Name: Avatar , une boucle de travail ex vivo modifiée utilisant une déformation et une activation in vivo (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-18T12:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: Découvrez la technique des boucles de travail sinusoïdales pour étudier la physiologie musculaire ex vivo chez les rongeurs de laboratoire. Cette méthode permet d'évaluer la fonction musculaire in vivo avec précision.

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Nous remercions le Dr Nicolai Konow d’avoir fourni les données utilisées dans cette étude. Financé par NSF IOS-2016049 et 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>

Tous les auteurs reconnaissent qu’il n’y a pas de conflit d’intérêts.

Alors que les organismes se déplacent de manière transparente à travers les paysages, les charges et les tensions sous-jacentes que subissent les muscles varient considérablement 1,6,23. Au cours de la locomotion in vivo 1,24 et dans des expériences « avatar », les muscles sont stimulés au maximum dans des conditions cycliques non stationnaires. Les relations is...

Les animaux en mouvement accomplissent des exploits athlétiques impressionnants d’endurance, de vitesse et d’agilité dans des environnements complexes. La locomotion animale est particulièrement impressionnante par rapport aux machines conçues par l’homme - la stabilité et l’agilité des robots, des prothèses et des exosquelettes à pattes actuelles restent médiocres par rapport aux animaux. La locomotion sur pattes en terrain naturel nécessite un contrôle précis et des ajustements rapides pour modifier la vitesse et les caractéristiques environnementales de manœuvre qui agissent comme des perturbations inattendues1,2,3,4. Pourtant, la compréhension de la locomotion non stationnaire est intrinsèquement difficile car la dynamique dépend d’interactions complexes entre l’environnement physique, la mécanique musculo-squelettique et le contrôle sensorimoteur1,2. La locomotion sur pattes nécessite de répondre aux perturbations inattendues par un traitement multimodal rapide des informations sensorielles et un actionnement coordonné des membres et des articulations1,5. En fin de compte, le mouvement est rendu possible par les muscles produisant une force via les propriétés mécaniques intrinsèques du système musculo-squelettique ainsi que par le contrôle neuronal 1,5,6,7. Une question en suspens de la neuromécanique est de savoir comment ces facteurs interagissent pour produire un mouvement coordonné en réponse à des perturbations inattendues. La technique suivante utilise la réponse mécanique intrinsèque du muscle à la déformation en utilisant des trajectoires de déformation in vivo lors d'expériences ex vivo contrôlables avec un muscle « avatar ».
La technique de la boucle de travail musculaire a fourni un cadre important pour comprendre la mécanique musculaire intrinsèque lors de mouvements cycliques8,9,10. La technique traditionnelle de la boucle de travail entraîne les muscles à travers des trajectoires de tension prédéfinies, généralement sinusoïdales, à l’aide de fréquences et de modèles d’activation mesurés lors d’expériences in vivo 2,8,9,11. L’utilisation de trajectoires de longueur sinusoïdale permet d’estimer de manière réaliste le travail et la puissance pendant le vol12 et la natation2 dans des conditions où les animaux ne subissent pas de changements rapides dans les trajectoires de déformation en raison de l’interaction avec l’environnement et la cinématique musculo-squelettique. Cependant, les trajectoires de tension musculaire in vivo pendant la locomotion des jambes résultent dynamiquement des interactions entre l’activation neuronale, la cinématique musculo-squelettique et les charges appliquées par l’environnement5,7,13,14. Une technique de boucle de travail plus réaliste est nécessaire pour émuler les charges, les trajectoires de contrainte et la production de force qui correspondent à la dynamique muscle-tendon in vivo et donne un aperçu de la façon dont la mécanique musculaire intrinsèque et le contrôle neuronal interagissent pour produire un mouvement coordonné face aux perturbations.
Ici, nous présentons une nouvelle façon d’émuler les forces musculaires in vivo pendant la locomotion sur tapis roulant en utilisant un muscle « avatar » d’un rongeur de laboratoire lors d’expériences ex vivo contrôlées avec des trajectoires de souche in vivo qui représentent des charges in vivo variant dans le temps. L’utilisation des trajectoires de déformation mesurées in vivo d’un muscle cible sur des muscles d’un animal de laboratoire lors d’expériences ex vivo contrôlées émulera les charges subies pendant la locomotion. Dans les expériences décrites ici, le muscle extenseur digitorum longus (EDL) ex vivo de souris est utilisé comme un « avatar » pour le muscle gastrocnémien médial (MG) in vivo du rat pendant la marche, le trot et le galop sur un tapis roulant13. Cette approche est similaire à la technique de la boucle de travail, sauf que les trajectoires de déformation in vivo sont mises à l’échelle de manière appropriée et imposées à des muscles de souris ex vivo attachés à un servomoteur. Bien que les muscles EDL de la souris diffèrent par leur taille, leur type de fibre et leur architecture par rapport à la MG du rat, il est possible de contrôler ces différences. La technique de l'« avatar » permet de : (1) émuler in vivo la déformation, l’activation, la fréquence de foulée et les motifs de boucle de travail ; (2) varier ces modèles pour correspondre le plus précisément possible aux réponses de force in vivo ; et (3) faire varier les caractéristiques spécifiques de la souche et/ou de l’activation dans des combinaisons contrôlées pour tester des hypothèses mécanistes.

<table><tbody><tr><td>Suture tressée en soie non résorbable 4-0&nbsp ;</td><td>Mersilk&nbsp ;</td><td>734H</td><td></td></tr><tr><td>Chlorure de calcium dihydraté (CaCl2)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1086436</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp ; solution</td></tr><tr><td>Dextrose&nbsp ;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9434</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp ; solution</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>PHR1428</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp ; solution</td></tr><tr><td>Acide hydorchlorique (HCl)&nbsp ;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1.37055</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp ; solution</td></tr><tr><td>LabView Data Collection&nbsp ;</td>Sulfate <td>de magnésium Lab-View</td><td></td><td></td></tr><tr><td>(MgSO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M7506</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp ; solution</td></tr><tr><td>de chlorure de potassium (KCl)&nbsp ;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3911</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp ; solution</td></tr><tr><td>Phosphate de potassium monobasique (KH2PO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>5.43841</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp ; solution</td></tr><tr><td>S88 Stimulator</td><td>Grass</td><td>M643H05</td><td>Disponible à l’achat sur Ebay</td></tr><tr><td>Série 300B Système de levier</td><td>Aurora</td><td>1200A</td><td>comprend un bain de tissu de chemise d’eau</td></tr><tr><td>Bicarbonate de sodium (NaHCO3)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp ; solution</td></tr><tr><td>de chlorure de sodium (NaCl)&nbsp ;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9888</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp ; solution</td></tr><tr><td>Hydroxyde de sodium (NaOH)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp ; solution</td></tr><tr><td>Souris de type sauvage</td><td>Jackson Laboratory</td><td>B6C3Fe a/a Ttn mdm/J</td><td></td></tr></tbody></table>

« avatar », une boucle de travail ex vivo modifiée utilisant une déformation et une activation in vivo

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

Les comportements de mouvement sont des caractéristiques émergentes des systèmes dynamiques qui résultent de la production de force musculaire et du rendement du travail. L’interaction entre les systèmes neuronaux et mécaniques se produit simultanément à tous les niveaux de l’organisation biologique, de l’ajustement des propriétés musculaires des jambes pendant la course à la dynamique des membres interagissant avec le sol. Comprendre les conditions dans lesquelles les animaux modifient leurs stratégies de contrôle neuronal vers la mécanique musculaire intrinsèque (« réflexes ») dans la hiérarchie de contrôle permettrait aux modèles musculaires de prédire la force musculaire in vivo et de travailler avec plus de précision. Pour comprendre la mécanique musculaire in vivo, il est nécessaire d’étudier ex vivo la force musculaire et de travailler dans des conditions de tension et de charge variant dynamiquement, similaires à la locomotion in vivo. Les trajectoires de déformation in vivo présentent généralement des changements brusques (c’est-à-dire des transitoires de déformation et de vitesse) qui résultent d’interactions entre l’activation neuronale, la cinématique musculo-squelettique et les charges appliquées par l’environnement. L’objectif principal de notre technique « avatar » est d’étudier comment les muscles fonctionnent lors de changements brusques de vitesse de déformation et de charge lorsque la contribution des propriétés mécaniques intrinsèques à la production de force musculaire peut être la plus élevée. Dans la technique « avatar », l’approche traditionnelle de la boucle de travail est modifiée à l’aide de trajectoires de contrainte mesurées in vivo et de signaux électromyographiques (EMG) d’animaux pendant des mouvements dynamiques pour faire passer les muscles ex vivo à travers plusieurs cycles d’étirement-raccourcissement. Cette approche est similaire à la technique de la boucle de travail, sauf que les trajectoires de déformation in vivo sont mises à l’échelle de manière appropriée et imposées à des muscles de souris ex vivo attachés à un servomoteur. Cette technique permet de : (1) émuler in vivo la déformation, l’activation, la fréquence de foulée et les motifs de boucle de travail ; (2) varier ces modèles pour correspondre le plus précisément possible aux réponses de force in vivo ; et (3) faire varier les caractéristiques spécifiques de la souche et/ou de l’activation dans des combinaisons contrôlées pour tester des hypothèses mécanistes.

L'objectif des expériences « avatar » est de reproduire in vivo la production de force et le rendement énergétique aussi fidèlement que possible pendant ex vivo expériences de cycle de travail. Cette étude a choisi d'utiliser le muscle EDL de souris comme « avatar » du muscle GM de rat, car le EDL de souris et le GM de rat sont tous deux principalement constitués de fibres musculaires à contraction rapide20,21. Les deux muscles sont des moteurs ...

Cet article détaille la méthodologie d’émulation de la production de force musculaire in vivo lors d’expériences de boucle de travail ex vivo à l’aide d’un muscle « avatar » d’un rongeur de laboratoire pour évaluer les contributions des transitoires de tension et de l’activation à la réponse de la force musculaire.

« Avatar », une boucle de travail ex vivo modifiée utilisant une déformation et une activation in vivo

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

L’objectif de mon laboratoire est de comprendre la fonction musculaire in vivo en développant de nouveaux paradigmes expérimentaux pour les expériences ex vivo et des modèles qui se rapportent vraiment à la fonction musculaire in vivo. Le type d’expériences et de modèles que nous avons utilisés au cours des 20 dernières années, il est devenu de plus en plus évident qu’ils ne sont pas vraiment liés à la fonction musculaire in vivo. À l’heure actuelle, il existe un manque de connaissances entre les approches descendantes qui mesurent la fonction musculaire in vivo pendant les mouvements dynamiques des humains et des animaux, et les approches ascendantes qui utilisent des expériences contrôlées ex vivo et/ou in situ qui mesurent la mécanique musculaire dans des conditions isométriques et/ou isotoniques.Nous essayons de concevoir des expériences ex vivo et in situ physiologiquement pertinentes qui informent la mécanique musculaire in vivo. La technique la plus couramment utilisée dans notre domaine est la technique de la boucle de travail sinusoïdale développée par Bob Josephson au milieu des années 1980. Cette technique utilise des trajectoires de souche sinusoïdale ou parfois satu à des fréquences in vivo avec des modèles de stimulation in vivo pour émuler la fonction musculaire in vivo.Cependant, notre technique Avatar démontre que les déviations des trajectoires de déformation purement sinusoïdales résultant du contact du pied pendant la locomotion terrestre sont des déterminants importants de la force musculaire et du travail.

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Ici, nous développons les outils nécessaires...

Ex vivo d&#39;imagerie en temps réel de simples divisions cellulaires dans neuroépithélium de souris

Expérience dépendant des changements moléculaires dans les neurones sont essentiels pour la capacité du cerveau à s'adapter en réponse à des problèmes de comportement.

In Vivo Imagerie biphotonique d&#39;expérience qui dépendent des changements moléculaires dans les neurones corticaux

Ex vivo ERG peut être utilisé pour enregistrer l’activité électrique des cellules rétiniennes directement à partir de rétines intactes isolées d’animaux ou d’humains. Nous démontrons ici comment les systèmes ERG in vivo courants peuvent être adaptés aux enregistrements ERG ex vivo afin de disséquer l’activité électrique des cellules rétiniennes.

Simultané<em&gt; Ex vivo</em&gt; Tests fonctionnels de deux rétines par<em&gt; In vivo</em&gt; Système Électrorétinogramme

L'objectif de ce protocole est de démontrer comment surveiller la dynamique des protéines étiquetées par fluorescence sur des surfaces de cellules végétales avec angle variable épifluorescence microscopie, montrant clignoter points de GFP-tagged PATR1, une protéine de trafic membranaire, dans le cortex cellulaire du complexe stomatique dans Arabidopsis thaliana.

Imagerie en temps réel des plantes Dynamics de surface cellulaire avec angle variable épifluorescence Microscopie

La microscopie électronique (EM) 2D à grande échelle, ou nanotomie, est l’application à l’échelle tissulaire de la résolution EM à l’échelle nanométrique. Nous décrivons ici une méthode universelle de nanotomie appliquée pour étudier le cerveau des larves de poisson-zèbre en bonne santé et lors de lésions cérébrales non invasives.

Numérisation Transmission à grande échelle Electron Microscopy (Nanotomy) de santé et de blessés Zebrafish cerveau

Cette méthode fournit un moyen de coupler l'optogénétique et les capteurs de calcium génétiquement codés pour imager les niveaux cytosoliques de base de calcium et les changements dans les transitoires évoquées de calcium dans les muscles de la paroi du corps de l'organisme modèle C. elegans.

In Vivo Calcium Imaging in C. elegans Body Wall Muscles In Vivo Calcium Imaging in C. elegans Body Wall Muscles In Vivo Calcium Imaging in C. elegans Body Wall Muscles In Vivo

Nous présentons un protocole pour étudier la distribution des mitochondries et du réticulum endoplasmique dans les cellules entières après modification génétique utilisant la lumière corrélative et la microscopie électronique de volume comprenant la peroxidase d'ascorbate 2 et la coloration de peroxidase de raifort, sectionnement en série des cellules avec et sans le gène cible dans la même section, et imagerie en série par microscopie électronique.

Imagerie des mitochondries et du réticulum endoplasmique par microscopie corrélative de lumière et d'électron de volume

La modification de l’équipement existant de réseau multiélectrodes ou de pince patch rend l’électrorétinogramme ex vivo plus largement accessible. Des méthodes améliorées pour enregistrer et maintenir les réponses lumineuses ex vivo facilitent l’étude du photorécepteur et de la fonction des cellules ON-bipolaires dans la rétine saine, des modèles animaux de maladies oculaires et des rétines de donneurs humains.

Optimisation de la configuration et des conditions de l’électrorétinogramme ex vivo pour étudier la fonction de la rétine dans les petits et grands yeux

Nous présentons un protocole détaillé pour la microscopie corrélative à la lumière et à la lumière électronique post-intégration d’Epon en utilisant une protéine fluorescente appelée mScarlet. Cette méthode permet de maintenir simultanément la fluorescence et l’ultrastructure. Cette technique se prête à une grande variété d’applications biologiques.

Microscopie corrélative à la lumière et à la microscopie électronique post-intégration d’Epon

Un bioréacteur pression cyclique capable de soumettre des tissus de valves cardiaques à des conditions de pression physiologique et pathologique a été conçu. Un programme LabVIEW permet aux utilisateurs de contrôler l'ampleur de pression, l'amplitude et la fréquence. Ce dispositif peut être utilisé pour étudier la mécanobiologie des tissus de valves cardiaques ou des cellules isolées.

Conception d&#39;un bioréacteur pour la pression cyclique Ex Vivo Étude des valves cardiaques aortiques

Découvrez la technique des boucles de travail sinusoïdales pour étudier la physiologie musculaire ex vivo chez les rongeurs de laboratoire. Cette méthode permet d'évaluer la fonction musculaire in vivo avec précision.

« Avatar », une boucle de travail ex vivo modifiée utilisant une déformation et une activation in vivo

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