Un modelo murino de entrenamiento de los músculos mediante la estimulación eléctrica neuromuscular
9 de mayo de 2012
Un modelo murino de la estimulación eléctrica neuromuscular (EENM), una modalidad clínica segura y de bajo costo, a los músculos del compartimento anterior se describe. Este modelo tiene la ventaja de modificar un dispositivo clínico fácilmente disponibles para el propósito de provocar contracciones musculares específicas y específica en ratones.
El objetivo general de este procedimiento es demostrar un modelo murino de entrenamiento muscular mediante la estimulación eléctrica neuromuscular. Esto se logra primero adaptando un electrodo superficial clínicamente disponible, diseñado para uso en humanos, a un electrodo superficial que pueda utilizarse en ratones; a continuación, anestesiar y posicionar al animal para la estimulación. Luego, colocar el electrodo superficial directamente sobre el nervio fibular profundo, justo distal a la cabeza fibular.
El paso final consiste en realizar el protocolo de estimulación de los músculos flexores anteriores. En última instancia, el análisis histológico muestra un aumento en la vascularización del músculo esquelético, y las pruebas contractiles in situ muestran un mayor pico de fuerza satánica. Hola, me llamo Fabrizio.
Soy profesor asistente en el Departamento de Medicina Física y Rehabilitación de la Universidad de Pittsburgh y director del Laboratorio de Rehabilitación Celular. Hoy les demostraremos un modelo de entrenamiento muscular por reflejo utilizando estimulación eléctrica neuromuscular. En esta primera parte de la demostración, les mostraremos cómo modificar un electrodo superficial clínicamente disponible en un electrodo que puede utilizarse para estimular el músculo esquelético en ratones.
En la segunda parte, demostraremos cómo implementar este protocolo de estimulación eléctrica neuromuscular en sus experimentos y en el desarrollo de modelos animales que imiten de cerca las modalidades. Utilizar la clínica es importante porque puede ayudarnos a responder preguntas relacionadas con la fisiología del músculo esquelético, como por ejemplo cómo la activación muscular desencadena respuestas mecanotransductivas, y en esto podemos analizarlo a nivel molecular, celular y tisular. Hola, mi nombre es Ricardo Ferrari.
Soy estudiante de doctorado HD en el Departamento de Terapia Física de la Universidad de Pittsburgh. Cercano a la electroestimulación muscular es un procedimiento comúnmente utilizado en clínica para aumentar la fuerza muscular y mejorar la cicatrización muscular. Sin embargo, aún quedan muchas preguntas sobre los parámetros óptimos que deberían utilizarse.
Este modelo animal podría ayudar en el desarrollo de protocolos específicos de estimulación eléctrica para su uso en un entorno clínico. Para preparar el electrodo, comience doblando dos pasadores de oro de seis milímetros de longitud en un ángulo de 90 grados. A continuación, exponga aproximadamente siete centímetros de dos cables de cobre retirando el aislamiento exterior.
Luego, suelde los cables de los conectores a los dos pines de oro, que están colocados aproximadamente a 3.5 milímetros de distancia. A continuación, coloque un tubo termorretráctil sobre la conexión entre los cables de cobre y los pines de oro para aislamiento y estabilización; caliente el tubo termorretráctil, asegurándose de que los pines de oro sean paralelos entre sí, e insértelos a través de la placa de circuito de modo que las puntas queden alineadas. A continuación, incruste los pines mediante varias aplicaciones de epoxi transparente, dejando secar completamente el epoxi entre cada aplicación; al final, lije el epoxi para exponer las puntas de los pines de oro.
A continuación, utilice un voltímetro para verificar que los cables no estén en cortocircuito eléctrico. Luego, use tubo plástico para aislar los pasadores metálicos del conector de alambre hembra de dos vías. A continuación, conecte los cables del electrodo del dispositivo de EMEF al conector de alambre hembra de dos vías.
Todos los procedimientos fueron revisados y aprobados por el IACUC de la Universidad de Pittsburgh, y se realizaron en programas e instalaciones acreditadas por PHS y ALAC. Los programas y las instalaciones acreditadas internacionalmente anestesian al animal mediante inhalación de isoflurano. El animal debe permanecer anestesiado durante toda la sesión de estimulación eléctrica neuromuscular (NMES).
La anestesia debe confirmarse mediante una prueba de reflejo extensor al pellizco del dedo del pie. A continuación, coloque al animal en posición decúbito lateral. Posteriormente, afeite la extremidad trasera, límpiela con alcohol y limpie el electrodo con lejía al 3%.
Luego, con agua, configure los parámetros de estimulación, incluyendo una duración del pulso de 150 microsegundos y una frecuencia de 50 PP s. A continuación, establezca el tiempo de estimulación en cinco segundos, con una rampa de aumento de 0,5 segundos y una rampa de disminución de 0,5 segundos. Esto permitirá que el músculo se aclimate gradualmente a la estimulación y resultará más cómodo para el animal.
A continuación, ajuste el tiempo de descanso entre contracciones a 10 segundos. Este valor puede modificarse según el efecto deseado, pero tiempos de descanso más cortos provocarán una iniciación más rápida de la fatiga muscular. A continuación, esterilice el electrodo con lejía al 3% y luego con agua, y aplique gel conductor al electrodo para la estimulación de los músculos del compartimento anterior, incluyendo el tibial anterior y el músculo extensor de los dedos más largo; coloque el electrodo de superficie directamente sobre el nervio perineal común del animal, ubicado justo distal al cóndilo femoral lateral.
La colocación del electrodo se confirma cuando la estimulación provoca dorsiflexión completa del tobillo y extensión completa de los dedos. Por otro lado, la dorsiflexión de la pata sin extensión de los dedos sugiere que solo se está estimulando el músculo tibial anterior. A continuación, inicie la intensidad de la estimulación eléctrica neuromuscular en nueve miliamperios y realice dos series de contracciones, para un total de 20 contracciones, con un descanso de cinco minutos entre series; durante el período de descanso, se realiza la estimulación del miembro contralateral.
Ahora coloque el animal en la cámara de recuperación. Después de cuatro semanas de EMEF en ratones MDX skid de tres a cinco meses de edad, la tinción de músculo esquelético con hematoxilina y eosina revela que no hay un aumento en el número de fibras con núcleos centrales en comparación con los controles no estimulados. Esto sugiere que la aplicación de EMEF no inicia la cascada de degeneración-regeneración.
La inmunohistoquímica para CD31 como marcador de células endoteliales revela que, en comparación con ratones control que no recibieron estimulación, cuatro semanas de EMEF resultaron en una angiogénesis significativa del músculo tratado. Esta figura muestra el aumento de la fuerza tética pico en los músculos tratados con EMEF en relación con los músculos control no tratados. Una vez que domine esta técnica, la finalización del protocolo debería tomar aproximadamente 15 minutos por animal.
La parte más difícil de este protocolo consiste en encontrar la colocación adecuada para su electrodo a fin de provocar la respuesta muscular deseada. Gracias por ver este video. No dude en contactar a nuestro laboratorio si tiene alguna pregunta.
Descripción general
Este artículo describe un modelo murino para el entrenamiento muscular mediante la estimulación eléctrica neuromuscular (NMES), un método clínico seguro y rentable. El modelo adapta un dispositivo clínico para inducir contracciones musculares dirigidas en ratones, facilitando así la investigación en fisiología muscular.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Fisiología
- Rehabilitación
Antecedentes
- La EENM se utiliza comúnmente en entornos clínicos para aumentar la fuerza muscular y la cicatrización.
- Comprender la activación muscular puede proporcionar información sobre las respuestas mecanotransductivas.
- Existe la necesidad de protocolos optimizados de estimulación eléctrica para aplicaciones clínicas.
- Este modelo pretende cerrar la brecha entre las prácticas clínicas y la investigación experimental.
Objetivo del estudio
- Demostrar un modelo murino para el entrenamiento muscular mediante estimulación eléctrica neuromuscular (NMES).
- Modificar un electrodo superficial para su uso en ratones.
- Investigar los efectos de la estimulación eléctrica neuromuscular (NMES) sobre la fisiología muscular.
Métodos Utilizados
- Modificación de un electrodo clínico de superficie para uso en ratones.
- Anestesia y posicionamiento del animal para la estimulación.
- Aplicación de la EMEF a los músculos del compartimento anterior.
- Análisis histológico y prueba de contractilidad tras la estimulación.
Resultados principales
- Mayor vascularización del músculo esquelético observada mediante análisis histológico.
- Mayor fuerza tetánica máxima en músculos tratados con estimulación eléctrica neuromuscular en comparación con los controles.
- Ausencia de inicio de la cascada de degeneración-regeneración tras la aplicación de estimulación eléctrica neuromuscular.
- Angiogénesis significativa en los músculos tratados en relación con los controles.
Conclusiones
- El modelo de EME es eficaz para estudiar la fisiología muscular en ratones.
- Los resultados indican un potencial para desarrollar protocolos específicos de EME para uso clínico.
- Este enfoque podría ayudar a responder preguntas fundamentales sobre la activación muscular y la rehabilitación.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Este modelo murino de EMEF proporciona un sistema reproducible para evaluar las respuestas adaptativas del músculo esquelético, apoyando la validación de dianas en la investigación de fisiología muscular y rehabilitación. Al permitir la estimulación controlada de los músculos del compartimento anterior, facilita la reducción mecanicista de riesgos en intervenciones neuromusculares y aumenta la confianza predictiva en los resultados traslacionales. El modelo conecta las aplicaciones clínicas de la EMEF con el descubrimiento preclínico, ofreciendo una plataforma escalable para el desarrollo de ensayos y la exploración de vías moleculares.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite investigar hipótesis terapéuticas relacionadas con la activación muscular y las vías de señalización mecanotransductiva.
- Valor operativo: Proporciona un modelo estandarizado y reproducible para la validación funcional de dianas en biología neuromuscular.
- Valor estratégico: Apoya la confianza predictiva en la selección de dianas al demostrar adaptaciones fisiológicas como la angiogénesis y el aumento de la fuerza contráctil sin degeneración.
Desarrollo de Pruebas y Cribado
- Valor científico: Proporciona mediciones cuantitativas de variables dependientes, incluyendo la fuerza tónica máxima y la densidad vascular, para la evaluación de compuestos o estímulos.
- Valor operativo: Garantiza la disponibilidad del ensayo mediante la colocación estandarizada de electrodos y parámetros de estimulación, mejorando la reproducibilidad entre laboratorios.
- Valor estratégico: Permite el cribado fiable de compuestos al ofrecer un sistema relevante a la enfermedad con salidas funcionales medibles.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Valor científico: Demuestra la alineación de biomarcadores traslacionales mediante la angiogénesis y los cambios histológicos relevantes para la cicatrización y función muscular.
- Valor operativo: Facilita la continuidad desde el descubrimiento hasta la validación preclínica al replicar protocolos clínicos de estimulación eléctrica neuromuscular en un contexto murino.
- Valor estratégico: Orienta decisiones de avance ajustadas al riesgo al mostrar mejoras funcionales inducidas por la estimulación eléctrica neuromuscular sin activar cascadas de degeneración-regeneración.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
El método se integra en la continuidad del descubrimiento, desde la validación del blanco hasta la identificación de compuestos activos y la evaluación preclínica, apoyando la mejora iterativa de las intervenciones neuromusculares basada en resultados fisiológicos medibles.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis sobre mecanismos de activación muscular y la aclaración de vías mediante la estimulación controlada de unidades motoras específicas.
- Selección: Describe la preparación del ensayo mediante protocolos estandarizados de estimulación y posicionamiento de electrodos, lo que permite la evaluación consistente de compuestos o estímulos.
- Análisis: Destaca mediciones como la fuerza tética máxima y la densidad vascular positiva para CD31, que permiten a los equipos comparar condiciones de estimulación y respuestas biológicas.
- Investigación Traducional: Se conecta con la continuidad preclínica al demostrar angiogénesis y mejoras funcionales que reflejan los resultados clínicos de la rehabilitación.
- Reutilización Empresarial: Presenta el electrodo adaptado y el protocolo de estimulación como una plataforma reutilizable para múltiples estudios en fisiología muscular y rehabilitación.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Confianza predictiva en la validación de objetivos mediante adaptaciones fisiológicas documentadas, incluyendo hipertrofia, angiogénesis y secreción de factores de crecimiento.
- Valor operativo: Normalización y reproducibilidad mediante la colocación fija de electrodos, parámetros de estimulación definidos y lecturas histológicas/contractiles.
- Valor estratégico: Mejores decisiones de avance/no avance al reducir la ambigüedad mecanicista en la respuesta muscular a la estimulación eléctrica.
- Impacto en el portafolio: Priorización ajustada al riesgo basada en la seguridad demostrada (sin degeneración) y eficacia (aumento de fuerza y vascularización) en el músculo tratado.
Consideraciones de Implementación
- Se requiere experiencia en la modificación de electrodos, manejo de animales y optimización de parámetros de estimulación.
- Los equipos necesarios incluyen un dispositivo de EMEC adaptado para uso clínico, un voltímetro para verificar los electrodos y capacidades para pruebas histológicas y contractiles.
- La estandarización entre equipos requiere consenso sobre la colocación de electrodos, el momento de la estimulación y los protocolos de medición de resultados.
- Las consideraciones para la adaptación incluyen el ajuste de la duración del pulso, la frecuencia y el tiempo de descanso para diferentes grupos musculares o modelos de enfermedad.
- Las limitaciones prácticas incluyen la dificultad de colocar con precisión los electrodos para provocar las contracciones musculares deseadas, como se indica en el protocolo.
