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Publicaciones recientes de nuestro grupo mostraron que los patrones de rayos X del músculo esquelético del ratón se pueden utilizar para arrojar luz sobre la información estructural sarcomerica del músculo en la salud y la enfermedad1,2,3 especialmente con la mayor disponibilidad de modelos genéticos de ratón modificados para varias miopatías. Los expertos realizan mejor estudios mecánicos de alta resolución en fibras individuales o pequeños paquetes combinados con difracción de rayos X. Si, sin embargo, información mecánica más modesta será suficiente para sus propósitos, toda la preparación muscular permite la recolección de patrones detallados de rayos X de una preparación simple.
Una disección limpia es clave para un exitoso experimento mecánico y de rayos X combinado. Es muy importante no tirar del músculo objetivo, así como otros músculos asociados con el soleus o los músculos EDL durante la disección ya que esto podría romper partes del músculo y conducir a la reducción de la fuerza. También puede conducir a una estructura interna dañada que degradará los patrones de rayos X. Dado que todo se dispersará en el haz de rayos X, es importante limpiar cualquier grasa extra, el colágeno en la fascia, así como cualquier pelo o trozos sueltos de tejido mientras se hace el siguiente protocolo. Para reducir el cumplimiento adicional en la preparación muscular, también es importante atar de forma segura los tendones a los ganchos, lo más cerca posible del cuerpo muscular sin dañarlo.
Diferentes tiempos de exposición a rayos X pueden proporcionar diferentes tipos de información del mismo músculo. Usando el haz completo en 18ID, se puede obtener un patrón ecuatorial analizable en una exposición de 1 ms (ver Figura 2D). Para una reflexión de línea de capa de miosina analizable, normalmente se requiere un tiempo total de exposición de 10 ms. Para recopilar reflexiones meridionales de orden superior, como la M15 (reflexión de miosina meridional de 2,8 nm) y la reflexión de 2,7 nm de actina meridional, normalmente se requiere al menos 1 s de exposición total, pero se recomienda una exposición total superior a 2 s para una alta precisión Medidas.
La elección del detector de rayos X óptimo para el experimento es importante. Para los patrones de rayos X más detallados, un detector de CCD personalizado, como el de BioCAT con funciones de dispersión de puntos de aprox. 40 m y 65 m en el fósforo, puede proporcionar patrones con un alto rango dinámico y una buena resolución espacial, pero solo puede tomar un fotograma a la vez. Para experimentos resueltos por tiempo, el detector de matriz de píxeles de recuento de fotones en BioCAT puede recopilar patrones de rayos X a 500 Hz. Sin embargo, el tamaño de píxel de 172 m con este detector no proporciona suficiente resolución espacial para estudios detallados de la parte interna del meridiano, pero es adecuado para la mayoría de los otros propósitos. BioCAT adquirió un detector de recuento de fotones de alta resolución que proporciona una resolución real de 75 m a una velocidad de fotogramas máxima de 9.000 Hz. Se espera que detectores similares de este tipo suplanten detectores de corriente para estudios musculares en los próximos años.
Con los flujos muy altos de rayos X en sincrotrones de tercera generación, el daño por radiación es una preocupación grave. Siempre es una buena opción para atenuar la viga para no entregar más viga de la necesaria para observar las características de difracción deseadas. La misma exposición total a los rayos X se puede lograr prolongando el tiempo de exposición de un haz atenuado. Una ventaja de los detectores de matriz de píxeles de recuento de fotones es que los fotogramas individuales se pueden sumar junto sin penalización por ruido. Incluso entonces, el daño por radiación es posible. Los signos de daño por radiación incluyen caída de la fuerza máxima de contracción, manchado de reflejos de la línea de capa, incluso cambio de color muscular.
Una de las limitaciones de la preparación intacta del músculo esquelético del ratón es la dificultad para obtener la longitud del sarcomere del músculo intacto durante los experimentos. Los músculos son demasiado gruesos para la microscopía de vídeo y la difracción láser. Mientras que con los desarrollos futuros puede ser posible estimar la longitud del sarcomere directamente desde los patrones de difracción14, en el corto plazo la única opción es medirlo después del experimento como se describe aquí.