機械評価のためのヒト筋学の上室から骨格筋生検の収集
September 27th, 2020
この技術報告書は、繊維損傷を制限する筋液脛節前部の生検のための修正されたベルクストローム技術のバリエーションを説明している。
ルール大学ボーフム、スポーツ科学部へようこそ。本日は、ヒト筋力脛骨前部の優れたコンパートメントから骨格筋生検の集積を実演する。生検技術は筋肉組織の採取に有効であるが、繊維力学の評価が困難なように、しばしば繊維が構造的に損傷を受ける。
ファイバーの損傷を制限し、繊維長を最大化し、人体繊維の機械的評価を行うことができる、変更されたBergstrom技術のバリエーションを提示します。デモンストレーションは、チームドクター、マルクス・デ・マーレス博士と研究科学者、ダニエル・ハーン博士とアンソニー・ヘッセルによって行われます。参加者と医師は最初に会合を開き、手順を検討し、議論します。
満足のいければ、参加者は自発的なインフォームド・コンセント契約に署名します。被験者に仰向けに寝て、手足をできるだけリラックスさせておいてください。チビアリス前者がたるみになるように参加者の足をドシフレックスする。
超音波プローブを使用して、脛骨前筋腹の内側の表面コンパートメントの横面を可視化し、主要な動脈または神経のない生検領域を同定する。最後に、コレクション針がこの点を超えて駆動されないように、中央アポンユーロシスの深さを記録します。超音波プローブを回転させて、特定された標的領域の矢状面にアクセスします。
筋の容積の画像を、目に見える筋のボリュームに保存します。手術ツールは、手順の前に滅菌され、準備され、完全に書かれたプロトコル内で記述されています。ベルクストロム針は先端の近くに窓を持っています。
この針の中には、シャフトを上下に移動し、針の窓の上を通過するときに筋肉を切断する小さな中空のトロカールがあります。トロカールの中には、トロカールから生検を押し出すために使用される小さなラムロッドがあります。針の窓に筋肉を引っ張るために、針の上部に吸引ホースが取り付けられ、針から空気を吸い出し、負圧で針窓から筋肉を引き抜く。
手順テーブルの上に仰向けに置き、足の筋肉をリラックスするように参加者に指示します。超音波画像の撮影中に使用されるわずかな足首の振動反射を複製し、処置中の回転を最小限に抑えるために足首関節を固定します。標的の切開部を剃り、消毒する。
次にエピネフリンを用いて2%キシロキチンの1.5 CCの表面的な注入を投与する。これは局所麻酔および容器の狭窄として機能する。影響時間は20~30分です。
スクリーンで生検の場所に患者の視線を取り除きます。以前にマークされた生検部位では、皮膚と鼻隠しを切断する無菌メスで遠位切開に1センチメートル近位を作り、基礎となる筋肉組織を露出させる。切開部の上に生検針を置き、皮膚に垂直に向けます。
生検針を半~1センチ筋肉に押し込みます。針の動きに対していくらかの耐光性があるかもしれませんが、余分な抵抗は異常であり、しばしば切開不通を示します。次に針を近位に遠位に向け、針を1~2センチに押し込んで筋肉に入れなさい。
針の正確な向きと移動深さは、参加者固有になります。そして、このように超音波検査に基づいています。注射器ホースを生検針に取り付け、針に負圧を作ります。
これは針の窓から筋肉組織を描きます。強引に筋肉を切除するために針の窓の上にトロカールを押します。脚から針を取り出し、組織処理のために技術者に渡します。
創傷テープまたは接着剤を使用して主に創傷を閉じ、傷口を感染や機械的摩耗から保護するためにドレッシングを適用します。立ち上がって歩き回るように参加者に指示する。彼らは痛いですが、すぐに歩き回ることができるでしょう。
生検ウィンドウから組織を取り除くために、まず組織を露出させ、次に針先を生理学的緩衝液で満たされた下品に沈め、筋肉が針から溶液に浮かぶまで針を激しく動かす。標準的な方法を用いて機械的評価のための筋肉組織を処理する。私たちは最近、このプロトコルを使用して参加者から22の生検を収集しました。
平均回収収量は100~200ミリグラムの筋肉組織を使用できる。各生検は、長さ3〜5ミリメートルの150〜300の損傷のない繊維を生み出した。繊維束をグリセロールで化学的に皮をむき、平均サルコメア長2.7ミクロンで高カルシウム溶液で活性化した。
適切に保存された生検は、数ヶ月間の機械的検査に実行可能です。この生検の手順は1時間かかります。生検による合併症は非常にまれであるが、最も可能性の高いのは、切開部位の感染である。
ヒトの筋肉生理学とバイオメカニクスにおける大きな課題は、運動と病気に対する筋肉のパフォーマンスの様々な適応を区別することです。運動や病気に対する繊維レベルの適応を適切に特定するために、生検は適切な技術である。しかし、組織抽出中の筋肉の損傷から保護するために注意する必要があります。
ここで示したプロトコルは、これらの目的のための筋肉組織の高い収率を提供します。
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
概要
この技術報告書では、前脛骨筋の生検のための改良されたBergström法のバリエーションを提示します。この方法は、繊維の損傷を最小限に抑え、筋繊維のより良い機械的評価を可能にすることを目的としています。
主要な研究構成要素
科学分野
- 神経科学
- スポーツ科学
- 筋肉生理学
背景
- 骨格筋生検は筋力学の研究に不可欠です。
- 従来の生検技術は筋繊維の構造的損傷を引き起こす可能性があります。
- 生検方法の改善は筋繊維力学の評価を向上させることができます。
- 前脛骨筋はこのような研究の重要な筋肉です。
研究目的
- 繊維損傷を減らす改良された生検技術を示す。
- より良い機械的評価のための繊維長を最大化する。
- 筋組織の収集のための信頼性の高い方法を提供する。
使用された方法
- 改良されたBergström法のデモンストレーション。
- 前脛骨筋の上部区画からの生検収集。
- チームの医師と研究科学者との協力。
- プロセスを説明するための参加者との事前相談。
主な結果
- 改良された技術は繊維損傷を成功裏に制限しました。
- 生検中に繊維長の増加が達成されました。
- 人間の筋繊維の機械的評価を促進しました。
- 臨床設定で有効性が実証されました。
結論
- 改良されたBergström法は筋生検方法の価値ある進歩です。
- 研究用筋繊維サンプルの品質を向上させます。
- このアプローチは筋力学の理解を改善することができます。
よくある質問
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.
