Collection de biopsies musculaires squelettiques du compartiment supérieur du musculus humain tibialis antérieur pour l’évaluation mécanique
September 27th, 2020
Ce rapport technique décrit une variation de la technique modifiée de Bergström pour la biopsie du tibialis de musculus antérieur qui limite les dommages de fibre.
Bienvenue à la Ruhr-Université Bochum, Faculté des Sciences du Sport. Aujourd’hui, nous démontrerons la collection des biopsies squelettiques de muscle du compartiment supérieur du musculus tibialis humain antérieur. Tandis que les techniques de biopsie sont efficaces pour recueillir le tissu de muscle, les fibres sont souvent structurellement endommagées de telle sorte que l’évaluation de la mécanique de fibre soit difficile.
Nous présentons une variante d’une technique modifiée de Bergstrom qui limite les dommages de fibre et maximise la longueur de fibre de sorte que l’évaluation mécanique des fibres humaines puisse être conduite. La démonstration sera menée par le médecin de l’équipe, le Dr Markus de Marees et les chercheurs, le Dr Daniel Hahn et Anthony Hessel. Le participant et le médecin se réunissent d’abord pour examiner et discuter de la procédure.
S’il est satisfait, le participant signe le contrat de consentement volontaire éclairé. Demandez au sujet de poser des supinations et de garder son membre aussi détendu que possible. Dorsiflex le pied du participant de sorte que l’antérieur tibialis est mou.
Utilisez une sonde à ultrasons pour visualiser le plan transversal du compartiment superficiel dans le ventre du muscle antérieur tibialis, identifier une zone de biopsie sans artères ou nerfs majeurs. Enfin, enregistrez la profondeur de l’aponeurose centrale de sorte que l’aiguille de collecte ne soit jamais conduite au-delà de ce point. Faites pivoter la sonde à ultrasons pour accéder au plan sagittal de la zone cible identifiée.
Enregistrer une image du volume musculaire avec des fascicles visibles. Les outils de chirurgie sont stérilisés et préparés avant l’intervention et sont entièrement décrits dans le protocole écrit. L’aiguille Bergstrom a une fenêtre près de la pointe.
Dans cette aiguille est un trocar creux plus petit, qui se déplace de haut en bas de l’arbre et coupe le muscle lors du passage par-dessus la fenêtre de l’aiguille. Dans le trocar est une plus petite tige qui est utilisé pour pousser la biopsie hors de la trocar. Pour tirer le muscle dans la fenêtre de l’aiguille, un tuyau d’aspiration est fixé au sommet de l’aiguille qui aspire l’air hors de l’aiguille et tire le muscle à travers la fenêtre de l’aiguille par pression négative.
Demandez au participant de poser la supination sur la table d’intervention et de détendre les muscles de ses jambes. Reproduire la légère dorsiflexion de la cheville utilisée lors de l’imagerie par ultrasons, puis fixer l’articulation de la cheville pour minimiser la rotation pendant l’intervention. Raser et désinfecter la zone d’incision cible.
Ensuite administrer une injection superficielle de 1,5 CCs de 2%xylocitine avec de l’épinéphrine. Cela fonctionne comme un anesthésique local et constricteur de navire. Le temps d’affect est de 20 à 30 minutes.
Retirez la ligne de mire du patient à l’endroit de biopsie avec un écran. Au site précédemment marqué de biopsie font une incision proximale d’un centimètre à distal avec un scalpel stérile qui coupe par la peau et le fascia, exposant le tissu musculaire fondamental. Placez l’aiguille de biopsie au-dessus de l’incision et orientez-la perpendiculairement à la peau.
Poussez l’aiguille de biopsie d’un demi à un centimètre dans le muscle. Il peut y avoir une certaine résistance légère au mouvement de l’aiguille, mais toute résistance supplémentaire est anormale et indique souvent une incision inapt. Ensuite orientez l’aiguille vers une position distale à proximale, poussez l’aiguille encore un à deux centimètres dans le muscle.
L’orientation exacte et la profondeur de déplacement de l’aiguille seront spécifiques au participant. Et donc basé sur l’échographie. Fixez le tuyau de seringue à l’aiguille de biopsie et créez une pression négative dans l’aiguille.
Cela attirera le tissu musculaire à travers la fenêtre de l’aiguille. Poussez avec force le trocar par-dessus la fenêtre de l’aiguille pour exciser le muscle. Retirez l’aiguille de la jambe et passez à un technicien pour le traitement des tissus.
Utilisez du ruban adhésif ou de la fermeture des plaies pour fermer principalement la plaie et appliquez des pansements pour protéger la plaie contre l’infection ou l’abrasion mécanique. Demandez au participant de se lever et de se promener. Ils seront douloureux, mais capables de se promener immédiatement.
Pour enlever le tissu de la fenêtre de biopsie, exposez d’abord le tissu, puis submergez la pointe de l’aiguille dans une vile remplie de tampon physiologique et déplacez vigoureusement l’aiguille jusqu’à ce que le muscle flotte hors de l’aiguille dans la solution. Traiter les tissus musculaires pour l’évaluation mécanique en utilisant des méthodes standard. Nous avons récemment recueilli 22 biopsies de participants utilisant ce protocole.
Le rendement moyen de la collecte était de 100 à 200 milligrammes de tissu musculaire utilisable. Chaque biopsie a donné 150 à 300 fibres intactes de trois à cinq millimètres de longueur. Les faisceaux de fibres ont été chimiquement écorchés avec du glycérol, puis activés dans une solution à haute teneur en calcium à une longueur moyenne de sarcomere de 2,7 microns.
Les biopsies qui sont correctement stockées sont viables pour des essais mécaniques pendant plusieurs mois. Cette biopsie dure une heure. Les complications des biopsies sont très rares, mais très probablement est une infection du site d’incision.
Un défi majeur dans la physiologie musculaire humaine et la biomécanique est de distinguer entre les différentes adaptations de la performance musculaire à l’exercice et la maladie. Pour identifier de manière appropriée les adaptations au niveau des fibres à l’exercice ou à la maladie, les biopsies sont une technique appropriée. Cependant, il faut prendre soin de se protéger contre les dommages musculaires lors de l’extraction des tissus.
Le protocole démontré ici fournit un rendement élevé de tissu musculaire à ces fins.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Aperçu
Ce rapport technique présente une variation de la technique modifiée de Bergström pour la biopsie du muscle tibial antérieur. Cette méthode vise à minimiser les dommages aux fibres, facilitant une meilleure évaluation mécanique des fibres musculaires.
Composants clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neuroscience
- Science du sport
- Physiologie musculaire
Contexte
- Les biopsies musculaires squelettiques sont cruciales pour étudier la mécanique musculaire.
- Les techniques de biopsie traditionnelles peuvent entraîner des dommages structurels aux fibres musculaires.
- L'amélioration des méthodes de biopsie peut améliorer l'évaluation de la mécanique des fibres musculaires.
- Le muscle tibial antérieur est un muscle clé pour de telles études.
Objectif de l'étude
- Démontrer une technique de biopsie modifiée qui réduit les dommages aux fibres.
- Maximiser la longueur des fibres pour une meilleure évaluation mécanique.
- Fournir une méthode fiable pour collecter des tissus musculaires.
Méthodes utilisées
- Démonstration de la technique modifiée de Bergström.
- Collecte de biopsies du compartiment supérieur du muscle tibial antérieur.
- Collaboration avec un médecin d'équipe et des chercheurs scientifiques.
- Consultation pré-procédure avec les participants pour expliquer le processus.
Résultats principaux
- La technique modifiée limite avec succès les dommages aux fibres.
- Une longueur accrue des fibres a été obtenue pendant la biopsie.
- Évaluation mécanique facilitée des fibres musculaires humaines.
- Efficacité démontrée dans un cadre clinique.
Conclusions
- La technique modifiée de Bergström est une avancée précieuse dans les méthodes de biopsie musculaire.
- Elle améliore la qualité des échantillons de fibres musculaires pour la recherche.
- Cette approche peut améliorer notre compréhension de la mécanique musculaire.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
Reliable collection of structurally intact human skeletal muscle fibers is critical for advancing early-stage target validation and mechanistic de-risking in muscle biology and disease research. This protocol enables high-yield, low-damage biopsies from the tibialis anterior, supporting quantitative mechanical evaluation and translational continuity across preclinical and clinical studies. Enhanced tissue quality and reproducibility directly impact predictive confidence and portfolio decision-making in musculoskeletal R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct interrogation of muscle fiber mechanics for functional target validation.
- Reduces biological ambiguity by preserving fiber structure for mechanistic studies.
- Supports predictive confidence in muscle adaptation and disease models.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible muscle samples for downstream mechanical assays.
- Facilitates quantitative measurement of contractile properties for screening workflows.
- Improves assay readiness by maximizing undamaged fiber yield and length.
Translational & Preclinical Research
- Aligns human tissue sampling with disease-relevant preclinical models for translational biomarker studies.
- Enables continuity from human biopsy to preclinical mechanical testing platforms.
- Supports risk-adjusted advancement by providing robust, comparable data across studies.
Pipeline & Workflow Integration
This biopsy protocol integrates at the interface of early discovery and preclinical validation, enabling hypothesis-driven mechanical testing and supporting lead identification in muscle-targeted programs.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling quantitative mechanical evaluation of human muscle fibers.
- Screening: Delivers reproducible, assay-ready tissue for contractility and force measurement platforms.
- Analytics: Provides quantitative outputs such as fiber yield, length, and mechanical activation data for comparative analysis.
- Translational Research: Bridges human and preclinical muscle studies by standardizing tissue collection and evaluation.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable protocol adaptable to other skeletal muscles and research settings.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in muscle research.
- Operational Value: Standardizes tissue collection, improves reproducibility, and enables scalable sample processing.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk in musculoskeletal portfolios.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization and advancement of muscle-targeted assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in ultrasound-guided biopsy and mechanical tissue evaluation.
- Needs access to sterile surgical tools, modified Bergström needles, and analytical infrastructure for mechanical assays.
- Demands cross-team standardization for tissue handling and storage protocols.
- Adaptable to other skeletal muscles with protocol modifications as supported by tissue characteristics.
- Potential limitations include rare risk of infection and participant-specific anatomical considerations.
