Name: אווטאר, ניסויי לולאת עבודה ex vivo מותאמים באמצעות מתח והפעלה in vivo (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-18T12:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: חקור את שיטת לולאת העבודה הסינוסואידלית לחקר פיזיולוגיית שרירים ביולוגיים. מחקר זה מציג מודלים אקס-ויווביים המחקים תפקוד שרירים אמיתי בתנאי אורגניזם חי.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

אנו מודים לד"ר ניקולאי קונאו על שסיפק את הנתונים ששימשו במחקר זה. ממומן על ידי NSF IOS-2016049 ו-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>

כל המחברים מודים שאין ניגוד אינטרסים.

בעוד שאורגניזמים נעים בצורה חלקה על פני נופים, העומסים והמתחים הבסיסיים שהשרירים חווים משתנים באופן דרסטי 1,6,23. הן במהלך תנועה in vivo 1,24 והן בניסויי "אווטאר", השרירים מגורים באופן תת-מקסימלי בתנאים מחזוריים ולא יציבים. יחסי הכוח-אורך האיזומטרי והכוח-מהירות האיזוטוניים אינם מתאימים היטב לחיזוי כוח השריר בתנאים אלה2. הבנת ההשפעות של מת...

בעלי חיים נעים משיגים הישגים אתלטיים מרשימים של סיבולת, מהירות וזריזות בסביבות מורכבות. תנועת בעלי חיים מרשימה במיוחד בניגוד למכונות מהונדסות על ידי בני אדם - היציבות והזריזות של רובוטים בעלי רגליים, תותבות ושלדים חיצוניים נותרו גרועות בהשוואה לבעלי חיים. תנועת רגליים בשטח טבעי דורשת שליטה מדויקת והתאמות מהירות כדי לשנות את המהירות ולתמרן תכונות סביבתיות הפועלות כהפרעות בלתי צפויות1,2,3,4. עם זאת, הבנת תנועה לא יציבה היא מאתגרת מטבעה מכיוון שהדינמיקה תלויה באינטראקציות מורכבות בין הסביבה הפיזית, מכניקת השרירים והשלד ושליטה סנסורית-מוטורית1,2. תנועת רגליים דורשת תגובה להפרעות בלתי צפויות עם עיבוד רב-מודאלי מהיר של מידע חושי והפעלה מתואמת של גפיים ומפרקים1,5. בסופו של דבר, התנועה מתאפשרת על ידי שרירים המייצרים כוח באמצעות תכונות מכניות מהותיות של מערכת השלד והשרירים כמו גם משליטה עצבית1,5,6,7. שאלה בולטת של נוירומכניקה היא כיצד גורמים אלה מתקשרים כדי לייצר תנועה מתואמת בתגובה להפרעות בלתי צפויות. הטכניקה הבאה משתמשת בתגובה המכנית הפנימית של השריר לעיוות באמצעות מסלולי מתח in vivo במהלך ניסויים ex vivo הניתנים לשליטה עם שריר "אווטאר".
טכניקת לולאת עבודת השרירים סיפקה מסגרת חשובה להבנת מכניקת השרירים הפנימית במהלך תנועות מחזוריות8,9,10. טכניקת לולאת העבודה המסורתית מניעה את השרירים דרך מסלולי מתח מוגדרים מראש, בדרך כלל סינוסואידים, באמצעות תדרים ודפוסי הפעלה שנמדדו במהלך ניסויים in vivo2,8,9,11. שימוש במסלולי אורך סינוסואידליים יכול להעריך באופן מציאותי את העבודה ותפוקת הכוח במהלך טיסה12 ו-swimming2 בתנאים שבהם בעלי חיים אינם עוברים שינויים מהירים במסלולי המתח עקב אינטראקציה עם הסביבה וקינמטיקה של שרירים ושלד. עם זאת, מסלולי מתיחת שרירים in vivo במהלך תנועת רגליים נובעים באופן דינמי מאינטראקציות בין הפעלה עצבית, קינמטיקה של שרירים ושלד ועומסים המופעלים על ידי הסביבה5,7,13,14. יש צורך בטכניקת לולאת עבודה מציאותית יותר כדי לחקות עומסים, מסלולי מתח וייצור כוח התואם את הדינמיקה של שריר-גיד in vivo ומספק תובנה לגבי האופן שבו מכניקת שרירים פנימית ושליטה עצבית מתקשרים כדי לייצר תנועה מתואמת מול הפרעות.
כאן, אנו מציגים דרך חדשה לחקות כוחות שרירים in vivo במהלך תנועת הליכון על ידי שימוש בשריר "אווטאר" ממכרסם מעבדה במהלך ניסויים מבוקרים ex vivo עם מסלולי מתח in vivo המייצגים עומסי in vivo משתנים בזמן. שימוש במסלולי המתח הנמדדים in vivo משריר מטרה על שרירים מחיית מעבדה במהלך ניסויים מבוקרים ex vivo יחקה עומסים שחווים במהלך תנועה. בניסויים המתוארים כאן, שריר ex vivo mouse ex vivo extensor digitorum longus (EDL) משמש כ"אווטאר" לשריר הגסטרוקנמיוס המדיאלי (MG) של חולדה in vivo במהלך הליכה, ריצה ודהירה על הליכון13. גישה זו דומה לטכניקת לולאת העבודה, אלא שמסלולי המתח in vivo מותאמים כראוי ונכפים על שרירי עכבר ex vivo המחוברים למנוע סרוו. בעוד ששרירי ה-EDL של העכבר שונים בגודל, בסוג הסיבים ובארכיטקטורה בהשוואה לחולדה MG, ניתן לשלוט בהבדלים אלה. טכניקת ה"אווטאר" מאפשרת לאדם: (1) לחקות מתח, הפעלה, תדירות צעדים ודפוסי לולאת עבודה; (2) לשנות את הדפוסים הללו כך שיתאימו לתגובות הכוח in vivo בצורה המדויקת ביותר; ו-(3) לשנות מאפיינים ספציפיים של מתח ו/או הפעלה בשילובים מבוקרים כדי לבחון השערות מכניסטיות.

<table><tbody><tr><td>תפר משי קלוע שאינו נספג 4-0&nbsp;</td><td>מרסילק&nbsp;</td><td>734H</td><td></td></tr><tr><td>סידן כלוריד דיהידרט (CaCl2)</td><td>סיגמא-אולדריץ</td>' <td>1086436</td><td>קרבס-הנסליט&nbsp; תמיסה</td></tr><tr><td>: דקסטרוז&nbsp;</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>D9434</td><td>קרבס-הנסלייט&nbsp; פתרון</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>PHR1428</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; תמיסה</td></tr><tr><td>: חומצה הידורכלורית (HCl)&nbsp;</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>1.37055</td><td>קרבס-הנסלייט&nbsp; פתרון</td></tr><tr><td>LabView איסוף נתונים&nbsp;</td>מגנזיום גופרתי <td>(</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MgSO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M7506</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; תמיסה</td></tr><tr><td>אשלגן כלורי (KCl)&nbsp;</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>P3911</td><td>קרבס-הנסלייט&nbsp; תמיסה</td></tr><tr><td>אשלגן פוספט מונו-בסיסי (KH2PO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>5.43841</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; פתרון</td></tr><tr><td>S88 דשא ממריץ</td><td></td><td>M643H05</td><td>זמין לרכישה במערכת</td></tr><tr><td>המנוף מסדרת Ebay 300B</td><td>Aurora</td><td>1200A</td><td>כולל אמבט רקמות מעטפת מים</td></tr><tr><td>נתרן ביקרבונט (NaHCO3)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; תמיסה</td></tr><tr><td>נתרן כלורי (NaCl)&nbsp;</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>S9888</td><td>קרבס-הנסלייט&nbsp; תמיסה</td></tr><tr><td>נתרן הידרוקסיד (NaOH)</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>S5881</td><td>קרבס-הנסלייט&nbsp; פתרון</td></tr><tr><td>עכברים מסוג בר</td><td>מעבדת ג'קסון</td><td>B6C3Fe a/a Ttn mdm/J</td><td></td></tr></tbody></table>

"אווטאר", ניסויי לולאת עבודה ex vivo מותאמים באמצעות מתח והפעלה in vivo

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

התנהגויות תנועה הן מאפיינים מתעוררים של מערכות דינמיות הנובעות מייצור כוח שרירים ותפוקת עבודה. יחסי הגומלין בין מערכות עצביות ומכניות מתרחשים בכל רמות הארגון הביולוגי בו זמנית, החל מכוונון תכונות שרירי הרגליים בזמן הריצה ועד לדינמיקה של הגפיים המקיימות אינטראקציה עם הקרקע. הבנת התנאים שבהם בעלי חיים משנים את אסטרטגיות הבקרה העצבית שלהם לעבר מכניקת שרירים פנימית ('פרפלקסים') בהיררכיית הבקרה תאפשר למודלים של שרירים לחזות את כוח השריר in vivo ולעבוד בצורה מדויקת יותר. כדי להבין את מכניקת השרירים in vivo, נדרשת חקירה ex vivo של כוח השריר ועבודה בתנאי מתח ועומס משתנים דינמית הדומים לתנועה in vivo. מסלולי מתח in vivo מציגים בדרך כלל שינויים פתאומיים (כלומר, מעברי מתח ומהירות) הנובעים מאינטראקציות בין הפעלה עצבית, קינמטיקה של שרירים ושלד ועומסים המופעלים על ידי הסביבה. המטרה העיקרית של טכניקת ה"אווטאר" שלנו היא לחקור כיצד השרירים מתפקדים במהלך שינויים פתאומיים בקצב המתח והעומס כאשר התרומה של תכונות מכניות מהותיות לייצור כוח השריר עשויה להיות הגבוהה ביותר. בטכניקת "אווטאר", גישת לולאת העבודה המסורתית משתנה באמצעות מסלולי מתח נמדדים in vivo ואותות אלקטרומיוגרפיים (EMG) מבעלי חיים במהלך תנועות דינמיות כדי להניע את שרירי ex vivo דרך מחזורי קיצור מתיחה מרובים. גישה זו דומה לטכניקת לולאת העבודה, אלא שמסלולי המתח in vivo מותאמים כראוי ונכפים על שרירי עכבר ex vivo המחוברים למנוע סרוו. טכניקה זו מאפשרת לאדם: (1) לחקות מתח in vivo, הפעלה, תדירות צעדים ודפוסי לולאת עבודה; (2) לשנות את הדפוסים הללו כך שיתאימו לתגובות הכוח in vivo בצורה המדויקת ביותר; ו-(3) לשנות מאפיינים ספציפיים של מתח ו/או הפעלה בשילובים מבוקרים כדי לבחון השערות מכניסטיות.

מטרת ניסויי ה-"avatar" היא לשחזר את ייצור הכוח והתפוקת העבודה in vivo בצורה המדויקת ביותר האפשרית במהלך ניסויי לולאות עבודה ex vivo. במחקר זה נבחר להשתמש בשריר ה-EDL של עכבר כ-"avatar" עבור שריר ה-MG של חולדה, מכיוון ששני השרירים הללו מורכבים בעיקר משרירים בעלי התכווצות מהירה20,21. שני השרירים הם מניעים עיקריים של מפרק הקרסול (EDL הוא dorsiflexor של הקרסול, MG הוא plantarflexor של הקרסול) עם זוויות פנציה דומות (EDL של עכבר 12.4 + 2.12°<sup class...

מאמר זה מפרט את המתודולוגיה לחיקוי ייצור כוח שריר in vivo במהלך ניסויי לולאת עבודה ex vivo באמצעות שריר "אווטאר" ממכרסם מעבדה כדי להעריך את התרומות של מעברי מתח והפעלה לתגובת כוח השריר.

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

מטרת המעבדה שלי היא להבין את תפקוד השרירים in vivo על ידי פיתוח פרדיגמות ניסיוניות חדשות לניסויים ומודלים ex vivo שבאמת מתייחסים לתפקוד שרירי in vivo. סוג הניסויים והמודלים שהשתמשנו בהם במהלך 20 השנים האחרונות, נעשה יותר ויותר ברור שהם באמת לא קשורים לתפקוד השרירים in vivo. נכון לעכשיו, קיים פער ידע בין גישות מלמעלה למטה המודדות את תפקוד השרירים in vivo במהלך תנועות דינמיות של בני אדם ובעלי חיים, לבין גישות מלמטה למעלה המשתמשות בניסויים מבוקרים ex vivo ו/או in-situ המודדים מכניקת שרירים בתנאים איזומטריים ו/או איזוטוניים.אנו מנסים לתכנן ניסויים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית ex vivo ו-in situ המיידעים את מכניקת השרירים in vivo. הטכניקה הנפוצה ביותר בתחום שלנו היא טכניקת לולאת העבודה הסינוסואידית שפותחה על ידי בוב ג'וזפסון באמצע שנות ה-80. טכניקה זו משתמשת במסלולי מתח סינוסואידיים או לפעמים סאטו בתדרים in vivo עם דפוסי גירוי in vivo כדי לחקות את תפקוד השרירים in vivo.עם זאת, טכניקת האווטאר שלנו מדגימה שסטיות ממסלולי מתח סינוסואידיים טהורים הנובעות ממגע עם כף הרגל במהלך תנועה יבשתית הן גורמים חשובים לכוח השרירים ולעבודתם.

avatar-modified-ex-vivo-work-loop-experiments-using-vivo-strain

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

כאן אנו מפתחים את הכלים הדרושים...

Ex vivo הדמיה חיה של חלוקות תא יחיד בNeuroepithelium מאוס

שינויים מולקולריים חוויה תלויה בתאי עצב חיוניים ליכולתו של המוח להסתגל בתגובה לאתגרים התנהגותיים.

In vivo שני פוטוני הדמיה של שינויים מולקולריים ניסיון תלוי בנוירונים בקליפת מוח

Ex vivo ERG יכול לשמש לתיעוד פעילות חשמלית של תאי רשתית ישירות מרשתית שלמה מבודדת של בעלי חיים או בני אדם. אנו מדגימים כאן כיצד ניתן להתאים מערכות ERG in vivo להקלטות ERG ex vivo על מנת לנתח את הפעילות החשמלית של תאי הרשתית.

בו זמנית<em&gt; Vivo לשעבר</em&gt; בדיקות פונקציונליות של שתי הרשתיות על ידי<em&gt; In vivo</emמערכת electroretinogram&gt;

המטרה של פרוטוקול זה היא להדגים כיצד לפקח דינמיקת fluorescently- מתויג חלבון על משטחי תא צמח עם מיקרוסקופיה epifluorescence זווית משתנה, מראה מהבהב נקודות של PATROL1 מתויג GFP, חלבון סחר קרום, בקליפת התא של המתחם הפיוניות ב thaliana ארבידופסיס.

הדמיה של Dynamics שטח תא הצמח עם זווית משתנה epifluorescence מיקרוסקופית בזמן אמת

מיקרוסקופ אלקטרונים דו-ממדי בקנה מידה גדול (EM), או ננוטומיה, הוא יישום כלל-רקמתי של EM ברזולוציה ננומטרית. כאן אנו מתארים שיטה אוניברסלית לננו-טומיה המיושמת כדי לחקור את מוח זחל דג הזברה בבריאות ובפגיעה מוחית לא פולשנית.

סריקה הילוכים בקנה מידה גדול מיקרוסקופית אלקטרונים (Nanotomy) של בריאה ונפצעו דג הזברה המוח

שיטה זו מספקת דרך לזוג אלקטרואופטיקה וחיישני סידן מקודד גנטית לתמונה בסיסית ציטוסולג רמות סידן ושינויים בארעיות הסידן מעורר בשרירי הגוף של האורגניזם מודל ג. אלגיה.

בשנת הדמיה Vivo סידן בג. אלגיה שרירי הגוף

אנו מציגים פרוטוקול כדי ללמוד את התפלגות המיטוסקופיה ורשתית העין בתאים שלמים לאחר שינוי גנטי באמצעות מיקרוסקופ האור והנפח האלקטרונים כולל ascorbate peroxidase 2 ו לחזרת peroxidase צביעת, שינוי סדרתי של תאים עם ובלי גן היעד באותו מקטע, והדמיה טורית דרך אלקטרון מיקרוסקופ.

הדמיה של מיקרוסקופיה ואנדופלזמית באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים באור ונפח

שינוי של מערך multielectrode קיים או ציוד מהדק תיקון עושה את ex vivo electroretinogram נגיש יותר. שיטות משופרות לתיעוד ושמירה על תגובות אור ex vivo מקלות על חקר תפקוד התאים הפוטורצפטורים וה-ON-דו-קוטביים ברשתית הבריאה, מודלים של בעלי חיים של מחלות עיניים ורשתיות של תורמים אנושיים.

אופטימיזציה של ההגדרה והתנאים עבור אלקטרורטינוגרמה של Ex Vivo כדי לחקור את תפקוד הרשתית בעיניים קטנות וגדולות

אנו מציגים פרוטוקול מפורט עבור מיקרוסקופ אור מתאם ומיקרוסקופ אלקטרונים לאחר הטבעה של Epon באמצעות חלבון פלואורסצנטי הנקרא mScarlet. שיטה זו יכולה לשמור על הפלואורסצנטיות ועל מבנה העל בו זמנית. טכניקה זו מקובלת על מגוון רחב של יישומים ביולוגיים.

הטבעת אור מתאם ומיקרוסקופ אלקטרונים

Bioreactor לחץ מחזורית מסוגל להעמיד שסתום רקמת לב לתנאי הלחץ פיזיולוגיים ופתולוגיים תוכנן. תוכנית LabVIEW מאפשר למשתמשים לשלוט על גודל הלחץ, משרעת ותדירות. מכשיר זה יכול לשמש כדי לחקור את mechanobiology של רקמת לב שסתום או תאים בודדים.

עיצוב של bioreactor לחץ על מחזורי Ex Vivo מחקר של מסתמי הלב אבי העורקים

חקור את שיטת לולאת העבודה הסינוסואידלית לחקר פיזיולוגיית שרירים ביולוגיים. מחקר זה מציג מודלים אקס-ויווביים המחקים תפקוד שרירים אמיתי בתנאי אורגניזם חי.

"אווטאר", ניסויי לולאת עבודה ex vivo מותאמים באמצעות מתח והפעלה in vivo

גלה סרטונים נוספים