电极上，然后在远端结的远端切断未覆盖的后肢的 TA 肌腱，并将缝合环连接到杠杆臂钩上。
用温暖的振铃缓冲浸泡棉覆盖暴露的后肢肌肉，以记录 TA 肌肉的收缩测量值。使用本视频前面演示的 DMC 软件中的 EDL 肌肉参数和协议，并使用该软件分析数据。测量 TA 肌肉后，将远端 TA 肌腱缝合环从杠杆臂钩上分离，并测量对侧 TA 肌肉的收缩特性，如图所示 安乐死动物后，去除 TA 肌肉并确定其湿重。
为了计算横截面积，该表显示了正常黑色 10 和抗肌萎缩蛋白缺陷或 MDX 小鼠在 4 至 6 个月大时 EDL 肌肉的形态测量特性。这里显示了黑色 10 和 MDX 小鼠的 EDL 肌肉的代表性收缩和被动特性，包括 Twitch 力特定的最大泰坦尼克力达到峰值张力的时间和绝对最大泰坦尼克力的一半弛豫时间。达到峰值张力的时间和半弛豫时间也可以根据绝对抽搐力计算。
应力应变曲线和应力松弛率用于描述 EDL 肌肉的被动特性。缺乏抗肌萎缩蛋白对 EDL 肌肉的收缩和被动特性有重大影响。M-D-X-E-D-L 肌肉中的特定抽搐力和泰坦尼克力显着降低。
例如，在 M-D-X-E-D-L 肌肉中，达到峰值张力的时间明显更快，而半放松时间明显更慢。此外，应力应变曲线表明 M-D-X-E-D-L 肌肉的刚度显着增加。在达到峰值应力之前，M-D-X-E-D-L 肌肉也产生了明显更高的阻力，而峰后应力下降得更快。
此外，与黑色 10 EDL 肌肉相比，M-D-X-E-D-L 肌肉的压力松弛率显着更高。一旦掌握了解剖程序，就可以在 40 分钟内完成收缩和 EDL 肌肉被动特性的离体分析。并且两种 TA 肌肉的收缩特性的原位评估可以在其发育后 60 分钟内完成。
这项技术为研究人员在肌肉疾病领域评估骨骼肌的收缩和被动特性铺平了道路，以帮助确定治疗效率遵循此程序。可以进行其他方法，例如骨骼肌的组织病理学分析，以回答其他问题。例如，实验性治疗对骨骼肌组织病理学的影响。
概述
本研究概述了一种评估小鼠肢体肌肉机械性质的方法，特别是长趾伸肌和胫前肌。通过测量收缩和被动性质，研究人员可以深入了解肌肉疾病和实验干预的影响。
研究的关键组成部分
科学领域
- 肌肉生理学
- 生物力学
- 实验干预
背景
- 肌肉性质的变化是肌肉疾病的生物标志物。
- 理解这些性质对于评估肌肉功能至关重要。
- 现有的方法可能会破坏正常的血流和氧合作用。
- 准确的测量可以提供干预疗效的信息。
研究目的
- 准确确定小鼠肢体肌肉的机械性质。
- 评估肌肉疾病的生理变化。
- 评估实验干预对肌肉功能的影响。
使用的方法
- 解剖长趾伸肌和胫前肌。
- 使用原位和离体技术测量收缩性质。
- 通过受控拉伸协议评估被动性质。
- 使用专门的软件进行数据收集和分析。
主要结果
- 成功测量了收缩和被动性质。
- 建立了评估肌肉功能的协议。
- 对氧合作用对肌肉生理学的影响有了洞察。
- 在评估肌肉疾病治疗方面有潜在应用。
结论
- 该方法提供了对肌肉性质的全面评估。
- 它增强了对肌肉疾病和干预的理解。
- 未来的研究可以在这些发现的基础上改进治疗策略。
常见问题
Executive Industry Relevance
Accurate assessment of skeletal muscle contractile and passive properties is critical for evaluating disease mechanisms and therapeutic efficacy in preclinical muscle disease models. This method enables direct measurement of force generation, twitch kinetics, and passive stiffness in mouse limb muscles, providing quantitative endpoints for target validation and mechanistic de-risking. By preserving physiological conditions such as oxygenation and blood flow, the approach supports reliable preclinical data generation for go/no-go decisions in neuromuscular and dystrophy-focused discovery programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying changes in twitch force, titanic force, and time-to-peak tension in disease models.
- Operational Value: Provides functional readouts that clarify pathway involvement and support biological de-risking of targets affecting calcium handling, ATP turnover, or sarcolemma integrity.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by linking molecular interventions to measurable improvements in contractile and passive muscle properties.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates standardized, reproducible measurements of muscle force and relaxation kinetics suitable for compound screening campaigns.
- Quantitative Output: Delivers normalized force values (e.g., specific twitch and titanic force) and kinetic parameters (TPT, 1/2RT) for cross-study comparison.
- Scalability: Supports evaluation of contralateral muscles and repeated testing cycles to assess fatigue resistance and recovery profiles.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Directly models pathophysiological changes seen in Duchenne muscular dystrophy, including reduced force output and increased passive stiffness.
- Translational Continuity: Enables longitudinal assessment from discovery through preclinical validation by tracking functional decline and rescue.
- Mechanistic De-risking: Distinguishes between contractile deficits and fibrosis-driven stiffness, informing mechanism-based therapeutic strategies.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from early target validation to preclinical efficacy testing, offering a functional bridge between molecular phenotypes and whole-muscle physiology.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by measuring how genetic or pharmacological manipulations affect force generation and relaxation dynamics in intact muscle preparations.
- Screening: Enables assay standardization through controlled stimulation protocols and equilibration periods, ensuring reliable compound evaluation.
- Analytics: Generates key performance indicators including peak force, time-to-peak tension, half-relaxation time, and stress-strain profiles for comparative analysis.
- Translational Research: Connects in vitro findings to tissue-level function by assessing both active and passive properties in disease-relevant systems.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating multiple muscle groups (EDL, TA) and disease models, reducing redundant method development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in muscle function assessment.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized dissection, mounting, and stimulation protocols.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early detection of ineffective candidates, reducing late-stage failure risk.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted advancement decisions based on functional rescue in validated preclinical models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in mouse muscle dissection, suture techniques, and physiological monitoring under sterile conditions.
- Dependent on specialized hardware including tissue baths, lever arm systems, stimulators, and DMC-compatible data acquisition software.
- Necessitates cross-team standardization of protocols for stimulation frequency, tension adjustment, and data analysis to ensure reproducibility.
- Involves adaptation considerations when applying the method to different muscle types or disease models with altered morphology or contractility.
- Limited by tissue viability duration, necessitating timely execution of protocols post-dissection to maintain physiological fidelity.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:57
Equipment Preparation and Extensor Digitorum Longus Muscle Dissection
5:50
Measuring the Contractile and Passive Properties of the EDL Muscle
8:44
Evaluation of the Contractile Properties of the TA Muscle In situ
13:40
Conclusion
11:52
Representative Contractile and Passive Muscle Measurements
