Funktionelle Isolierung von einzelnen Motoreinheiten von Ratte Medial Gastrocnemius Muskel
26. Dezember 2020
Diese Methode ermöglicht die Aufzeichnung der Kraft von zuckenden und tetanischen Kontraktionen und Aktionspotentialen in drei Arten von Motoreinheiten im ratmedialen Gastrocnemius-Muskel. Die funktionelle Isolierung einer einzelnen Motoreinheit wird durch elektrische Stimulation des Axons induziert.
Diese Methode ermöglicht die funktionelle Isolierung einzelner Motoreinheiten bei der Handhabung von Massen von Versuchstieren. Der Hauptvorteil dieser Technik ist die Erfassung von Kraft- und Aktionspotentialen einzelner Motoreinheiten identifizierter physiologischer Art. Mithelfend ist Professor Jan Celichowski, Leiter der Abteilung für Neurobiologie.
Beginnen Sie mit dem Schneiden der Haut entlang der Wirbelsäule, vom Kreuzbein bis zum Brustwirbel, mit einer scharf-stumpfen Schere. Identifizieren Sie den S1-Wirbel als das unterste Segment. Dann schneiden und entfernen Sie die Longissimus-Muskeln, und die spinösen Prozesse von L6 bis L2 Wirbel.
Verwenden Sie feine Rongeur, um die Querprozesse von L6 bis L2 zu entfernen, und führen Sie eine Laminektomie über L6- bis L2-Segmente durch, um die Lendensegmente des Rückenmarks freizulegen, die von der Dura mater abgedeckt werden. Schneiden Sie mit einer scharfen Schere das Rückenmark und die dorsalen und ventralen Wurzeln am L2-Wirbelsegment, ebenerweise an der oberen Grenze der Laminektomie. Legen Sie kleine Stücke von trockenem Gelschaum, um die Blutung zu stoppen.
Als nächstes verwenden Sie eine scharfstumpfe Schere, um ein Längskuscheln auf der hinteren Seite der linken Hintergliedmaße, von der Achillessehne bis zur Hüfte, zu machen. Suchen Sie die popliteale Fossa an der Rückseite des Kniegelenks, die von den Bizeps femoris Muskel bedeckt ist, und machen Sie eine Tasse zwischen dem vorderen und hinteren Teil dieses Muskels. Bewegen sie sich nach oben, schneiden Sie die beiden Köpfe des Bizeps femoris bis zur Hüfte, um den Ischiasnerv zu belichten.
Mit stumpfer Zange und Schere, trennen Sie die Seite vom medialen Kopf des Magen-Darm-Muskels, und schneiden Sie die distale Insertion des medialen Magen-Darm-Muskels. Identifizieren Sie den medialen Magen-Darm- oder MG-Nerv, dann verwenden Sie Zangen und Schere, um alle verbleibenden Kollateralen des Ischiasnervs einschließlich Kollateralen zu hinteren Bizeps und Semitendinosus zu schneiden. Eine nicht elastische Ligatur durch die Achillessehne züchten und drei Knoten machen.
Dann machen Sie einen zwei Zentimeter großen Schnitt in der Haut und das darunter liegende Bindegewebe entlang der vorderen Seite der linken Hinterseite für eine Mobilisierung mit einem mittleren Clan. Befestigen Sie die linke Hintergliedmaße, indem Sie eine Stahlklemme auf die Tibia legen. Legen Sie die Ratte in einen maßgeschneiderten verstellbaren Rahmen.
Ziehen Sie die Hautklappen um die Laminektomie mit vier Ligaturen. Und besonieren Sie sie an den Rahmen, um einen Pool für Paraffinöl über dem freiliegenden Rückenmark zu bilden. Verwenden Sie eine Dumont 55 Zange, um die Dura mater an der Kreuzung des Rückenmarks zu heben.
Dann schneiden Sie es kauenal bis zum Sakralknochen und ziehen Sie es zurück. Trennen Sie die linken und rechten rückenden und ventralen Wurzeln auf aufeinanderfolgenden Ebenen mit einer stumpfen Glasstange. Füllen Sie den Pool über dem Rückenmark mit warmem Paraffinöl und decken Sie die freiliegenden ventralen und dorsalen Wurzeln ab.
Legen Sie die Ratte auf eine maßgeschneiderte Aluminiumplatte mit einem Pool für ihre Hinterbeine, verbunden mit dem geschlossenen Schlaufen Heizsystem. Befestigen Sie die Klemme am linken Hinterteil mit der Metallstange, um sie zu immobilisieren. Befestigen Sie die Wirbelsäule, indem Sie Stahlklemmen am Sakralknochen und am L1-Wirbel anbringen.
Dann verbinden Sie den linken medialen Gastrocnemiusmuskel mit der nicht elastischen Ligatur über die Achillessehne mit dem Kraftwandler. Legen Sie einen bipolaren Silberdraht oder eine Elektrode durch den mittleren Teil des Muskels, senkrecht zu seiner langen Achse, und füllen Sie die Kammer für Hinterbeine mit warmem Paraffinöl, um den medialen Magen-Darm-Muskel zu bedecken. Dehnen Sie den operierten Muskel auf eine passive Spannung von 100 Millinewton, die vom Kraftaufnehmer gesteuert wird.
Verwenden Sie dann eine scharfstumpfe Schere, um einen zwei Zentimeter großen Schnitt in der Haut der rechten Hintergliedzung zu machen, und legen Sie eine Silberdrahtelektrode als Referenzelektrode ein. Platzieren und fixieren Sie eine maßgeschneiderte isolierte Metallplatte über den freiliegenden Wirbelsäulenwurzeln. Setzen Sie linke Paare von ventralen und dorsalen Wurzeln auf die Platte.
Und fügen Sie dem Pool, der von der Haut um die Laminektomie gebildet wird, Eine Saline hinzu. Legen Sie eine silberne Draht stimulierende Elektrode über die exponierten Wirbelsäulenwurzeln, dann legen Sie einen positiven Pol drei Millimeter über der Platte in Öl, und den negativen Pol in der Kochlinie. Stimulieren Sie die ventralen Wurzeln mit elektrischen rechteckigen Impulsen, die Kontraktion der Muskeln hervorrufen.
Verwenden Sie ein Paar Dumont 55 Zangen und Lupen, um L5 oder L4 ventrale Wurzeln in sehr feine Bündel von Axonen zu teilen. Legen Sie eines dieser Bündel auf eine Silberdrahtelektrode und stimulieren Sie sie, die Aktivität einer einzelnen Motoreinheit zu beobachten. Durch die schrittweise Erhöhung der Intensität des Stimulus, identifizieren Sie eine einzelne Motoreinheit auf der Grundlage des evozierten All-or-none-Charakters der Zuckkontraktion und des Wirkungspotentials.
Parameter von Motoreinheitenkontraktionen und Aktionspotentialen können anhand von Aufzeichnungen berechnet werden, wenn stabile Bedingungen der Aufzeichnungen versichert sind. Hier wird eine repräsentative Aufzeichnung des einzelnen Zuckens einer schnellen Motoreinheit gezeigt. Die oberen Schalen zeigen das Wirkungspotenzial der Motoreinheit.
Die Verzögerung zwischen der Reizabgabe und dem Beginn des Einwirkungspotenzials der Motoreinheit ist auf die Leitungszeit von der ventralen Wurzel zum Muskel zurückzuführen. Eine repräsentative Aufzeichnung der unverfeinigen Tenanuskraft einer schnellen Motoreinheit und eines Zuges von Motoreinheiten-Aktionspotentialen werden hier zusammen mit den Zeitpositionen der angewendeten Reize gezeigt. Bevor Sie dieses Verfahren versuchen, denken Sie daran, dass die Spaltung der ventralen Wurzel in dünne Filamente etwas Training und Erfahrung erfordert.
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Übersicht
Diese Studie stellt eine Methode zur Aufzeichnung der Kontraktionskraft und Aktionspotentiale einzelner motorischer Einheiten im medialen Gastrocnemius-Muskel der Ratte vor. Die funktionelle Isolierung motorischer Einheiten erfolgt durch elektrische Stimulation und ermöglicht Einblicke in ihre physiologischen Eigenschaften.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Elektrophysiologie
- Muskelphysiologie
Hintergrund
- Der mediale Gastrocnemius-Muskel der Ratte dient als Modell zur Untersuchung von motorischen Einheiten.
- Das Verständnis des Verhaltens motorischer Einheiten trägt zum Verständnis der neuromuskulären Funktion bei.
- Bisherige Methoden wiesen keine effiziente Isolation für präzise Ableitungen auf.
- Die Notwendigkeit verbesserter Techniken in elektromyographischen Studien wird hervorgehoben.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer Methode zur Isolierung und Ableitung der Aktivität einzelner motorischer Einheiten.
- Beurteilung der physiologischen Eigenschaften und Reaktionen motorischer Einheiten während der Kontraktion.
- Schaffung einer reproduzierbaren Plattform für neurophysiologische Forschung.
Verwendete Methoden
- Die primäre Plattform umfasst die chirurgische Exposition des Rückenmarks und die Benennung spezifischer Muskeln.
- Das biologische Modell ist die Ratte, wobei der Fokus auf dem Musculus gastrocnemius medialis liegt.
- Es wurde kein Multiomik-Ansatz in dieser Studie verwendet.
- Kritische Schritte beinhalten die Isolierung von Rückenmarksegmenten und eine präzise Muskelpräparation.
- Die Anwendung elektrischer Stimulation zur Hervorrufung von Kontraktionen ist ein zentraler methodischer Aspekt.
Hauptergebnisse
- Die Technik zeichnet erfolgreich Kraft und Aktionspotenziale einzelner motorischer Einheiten auf.
- Identifizierte motorische Einheiten zeigten Alles-oder-Nichts-Zuckungskontraktionen, was die Wirksamkeit der Isolierung bestätigt.
- Elektrophysiologische Eigenschaften wie Kontraktionslatenz und Kraftentwicklung wurden dokumentiert.
- Die Methode ermöglicht es Forschenden, basierend auf der Aktivität zwischen verschiedenen Typen motorischer Einheiten zu unterscheiden.
Schlussfolgerungen
- Diese Studie demonstriert eine zuverlässige Methode zur Erfassung der Eigenschaften motorischer Einheiten.
- Die gewonnenen Erkenntnisse können das Verständnis muskulärer und neuronaler Mechanismen vertiefen.
- Die Bedeutung des Verfahrens reicht bis zu experimentellen Anwendungen in der neuromuskulären Forschung.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die funktionelle Isolierung einzelner motorischer Einheiten im Musculus gastrocnemius medialis der Ratte ermöglicht eine präzise Charakterisierung der neuromuskulären Funktion und unterstützt die Validierung von Zielstrukturen in einem frühen Stadium sowie die Reduzierung mechanistischer Risiken in der neuromuskulären Forschung. Quantitative Kraft- und Aktionspotentialaufnahmen einzelner motorischer Einheiten liefern verlässliche Daten zur Beurteilung von Interventionseffekten und biologischer Variabilität. Diese Fähigkeit erhöht die Vorhersagesicherheit an entscheidenden Wendepunkten präklinischer Entdeckungsprozesse.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die direkte Untersuchung der Funktion neuromuskulärer Bahnen auf Ebene der einzelnen motorischen Einheit.
- Unterstützt die biologische Risikominimierung durch Isolierung und Quantifizierung physiologischer Reaktionen auf Interventionen.
- Erleichtert die funktionelle Zielstruktur-Validierung anhand reproduzierbarer, quantitativer elektrophysiologischer Ausgangssignale.
- Verbessert die Vorhersagesicherheit bei der anschließenden Selektion von Projekten in neuromuskulären Programmen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Liefert validierte elektrophysiologische Messgrößen zur Standardisierung und Reproduzierbarkeit von Assays.
- Erzeugt quantitative Daten zu Kraft und Aktionspotential, die für Screening-Workflows von Wirkstoffen geeignet sind.
- Ermöglicht die Herstellung stabiler, reproduzierbarer biologischer Systeme für nachgeschaltete Analysen.
- Ermöglicht eine zuverlässige Beurteilung der Wirkung von Interventionen auf die Funktion motorischer Einheiten.
Translationale und präklinische Forschung
- Ermöglicht die Anpassung an translationsrelevante neuromuskuläre Modelle zur Entwicklung von Biomarkern.
- Stellt eine kontinuierliche Übertragung von der frühen Entdeckung bis zur präklinischen Validierung sicher, indem mechanistische Untersuchungen zur Plastizität und Variabilität von motorischen Einheiten ermöglicht werden.
- Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung auf der Grundlage robuster physiologischer Daten.
- Bietet einen mechanistischen Mehrwert zur Risikominimierung in neuromuskulären Therapieprogrammen.
Pipeline- und Workflow-Integration
Diese Methode integriert sich in den Übergang von der Entdeckung zur präklinischen Phase, indem sie die Überprüfung von Hypothesen, die quantitative Messung und die funktionelle Validierung von neuromuskulären Zielstrukturen ermöglicht.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die hypothesengeleitete Untersuchung der motorischen Einheitenfunktion und die Aufklärung von Signalwegen.
- Screening: Liefert reproduzierbare, quantitative elektrophysiologische Ergebnisse für die Bereitschaft von Assays.
- Analytik: Bietet Kraft- und Aktionspotenzialmessungen für den Vergleich zwischen experimentellen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Verbindet Daten einzelner motorischer Einheiten mit krankheitsrelevanten Modellen und Biomarker-Strategien.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Plattform für neuromuskuläre Funktionsstudien über mehrere Interventionen und Altersgruppen hinweg.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Mehrdeutigkeiten bei der Validierung neuromuskulärer Zielstrukturen.
- Operationaler Wert: Verbessert die Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit elektrophysiologischer Assays.
- Strategischer Wert: Ermöglicht fundierte Go/No-Go-Entscheidungen und kapitaleffizientes Portfolio-Management.
- Portfolio-Implikation: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung neuromuskulärer Programme.
Durchführungsaspekte
- Benötigt spezialisiertes Fachwissen in elektrophysiologischen Dissektions- und Stimulationsverfahren.
- Erfordert präzise Instrumentierung zur Aufzeichnung von Kraft und Aktionspotentialen.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise über mehrere Arbeitsgruppen hinweg, um Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Daten zu gewährleisten.
- Kann durch Anpassungen des Protokolls auf verschiedene Muskelgruppen und Entwicklungsstadien der Tiere übertragen werden.
- Zu den praktischen Einschränkungen gehören der hohe technische Aufwand für das Aufspalten der ventralen Wurzeln und die Herstellung einer stabilen Präparation.
