変更されたベルイストローム法を用いたヒト骨格筋生検手順
2014年9月10日
このビデオの目的は、人間の被験者に対する改良されたBergström骨格筋生検技術を紹介することです。
この手順の全体的な目標は、修正されたバーグストロム技術を使用して、人間のボランティアの広筋外側から骨格筋生検サンプルを作成することです。これは、最初に生検部位の皮膚と皮下組織に麻酔をかけることによって達成されます。第2ステップでは、皮膚の皮下組織を切開し、骨格筋を覆う筋膜を切開します。
次に、生検針を切開部から骨格筋に進め、最終ステップで生検サンプルを採取します。生検針を慎重に取り外し、切開部を外科用接着剤で閉じます。最終的には、骨格筋生検サンプルを組織学的分析用に調製し、さまざまな運動条件下での生化学的変化や特定のタンパク質や遺伝子の発現を分析することができます。
この方法は、激しい運動に対する生化学的、分子的、細胞的な反応は何かなど、骨格筋生理学の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。その手順を実演するのは、当院の医師であるジェラルド・フェリス博士と、当研究室の技師である田中マスキです。インフォームドコンセントを得た後、被験者にパッド入りのテーブルに仰向けになるように指示し、太ももを露出させた状態で脚をリラックスさせ、かかとの下に小さなタオルロールを巻き、膝が完全に伸びて約1センチメートル上昇します。
次に、被験者に露出した大腿筋を瞬間的に収縮させて、筋膜のすぐ前方にある広大な外側生検部位を視覚化できるようにします。ラタは、膝蓋骨の上部とより大きなトロカンターとの間の距離の約3分の1です。次に、バリカンを使用して生検部位の周りの約15 x 15センチメートルの領域から毛を取り除き、局所消毒剤にあらかじめ浸した綿棒でその領域を滅菌して、適切なPPEと浄化槽技術を使用して生検を採取します。
まず、皮膚が白くなっているように見えるまで、切開部位に塩化エチルをスプレーします。次に、25ゲージの針を真皮に水平に挿入し、針を吸引して約100マイクロリットルのリドカインを分注して、皮膚表面の下に直径2〜4ミリメートルのブブレを生成します。次に、針を皮下組織に進め、再度吸引し、約1ミリリットルのリドカインを分注して別のブレブを形成します。
2番目のブレブが治まったら、針を切開部位に挿入し、筋膜の表面で停止し、最後にもう一度針を吸引し、残りの4ミリリットルのリドカインをゆっくりと注入します。2〜3分後、滅菌メスの先端で生検部位を軽く調べて、麻酔を確認します。部位の準備ができたら、大腿骨に対して45度の角度で皮膚と皮下組織をまっすぐに1センチ切り開きます。
次に、各方向に1回ずつ、筋膜を筋肉に切開するのに十分な深さまでメスを挿入します。一般に、この方法に不慣れな個人は、局所麻酔薬を投与するとき、および皮膚皮下組織と筋膜を切断するときに、皮下組織と筋膜の間の抵抗の変化を感じることを学ぶため、忍耐強くなければなりません。次に、先端が筋膜に入るまで、切開と同じ角度で生検針を組織に導入します。
針が筋肉に前進するにつれて、筋膜のすぐ前まで下向きの角度で針を進めます。針が前進している間はリラックスしたままで、大腿部の筋肉を収縮させないように被験者に指示します。.次に、生検針が所定の位置に配置されたら、使い捨ての60ミリリットルシリンジを40〜50ミリリットルのマークまで開いて、生検針内に吸引力を作ります。
内側のトロカールを約1センチ引き出して、外側のカニューレの位置を筋肉内に維持しながら外側のカニューレの窓を開きます。次に、内側のトロカールをすばやく閉じて、筋肉サンプルを切断して収集します。次に、ストップコックを開いて吸引力を解放し、生検針を90度回転させ、これを最大3回繰り返して合計4つのクリップにします。
次に、針を取り外すときに生検針を大腿部から取り外します。内側のトロカールを1センチ後ろに引き、外側のカニューレの内腔を目視検査して、適切な量の組織が収集されたかどうかを推定します。滅菌ガーゼとアイスパックで生検部位に直接圧力をかけます 10〜15分間。
この間、生検針から組織を取り出します アイシング後、片方の手で切開部を引っ張り、もう一方の手で乾いた切開部の上に外科用接着剤の単層を塗布します。接着剤が約90秒間硬化した後、切開部に垂直にテープクロージャーを貼り、切開部位に3〜4枚の2×2インチの非滅菌ガーゼパッドを置き、自己接着性接着剤ラップで固定して組織に直接圧力をかけます。最後に、被験者に適切な創傷ケア、正常および異常な反応、および次の活動ガイドラインについて、1〜4日間口頭および書面で指示します。
無作為化プラセボ対照クロスオーバー研究では、男性の持久力アスリートは、70%VO O2 maxでトレッドミルを3時間走り、1時間あたり1リットルの割合で6%炭水化物またはプラセボ飲料を消費しました。運動前後に骨格筋組織生検を行ったところ、経験豊富な持久力アスリートから得られた骨格筋組織では、3時間のランニング後に種々のサイトカインの遺伝子発現が増加することが観察され、興味深いことに、骨格筋に影響を及ぼさなかったにもかかわらず、グリコーゲンの枯渇、炭水化物摂取がIL6およびIL8のmRNAレベルを減衰させることが観察された後、その発現が明らかになりました。この技術は、筋肉生理学の分野の研究者が、さまざまな強度の運動中の燃料基質の利用、運動による筋肉の損傷、細胞間シグナル伝達などの原理を探求する道を開きました。
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概要
このビデオでは、ヒト被験者を対象とした修正Bergström骨格筋生検法について解説します。この手順では、さらなる解析のために外側広筋から筋生検サンプルを採取することに焦点を当てています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 生物学
- 組織学
背景
- Bergström法は、筋生検に広く用いられている手法です。
- この手法により、さまざまな分析を行うための筋肉組織の採取が可能になります。
- 筋肉の組成を理解することは、代謝および生理学的反応を研究する上で極めて重要です。
- 本手法は、運動生理学や筋肉の健康状態に関する知見を提供します。
研究目的
- 骨格筋生検の改良法を提示すること。
- ヒトボランティアからの筋肉サンプルの採取を容易にすること。
- 組織学的および生化学的解析のためのサンプルを調製すること。
使用方法
- 生検部位の皮膚および皮下組織の麻酔。
- 皮膚、皮下組織、および筋膜を切開。
- 生検針を骨格筋内に刺入。
- 生検サンプルの採取後、外科用接着剤で切開部を閉鎖。
主要な結果
- 骨格筋生検サンプルの正常な採取。
- 組織学的解析に向けたサンプルの調製。
- 生化学的変化およびタンパク質発現を解析できる可能性。
- さまざまな運動条件下における筋肉の反応に関する知見。
結論
- 修正Bergström法は、筋生検に有効です。
- この手法により、筋肉組織の詳細な分析が可能になります。
- 本法を用いることで、筋生理学の理解を深めることができます。
よくある質問
産業界における重要性
改良版ベルクストローム骨格筋生検法により、ヒト筋肉組織の精密な採取が可能となり、運動生理学や代謝研究におけるメカニズム解析が促進されます。この手法は、トランスレーショナル研究および前臨床パイプラインにおいて、分子標的の検証や介入に対する生化学的反応の定量化を行う上で極めて重要です。高品質なヒト組織サンプルを安定的に確保できることは、予測の信頼性を高め、初期探索およびバイオマーカー開発におけるリスク調整後のポートフォリオ決定に寄与します。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- ヒト筋肉組織を直接的に解析することで、パスウェイおよびターゲットのバリデーションが可能になります。
- 介入に対する分子および細胞レベルの応答を分析できるため、メカニズムに基づいたリスク低減をサポートします。
- 疾患に関連するヒト組織において、候補ターゲットの機能的なバリデーションを促進します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 後続の組織学的および生化学的アッセイに、検証済みの生物学的サンプルを提供します。
- 定量的な分子解析に向けた、再現性のある組織調製を可能にします。
- 一貫したサンプルの品質とサイズを提供することで、アッセイの標準化をサポートします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 前臨床試験の結果をヒト組織の反応と整合させ、トランスレーショナルなバイオマーカーの開発を可能にします。
- 介入前後の縦断的なサンプリングをサポートすることで、探索段階から前臨床での検証までの継続性を確保します。
- メカニズムに関する知見をヒトの生物学的根拠に基づかせ、トランスレーショナルリサーチにおけるリスクを低減します。
パイプラインおよびワークフローの統合
この生検法は、初期探索、ターゲット検証、およびトランスレーショナルリサーチの接点に位置し、分子および細胞解析に不可欠なヒト組織サンプルを提供します。
- 探索生物学： ヒト筋肉における生化学的および遺伝子発現の変化を直接測定することで、仮説検証およびパスウェイの解明を支援します。
- スクリーニング： アッセイの開発およびバリデーションに適した、再現性のある定量的な組織サンプルを提供します。
- 分析： 定義された介入条件下でのタンパク質、遺伝子、および代謝物レベルの定量的読み取りを容易にします。
- トランスレーショナルリサーチ： ヒト被験者におけるバイオマーカーの整合性とメカニズム研究を可能にすることで、前臨床研究と臨床研究を橋渡しします。
- エンタープライズでの再利用： 複数の研究やプログラムにわたって適用可能な、ヒト筋肉サンプリングの標準化された再利用可能なプロトコルを確立します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：ターゲットバリデーションにおける予測の信頼性を高め、メカニズムの曖昧さを軽減します。
- 運用の価値：組織採取を標準化し、多施設共同研究における再現性とスケーラビリティを確保します。
- 戦略的価値：パイプラインの早期段階で堅牢なヒトデータを提示することで、go/no-goの意思決定を改善し、資本効率を向上させます。
- ポートフォリオへの影響：ヒト組織の根拠に基づいた、リスク調整後の優先順位付けおよびプログラムの推進を可能にします。
実施上の検討事項
- 生検の手順および無菌操作に関する臨床的な専門知識が必要です。
- 専用の生検針、麻酔剤、および組織学的または分子生物学的解析インフラへのアクセスが必要です。
- サンプルの取り扱いおよび処理プロトコルの、チーム間での標準化が求められます。
- さまざまな介入研究に適応可能ですが、アクセス可能な筋肉群および同意を得た被験者に限定されます。
- サンプルサイズおよび品質は、操作者の経験や被験者の特性によって異なる場合があります。
