RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Emanuele Rizzuto1, Simona Pisu2, Carmine Nicoletti2, Zaccaria Del Prete1,3, Antonio Musarò2,3
1Department of Mechanical and Aerospace Engineering,Sapienza University of Rome, 2Institute Pasteur Cenci-Bolognetti, DAHFMO-Unit of Histology and Medical Embryology,Sapienza University of Rome, 3Center for Life Nano Science@Sapienza,Istituto Italiano di Tecnologia
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
הערכה תפקודית של צומת עצב-שריר (NMJ) יכול לספק מידע חיוני על התקשורת בין שריר ועצב. כאן נתאר פרוטוקול להעריך באופן מקיף פונקציונליות NMJ והן שריר באמצעות שני תכשירים שריר-עצב שונים, קרי הסוליה-פציעה, דיאפרגמה-הסרעפת.
צומת עצב-שריר (NMJ) פונקציונליות ממלא תפקיד מרכזי כשלמדתי מחלות בהן התקשורת בין נוירון מוטורי השריר הוא לקוי, כגון הזדקנות נוירודגנרטיביות (ALS). כאן נתאר טיפול נסיוני זה יכול לשמש כדי למדוד NMJ פונקציונליות על ידי שילוב של שני סוגים של גירוי חשמלי: ישיר שריר ממברנה גירוי, הגירוי דרך העצב. השוואת השריר בתגובה stimulations שונים שני אלה יכולים לעזור להגדיר, ברמה תפקודית, שינויים NMJ פוטנציאל להוביל לירידה תפקודית בשריר.
Ex vivo תכשירים מתאימים ללימודים ומבוקרות היטב. כאן נתאר פרוטוקול אינטנסיבית כדי למדוד את מספר הפרמטרים של שריר ופונקציונליות NMJ עבור הכנת עצב הסוליה-פציעה, הכנת עצב הסרעפת-הסרעפת. הפרוטוקול נמשך כ- 60 דקות, והוא מנוהל רציפה ותקינה של בעלי על-ידי מחוייט תוכנה המודדת את המאפיינים קינטיקה עווית הגומלין בתדר כוח עבור שריר וגם עצב stimulations, שני פרמטרים ספציפיים NMJ פונקציונליות, קרי עצבית כשל ועייפות intratetanic. מתודולוגיה זו נעשה שימוש כדי לזהות נזקים בהכנות עצב-שריר הסוליה והסרעפת באמצעות העכבר הטרנסגניים SOD1G93A , מודל ניסיוני של ALS זה ubiquitously overexpresses את חמצון מוטציה האנזימים סופראוקסיד דיסמוטאז 1 (SOD1).
צומת עצב-שריר (NMJ) היא סינפסה כימית שהוקמה על ידי הקשר בין את motor endplate של סיבי השריר הדנדריטי לאקסון מוטור נוירון מסוף. NMJ הוכח לשחק תפקיד מכריע כאשר התקשורת בין שריר עצב הוא לקוי, כמו הזדקנות או נוירודגנרטיביות (ALS). כמו שריר ועצב לתקשר דו-כיוונית דרך1,2, היכולת למדוד פגמים NMJ בנפרד מן השריר פגמים עשויים לספק תובנות חדשות הגומלין physiopathological שלהם. אכן, הערכה תפקודית זו עשוי לעזור כדי להעריך אם שינויים מורפולוגיים או ביוכימי להפחית עצבית איתות פונקציונליות.
ההשוואה של שריר כויץ תגובה שהפיק גירוי עצבי ואת התגובה של אותו שריר עורר על ידי גירוי ישיר של הממברנה שלו הוצע כמו מדידה עקיפות של NMJ פונקציונליות. ואכן, מאז ממברנה גירוי על ידי עובר עצבית איתות, ייתכן ולשייך כל ההבדלים ביומן שתי התגובות כויץ לשינויים ב- NMJ. גישה זו יש בהרחבה תעצומ חולדות3,4,5,6,7, והוא משמש גם כדי לאסוף מידע על העכבר מודלים8,9,10,11,12.
כאן, אנו מתארים בפרוטרוט הליך בלו ולבדוק שני שריר-עצב ההכנות, כלומר את ההכנות הסוליה-פציעה, דיאפרגמה-הסרעפת. שימוש של מחוייט תוכנה, עיצבנו פרוטוקול בדיקה רציפה המשלבת את המדידה של מספר פרמטרים המאפיינות פונקציונליות NMJ והן שריר, ובכך מניב הערכה מקיפה של נזק NMJ בנפרד מזה של השריר. בפרט, הפרוטוקול מודד הכוח עווית, קינטיקה של שרירים, עקומת כוח-תדירות עבור ישיר, עצב stimulations, כשל עצבית13 פיטורים ואת התדרים tetanic, וגם את עייפות intratetanic7.
כל הניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת סאפיאנצה ברומא - היחידה להיסטולוגיה ואמבריולוגיה רפואית ובוצעו בהתאם לגרסה הנוכחית של החוק האיטלקי להגנת בעלי חיים.
1. מערך ניסיוני
2. הערכות של תכונות ההתכווצות NMJ של שרירי הסוליה והסרעפת

איור 1 - הכנת עצב סולאוס-סיאטיק. עצב סולאוס-סיאטי במהלך פעולה כירורגית לבדיקות התפקודיות. הסיאטיק נחשף באמצעות זוג מלקחיים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2 - הכנת עצב סרעפת-פרני. התמונה מציגה שלב של כריתת הכנת העצב הסרעפת-פרני (A) והרצועה שיש להרכיב לבדיקות תפקודיות (B). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
| סוג הניסוי | תדירות | משך | חזרות | גירוי שרירים או עצבים | תכלית |
| (הרץ) | (ש) | ||||
| עווית | דופק יחיד | 1 | שריר | כוח עווית וקינטיקה | |
| מנוחה | 30 | ||||
| עווית | דופק יחיד | 1 | חוצפה | ||
| מנוחה | 30 | ||||
| עווית | דופק יחיד | 1 | שריר | ||
| מנוחה | 30 | ||||
| עווית | דופק יחיד | 1 | חוצפה | ||
| מנוחה | 120 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 40 | 0.8 | 1 | חוצפה | עקומות כוח/תדר לגירוי עצבים ושרירים |
| מנוחה | 180 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 60 | 0.8 | 1 | שריר | |
| מנוחה | 180 | ||||
| טטנוס מאוחה | 80 | 0.8 | 1 | חוצפה | |
| מנוחה | 180 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 20 | 0.8 | 1 | שריר | |
| מנוחה | 180 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 60 | 0.8 | 1 | חוצפה | |
| מנוחה | 180 | ||||
| טטנוס מאוחה | 80 | 0.8 | 1 | שריר | |
| מנוחה | 180 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 20 | 0.8 | 1 | חוצפה | |
| מנוחה | 180 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 40 | 0.8 | 1 | שריר | |
| מנוחה | 300 | ||||
| פרדיגמת עייפות | 35 | 0.8 | 1 גירוי שרירים ואחריו 14 גירויים עצביים עם זמן מנוחה של 1.2 שניות כל אחד, שחזרו על עצמם 20 פעמים | כשל בהולכה עצבית (NF) | |
| מנוחה | 900 | ||||
| פרדיגמת עייפות | 80 | 0.8 | 1 גירוי שרירים ואחריו 14 גירויים עצביים עם זמן מנוחה של 1.2 שניות כל אחד, שחזרו על עצמם 20 פעמים | כשל בהולכה עצבית (NF) ועייפות אינטראטנית (IF) | |
טבלה 1 - פרוטוקול גירוי עצבי סולאוס-סיאטי הטבלה מפרטת את רצף הבדיקות המהוות את הפרוטוקול המלא לבדיקת תכשירים עצביים סוליים-סיאטיים.
| סוג הניסוי | תדירות | משך | חזרות | גירוי שרירים או עצבים | תכלית |
| (הרץ) | (ש) | ||||
| עווית | דופק יחיד | 1 | שריר | כוח עווית וקינטיקה | |
| מנוחה | 30 | ||||
| עווית | דופק יחיד | 1 | חוצפה | ||
| מנוחה | 30 | ||||
| עווית | דופק יחיד | 1 | שריר | ||
| מנוחה | 30 | ||||
| עווית | דופק יחיד | 1 | חוצפה | ||
| מנוחה | 120 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 60 | 0.5 | 1 | חוצפה | עקומות כוח/תדר לגירוי עצבים ושרירים |
| מנוחה | 120 | ||||
| טטנוס מאוחה | 100 | 0.5 | 1 | שריר | |
| מנוחה | 180 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 40 | 0.5 | 1 | חוצפה | |
| מנוחה | 120 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 20 | 0.5 | 1 | שריר | |
| מנוחה | 120 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 80 | 0.5 | 1 | חוצפה | |
| מנוחה | 150 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 80 | 0.5 | 1 | שריר | |
| מנוחה | 150 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 20 | 0.5 | 1 | חוצפה | |
| מנוחה | 120 | ||||
| טטנוס מאוחה | 100 | 0.5 | 1 | שריר | |
| מנוחה | 150 | ||||
| טטנוס מאוחה | 100 | 0.5 | 1 | חוצפה | |
| מנוחה | 180 | ||||
| טטנוס לא מאוחה | 60 | 0.5 | 1 | שריר | |
| מנוחה | 300 | ||||
| פרדיגמת עייפות | 35 | 0.33 | 1 גירוי שרירים ואחריו 14 גירויים עצביים עם זמן מנוחה של 0.67 שניות כל אחד, שחזרו על עצמם 20 פעמים | כשל בהולכה עצבית (NF) | |
| מנוחה | 900 | ||||
| פרדיגמת עייפות | 80 | 0.33 | 1 גירוי שרירים ואחריו 14 גירויים עצביים עם זמן מנוחה של 0.67 שניות כל אחד, שחזרו על עצמם 20 פעמים | כשל בהולכה עצבית (NF) ועייפות אינטראטנית (IF) | |
טבלה 2 - פרוטוקול גירוי עצבי דיאפרגמה-פרני. הטבלה מפרטת את רצף הבדיקות המהוות את הפרוטוקול המלא לבדיקת תכשירים עצביים סרעפתיים-פרניים.
3. ניתוח נתונים
הערה: בסוף הפרוטוקול חשב את כל הפרמטרים הרצויים כדלקמן.


4. ניתוח סטטיסטי
הערה: יש לבחור את מודלי הניתוח הסטטיסטי בהתאם להשוואה בין תגובת השרירים לגירוי עצבי וממברנה באותו מודל של בעלי חיים או בין 2 מודלים שונים של בעלי חיים18,19.
פרוטוקול שהסברנו מספק מידע על denervation פונקציונלי במספר מחלות נוירומוסקולריות או הזדקנות-sarcopenia. פרוטוקול זה יכול לשמש כדי לקבוע אם (, אם כן, באיזה רמה) שרירים המהווים עקב סלקטיבי שינויים המתרחשים בשריר עצמו או התמסורת neuromuscular. הנתונים המוצגים להלן הם תוצאה של עבודה קודמת מאת שלנו קבוצה18, שנערך על הדגם העכבר הטרנסגניים SOD1G93A של נוירודגנרטיביות בשלב הסופי של המחלה20. העכבר הטרנסגניים SOD1G93A overexpresses ubiquitously חמצון מוטציה האנזימים סופראוקסיד דיסמוטאז 1 (SOD1). דמויות 3 ו-4 מציגות את dF/dt ואת ערכי כוח tetanic על העצב הסוליה-פציעה (משמאל) ועל ההכנות עצב הסרעפת-הסרעפת (מימין). תוצאות אלה מדגימים את היכולת של השיטה המוצעת כאן כדי לזהות את הליקויים פונקציונלי הטרנסגניים שרירים הקשורים NMJ לעומת אלו הקשורים אך ורק השריר עצמו. אכן, dF/dt וגם כוח tetanic, שרירי הסוליה SOD1G93A מוצגים לתגובה כויץ מופחתת, לעומת שליטה שריר, כאשר ישירות מגורה, הפחתה נוספת אחרי גירוי דרך העצב. לעומת זאת, שינויים קלים נצפו באלה שני פרמטרים כאשר שריר הסרעפת רצועות היו מגורה דרך הממברנה, ואילו שינויים משמעותיים התגלו כאשר שריר הסרעפת זורז דרך העצב.

איור 3 - קינטיקה כויץ. התכוונתי ± SEM של dF/dt הסוליה (א) ודיאפרגמה (ב) ההכנות. הסוליה דגימות שכאשר האטה משמעותית למטה ישירות מגורה (-27%), לבין ירידה נוספת אחרי גירוי דרך העצב (-58%). דיאפרגמה דגימות המוצגים של האטה רק כאשר גירוי באמצעות העצב (-30%). חיבור מקורי ריזוטו et al. 18. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 4 - חיל tetanic. התכוונתי ± SEM של כוח מסוים tetanic הסוליה (א) ודיאפרגמה (ב) ההכנות. הסוליה דגימות שכאשר האטה משמעותית למטה ישירות מגורה (-26%), לבין ירידה נוספת אחרי גירוי דרך העצב (-50%). דיאפרגמה דגימות מוצגים ירידה בכוח רק כאשר גירוי באמצעות העצב (-44%). חיבור מקורי ריזוטו et al. 18. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
ההערכה עייפות intratetanic של הכישלון עצבית מותר NMJ פרמטרים ספציפיים שברצונך למדוד. איור 5 מציגה את הערכים הממוצע של עייפות intratetanic (אם) שנמדד במהלך הפרדיגמה tetanic עייפות שרירי הסוליה (איור 5A), הסרעפת רצועות (איור 5B). כפי שדווח במקטע פרוטוקול, הפרדיגמה עייפות שוהגשנו בקשה פותחה כך כדי להדגיש את NMJ. אבל לא את השריר. כתוצאה מכך, אם נמדד עבור גירוי השריר ישירה מעולם לא השתנה. אכן, אם שמחושב על הגירוי העצבי הוא הפרמטר להביא בחשבון להשוואות בין זנים שונים בעכבר. התוצאות שלנו להראות שאם היה נמוך באופן משמעותי הסוליה הטרנסגניים והן שרירי הסרעפת מאשר עמיתיהם שליטה. הבדל זה היה גדול יותר אצל הסרעפת, שבו זוהה פגם שריר קטן, קטן ב- הסוליה, שבו לנזק משמעותי כבר היה נמדד. זה כדאי לזכור כי מאז שריר הסוליה הטרנסגניים נפגע באופן משמעותי, ההערכה NMJ היה רק נכונות עבור עד 8 דקות של גירוי, אשר הוא הזמן שלוקח הטרנסגניים שרירים להחזיר את ערך null של כוח אחרי גירוי. הסוליה הטרנסגניים אם הערכים לאחר 8 דקות של גירוי בעיקרון אקספרס רעש.

איור 5 - עייפות intratetanic. עייפות intratetanic הסוליה (א) ודיאפרגמה (ב) שרירי להציג ירידה משמעותית הטרנסגניים NMJ פונקציונליות. ערכים הם זאת אומרת ± ב- SEM Adapted מ ריזוטו et al. 18. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6 מראה הכשל עצבית בתדר tetanic נמדד על הסוליה (איור 6A) ועל דגימות הסרעפת (איור 6B). עולה בקנה אחד עם התוצאות אם, אין פגם בעצבית זוהה שריר הסוליה, ואילו דגימות שריר הסרעפת המוצגים עלייה משמעותית צומת עצב-שריר fatigability.

איור 6 -עצבית כשל. כשל עצבית לא להציג שינויים הסוליה השרירים (A), בעוד מודגש ירידה משמעותית NMJ פונקציונליות בהטרנסגניים הסרעפת רצועות (ב). ערכים הם זאת אומרת ± ב- SEM Adapted מ ריזוטו et al. 18. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
המחברים אין לחשוף.
הערכה תפקודית של צומת עצב-שריר (NMJ) יכול לספק מידע חיוני על התקשורת בין שריר ועצב. כאן נתאר פרוטוקול להעריך באופן מקיף פונקציונליות NMJ והן שריר באמצעות שני תכשירים שריר-עצב שונים, קרי הסוליה-פציעה, דיאפרגמה-הסרעפת.
העבודה במעבדה של המחברים נתמכה על ידי רומא דל'אנג'לו ולהעניק הטלויזיונית (לא. GGP14066).
| מערכת מנוף דו-מצבית | אורורה סיינטיפיק בע"מ | מפעיל/מתמר | 300B |
| ממריץ דו-פאזי בעוצמה גבוהה | אורורה סיינטיפיק בע"מ | ממריץ דופק701B | (עצב) |
| ממריץ דו-פאזי בעל עוצמה גבוהה | אורורה סיינטיפיק בע"מ | ממריץ דופק701C | (שריר) |
| מנגנון שרירים במבחנה | אורורה סיינטיפיק בע"מ | אמבט רקמותהכנה 800A | |
| Radnoti | 158400 | ||
| מערכות יניקה מונופולריות | A-M | 573000 | עם הפניה תוצרת בית |
| אוסצילוסקופ | Tektronix | TDS2014 | |
| סטריאומיקרוסקופ | Nikon | SMZ 800 | |
| תאורת אור קר | אופטיקה פוטונית | PL 3000 | |
| לוח רכישה | National Instruments NI | PCIe-6353 | |
| בלוק מחבר | National Instruments | NI 2110 | |
| מחשב אישי | AMD Phenom II x4 970 | מעבד 3.50 Ghz עם Windows 7 | |
| LabView 2012 תוכנה | National Instruments | ||
| Krebs-Ringer Bicarbonate מאגר | סיגמא-אולדריץ' | K4002 | חיץ פיזיולוגי |
| נתרן ביקרבונט | Sigma-Aldrich | S5761 | |
| סידן כלורי CaCl2 | Sigma-Aldrich | C4901 | נטול מים, אבקה, ≥ 97% |
| חוצץ HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | ≥ 99.5% (טיטרציה) |
| כלים 60 מ"מ x 15 מ"מ | פלקון | 353004 | פוליסטירן |
| סיליקון | סילגארד | 184 סיליקון | ערכת אלסטומר 0.5 ק"ג. |
| תרמוסטט | Dennerle | DigitalDuomat 1200 | |
| משאבת | Newa Mini | MN 606 | לאקווריום |
| עמידות בחום Thermocable | Lucky Reptile | 61403-1 | 50/60Hz 50W |
| דלי | כל 10 ליטר | פוליפרופילן | |
| O2 + 5% | CO2 siad | ערבב גז | |
| #5 מלקחיים | Fine Science Tools | 11252-20 | 2 פריטים |
| מספריים קפיצים - 8 מ"מ להבים | Fine Science Tools | 15024-10 | כריתת עצבים |
| מספריים חדים | כלים מדעיים | 14059-11 | הסרת שרירים |
| מספריים עדינים | Wagner | 02.06.32 | חיצוני של החיה |
| ידית אזמל סטודנט #3 | כלי מדע עדין | 91003-12 | |
| להבי אזמל #10 | כלים מדעיים עדינים | 10010-00 | |
| להבי אזמל #11 | כלים מדעיים | 10011-00 | |
| חוט ניילון ואוסלאש; 0.16 מ"מ | כל |