Name: Avatar, un experimento modificado de bucle de trabajo ex vivo utilizando cepa y activación in vivo (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-18T12:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: Aprende la técnica de bucle de trabajo sinusoidal para estudiar la función muscular in vivo usando modelos ex vivo en roedores de laboratorio. Este método ayuda a comprender la mecánica muscular durante movimientos dinámicos.

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Agradecemos al Dr. Nicolai Konow por proporcionar los datos utilizados en este estudio. Financiado por NSF IOS-2016049 y 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>

Todos los autores reconocen que no hay conflicto de intereses.

Si bien los organismos se mueven sin problemas a través de los paisajes, las cargas y tensiones subyacentes que experimentan los músculos varían drásticamente 1,6,23. Tanto durante la locomoción in vivo 1,24 como en los experimentos de "avatar", los músculos se estimulan submáximamente en condiciones cíclicas y no estables. Las relaciones isométricas fuerza-long...

Los animales en movimiento logran impresionantes hazañas atléticas de resistencia, velocidad y agilidad en entornos complejos. La locomoción animal es particularmente impresionante en contraste con las máquinas diseñadas por humanos: la estabilidad y la agilidad de los robots, prótesis y exoesqueletos con patas actuales siguen siendo pobres en comparación con los animales. La locomoción con patas en terreno natural requiere un control preciso y ajustes rápidos para alterar la velocidad y maniobrar las características ambientales que actúan como perturbaciones inesperadas1,2,3,4. Sin embargo, comprender la locomoción no estacionaria es inherentemente desafiante porque la dinámica depende de interacciones complejas entre el entorno físico, la mecánica musculoesquelética y el control sensoriomotor1,2. La locomoción con patas requiere responder a perturbaciones inesperadas con un rápido procesamiento multimodal de la información sensorial y la actuación coordinada de las extremidades y las articulaciones1,5. En última instancia, el movimiento es posible gracias a que los músculos producen fuerza a través de las propiedades mecánicas intrínsecas del sistema musculoesquelético, así como del control neuronal1,5,6,7. Una cuestión pendiente de la neuromecánica es cómo interactúan estos factores para producir un movimiento coordinado en respuesta a perturbaciones inesperadas. La siguiente técnica utiliza la respuesta mecánica intrínseca del músculo a la deformación utilizando trayectorias de deformación in vivo durante experimentos ex vivo controlables con un músculo "avatar".
La técnica del bucle de trabajo muscular ha proporcionado un marco importante para comprender la mecánica muscular intrínseca durante los movimientos cíclicos8,9,10. La técnica tradicional de bucle de trabajo impulsa los músculos a través de trayectorias de deformación predefinidas, típicamente sinusoidales, utilizando frecuencias y patrones de activación medidos durante experimentos in vivo2,8,9,11. El uso de trayectorias de longitud sinusoidal puede estimar de manera realista el trabajo y la potencia de salida durante el vuelo12 y swimming2 en condiciones en las que los animales no experimentan cambios rápidos en las trayectorias de deformación debido a la interacción con el entorno y la cinemática musculoesquelética. Sin embargo, las trayectorias de la tensión muscular in vivo durante la locomoción con las piernas surgen dinámicamente de las interacciones entre la activación neuronal, la cinemática musculoesquelética y las cargas aplicadas por el entorno5,7,13,14. Se necesita una técnica de bucle de trabajo más realista para emular las cargas, las trayectorias de deformación y la producción de fuerza que corresponda a la dinámica músculo-tendón in vivo y proporcione información sobre cómo la mecánica muscular intrínseca y el control neuronal interactúan para producir un movimiento coordinado frente a perturbaciones.
Aquí, presentamos una forma novedosa de emular las fuerzas musculares in vivo durante la locomoción en cinta rodante mediante el uso de un músculo "avatar" de un roedor de laboratorio durante experimentos ex vivo controlados con trayectorias de deformación in vivo que representan cargas in vivo que varían en el tiempo. El uso de las trayectorias de deformación medidas in vivo de un músculo objetivo en músculos de un animal de laboratorio durante experimentos ex vivo controlados emulará las cargas experimentadas durante la locomoción. En los experimentos descritos aquí, el músculo extensor largo de los dedos (EDL) ex vivo de ratón se utiliza como un "avatar" para el músculo gastrocnemio medial (MG) en rata in vivo durante la marcha, el trote y el galope en una cinta de correr13. Este enfoque es similar a la técnica de bucle de trabajo, excepto que las trayectorias de deformación in vivo se escalan adecuadamente y se imponen a los músculos de ratón ex vivo conectados a un servomotor. Si bien los músculos EDL del ratón difieren en tamaño, tipo de fibra y arquitectura en comparación con la MG de rata, es posible controlar estas diferencias. La técnica del "avatar" permite: (1) emular in vivo la tensión, la activación, la frecuencia de zancada y los patrones de bucle de trabajo; (2) variar estos patrones para que coincidan con las respuestas de fuerza in vivo con mayor precisión; y (3) variar las características específicas de la deformación y/o activación en combinaciones controladas para probar hipótesis mecanicistas.

<table><tbody><tr><td>Sutura de seda trenzada no absorbible 4-0&nbsp;</td><td>Mersilk&nbsp;</td><td>734H</td><td></td></tr><tr><td>Cloruro de calcio dihidratado (CaCl2)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1086436</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solución</td></tr><tr><td>Dextrosa&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9434</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solución</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>PHR1428</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solución</td></tr><tr><td>de ácido hidrothídrico (HCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1.37055</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solución</td></tr><tr><td>LabView Data Collection&nbsp;</td>Sulfato <td>de</td><td></td><td></td></tr><tr><td>magnesio (MgSO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M7506</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solución</td></tr><tr><td>de cloruro de potasio (KCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3911</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solución</td></tr><tr><td>Fosfato de Potasio Monobásico (KH2PO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>5.43841</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solución</td></tr><tr><td>S88 Estimulador</td><td>de césped</td><td>M643H05</td><td>Disponible para su compra en Ebay</td></tr><tr><td>El sistema de palanca de la serie 300B</td><td>Aurora</td><td>1200A</td><td>incluye baño de papel tisú con camisa de agua</td></tr><tr><td>Bicarbonato de sodio (NaHCO3)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solución</td></tr><tr><td>de cloruro de sodio (NaCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9888</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solución</td></tr><tr><td>de hidróxido de sodio (NaOH)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solución</td></tr><tr><td>Ratones de tipo salvaje</td><td>Jackson Laboratory</td><td>B6C3Fe a/a Ttn mdm/J</td><td></td></tr></tbody></table>

"avatar", un experimento modificado de bucle de trabajo ex vivo utilizando cepa y activación in vivo

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

Los comportamientos de movimiento son características emergentes de los sistemas dinámicos que resultan de la producción de fuerza muscular y la producción de trabajo. La interacción entre los sistemas neurales y mecánicos ocurre en todos los niveles de la organización biológica al mismo tiempo, desde el ajuste de las propiedades de los músculos de las piernas mientras se corre hasta la dinámica de las extremidades que interactúan con el suelo. La comprensión de las condiciones en las que los animales cambian sus estrategias de control neural hacia la mecánica muscular intrínseca («prereflejos») en la jerarquía de control permitiría a los modelos musculares predecir la fuerza muscular in vivo y trabajar con mayor precisión. Para comprender la mecánica muscular in vivo, se requiere una investigación ex vivo de la fuerza muscular y el trabajo en condiciones de deformación y carga dinámicamente variables similares a la locomoción in vivo. Las trayectorias de deformación in vivo suelen presentar cambios bruscos (es decir, transitorios de deformación y velocidad) que surgen de las interacciones entre la activación neuronal, la cinemática musculoesquelética y las cargas aplicadas por el entorno. El objetivo principal de nuestra técnica "avatar" es investigar cómo funcionan los músculos durante cambios bruscos en la velocidad de deformación y la carga, cuando la contribución de las propiedades mecánicas intrínsecas a la producción de fuerza muscular puede ser mayor. En la técnica "avatar", el enfoque tradicional de bucle de trabajo se modifica utilizando trayectorias de deformación medidas in vivo y señales electromiográficas (EMG) de los animales durante los movimientos dinámicos para impulsar los músculos ex vivo a través de múltiples ciclos de estiramiento-acortamiento. Este enfoque es similar a la técnica de bucle de trabajo, excepto que las trayectorias de deformación in vivo se escalan adecuadamente y se imponen a los músculos de ratón ex vivo conectados a un servomotor. Esta técnica permite: (1) emular in vivo la tensión, la activación, la frecuencia de zancada y los patrones de bucle de trabajo; (2) variar estos patrones para que coincidan con las respuestas de fuerza in vivo con mayor precisión; y (3) variar las características específicas de la deformación y/o activación en combinaciones controladas para probar hipótesis mecanicistas.

El objetivo de los experimentos con "avatar" es replicar in vivo producción de fuerza y rendimiento de trabajo tan cercanamente como sea posible durante ex vivo experimentos de bucle de trabajo. En este estudio se eligió utilizar el EDL de ratón como "avatar" del MG de rata porque el EDL de ratón y el MG de rata están compuestos principalmente por músculos de contracción rápida20,21. Ambos músculos son movimientos primarios de la articulación de...

Este artículo detalla la metodología para emular la producción de fuerza muscular in vivo durante experimentos de bucle de trabajo ex vivo utilizando un músculo "avatar" de un roedor de laboratorio para evaluar las contribuciones de los transitorios de deformación y la activación a la respuesta de la fuerza muscular.

"Avatar", un experimento modificado de bucle de trabajo ex vivo utilizando cepa y activación in vivo

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

El objetivo de mi laboratorio es comprender la función muscular in vivo mediante el desarrollo de nuevos paradigmas experimentales para experimentos y modelos ex vivo que realmente se relacionen con la función muscular in vivo. El tipo de experimentos y modelos que hemos estado utilizando en los últimos 20 años, se ha vuelto cada vez más obvio que realmente no se relacionan con la función muscular in vivo. En la actualidad, existe una brecha de conocimiento entre los enfoques de arriba hacia abajo que miden la función muscular in vivo durante los movimientos dinámicos de humanos y animales, y los enfoques de abajo hacia arriba que utilizan experimentos controlados ex vivo y/o in situ que miden la mecánica muscular en condiciones isométricas y/o isotónicas.Estamos tratando de diseñar experimentos fisiológicamente relevantes ex vivo e in situ que informen sobre la mecánica muscular in vivo. La técnica más utilizada en nuestro campo es la técnica del bucle de trabajo sinusoidal desarrollada por Bob Josephson a mediados de la década de 1980. Esta técnica utiliza trayectorias de deformación sinusoidales o, a veces, satu a frecuencias in vivo con patrones de estimulación in vivo para emular la función muscular in vivo.Sin embargo, nuestra técnica Avatar demuestra que las desviaciones de las trayectorias de deformación puramente sinusoidales resultantes del contacto con el pie durante la locomoción terrestre son determinantes importantes de la fuerza muscular y el trabajo.

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Aquí desarrollamos las herramientas necesarias...

Ex vivo de imágenes en vivo de las divisiones sola celda en ratón neuroepitelio

La experiencia-dependientes cambios moleculares en las neuronas son esenciales para la capacidad del cerebro para adaptarse en respuesta a problemas de comportamiento.

In vivo de dos fotones de imágenes de dependientes Experience-Los cambios moleculares en las neuronas corticales

Se describe la disección y el cultivo ex vivo de la piel del ratón embrionario. El sistema de cultivo mantiene una interfase aire-líquido a través de la superficie del tejido y permite formación de imágenes en un microscopio invertido. Melanoblastos, un componente de la piel en desarrollo, están marcados con fluorescencia que permite su comportamiento que debe observarse mediante microscopía confocal.

Ex vivo Cultura de embriones de ratón con la piel y en vivo de imágenes de melanoblasto Migración

Ex vivo ERG se puede utilizar para registrar la actividad eléctrica de las células de la retina directamente a partir de retinas intactas aisladas de animales o humanos. Demostramos aquí cómo los sistemas ERG in vivo comunes se pueden adaptar para registros ERG ex vivo con el fin de diseccionar la actividad eléctrica de las células de la retina.

Simultáneo<em&gt; Ex vivo</em&gt; Pruebas funcionales de dos retinas por<em&gt; In vivo</em&gt; Sistema Electrorretinograma

La microscopía electrónica (EM) 2D a gran escala, o nanotomía, es la aplicación en todo el tejido de la EM de resolución a nanoescala. Aquí describimos un método universal de nanotomía aplicado para investigar el cerebro de las larvas de pez cebra en la salud y en caso de lesión cerebral no invasiva.

A gran escala de barrido Microscopía Electrónica de Transmisión (Nanotomy) de pez cebra cerebrales saludables y lesionados

Presentamos un protocolo para estudiar la distribución de mitocondrias y retículo endoplasmático en células enteras después de la modificación genética utilizando microscopía electrónica correlativa de luz y volumen incluyendo ascorbato peroxidasa 2 y tinción de peroxidasa de rábano picante, seccionamiento en serie de células con y sin el gen objetivo en la misma sección, y la toma de imágenes en serie a través de microscopía electrónica.

Mitocondrias y endoplasmática retícula imagen por microscopía electrónica de luz y volumen correlativa

Este protocolo describe un nuevo ensayo de potenciador transitorio-reportero basado en rAAV. Este ensayo se puede utilizar para inducir la expresión impulsada por potenciadores in vivo en el cerebro del ratón.

Despliegue de AAV de construcciones de expresión basadas en potenciadores in vivo en cerebro de ratón

La modificación de la matriz de electrodos múltiples existente o del equipo de abrazadera de parche hace que el electrorretinograma ex vivo sea más accesible. Los métodos mejorados para registrar y mantener las respuestas de luz ex vivo facilitan el estudio de la función de los fotorreceptores y las células bipolares ON en la retina sana, modelos animales de enfermedades oculares y retinas de donantes humanos.

Optimización de la configuración y las condiciones del electrorretinograma ex vivo para estudiar la función de la retina en ojos pequeños y grandes

Presentamos un protocolo detallado para la microscopía correlativa de luz y electrónica posterior a la inclusión de Epon utilizando una proteína fluorescente llamada mScarlet. Este método puede mantener la fluorescencia y la ultraestructura simultáneamente. Esta técnica es susceptible de una amplia variedad de aplicaciones biológicas.

Microscopía electrónica y de luz correlativa de inclusión posterior a Epon

Este artículo demuestra un método para visualizar y cuantificar la motilidad y el contacto de la microglía con puntos postsinápticos en la retina mediante microscopía confocal de disco giratorio.

Imágenes en vivo y caracterización de la dinámica de la microglía e interacciones con sinapsis en retina murina enferma

Aprende la técnica de bucle de trabajo sinusoidal para estudiar la función muscular in vivo usando modelos ex vivo en roedores de laboratorio. Este método ayuda a comprender la mecánica muscular durante movimientos dinámicos.

"Avatar", un experimento modificado de bucle de trabajo ex vivo utilizando cepa y activación in vivo

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