신경근육학 전기적 자극에 의​​해 근육 트레이닝의 Murine 모델

이 실험 절차의 전반적인 목표는 신경근 전기 자극을 이용한 근육 훈련의 마우스 모델을 시연하는 것입니다. 이를 위해 먼저 사람용으로 설계된 임상용 표면 전극을 마우스에 사용할 수 있는 표면 전극으로 개조한 다음, 동물을 마취시키고 자극을 위해 위치시킵니다. 그 후, 비골두 바로 원위측의 심비골신경 위에 표면 전극을 직접 배치합니다.

마지막 단계는 전방 굴곡근의 자극 프로토콜을 수행하는 것입니다. 최종적으로 조직학적 분석을 통해 골격근 혈관 분포의 증가가 확인되며, in situ 수축 테스트를 통해 최대 강직 강도의 증가가 나타납니다. 안녕하세요, 제 이름은 Fabrizio입니다.

저는 피츠버그 대학교 재활의학과 조교수이자 세포 재활 연구실의 책임자입니다. 오늘은 신경근 전기 자극을 이용한 근육 훈련의 미러링 모델을 시연해 드리겠습니다. 이번 시연의 첫 번째 파트에서는 임상에서 사용 가능한 표면 전극을 마우스의 골격근 자극에 사용할 수 있는 전극으로 수정하는 방법을 보여드리겠습니다.

두 번째 파트에서는 이러한 신경근 전기 자극 프로토콜을 실험에 구현하는 방법과 실제 양상을 밀접하게 모방하는 동물 모델 개발 방법을 시연하겠습니다. 임상 적용법을 사용하는 것은 골격근 생리학과 관련된 질문, 예를 들어 근육 활성화가 어떻게 기계적 신호 전달 반응을 유발하는지에 대한 답을 찾는 데 도움이 되며, 이를 분자, 세포 및 조직 수준에서 살펴볼 수 있기 때문에 중요합니다. 안녕하세요, 제 이름은 Ricardo Ferrari입니다.

저는 피츠버그 대학교 물리치료학과의 박사 과정 학생입니다. 근육 전기 자극은 근력을 강화하고 근육 치유를 촉진하기 위해 임상에서 흔히 사용되는 절차입니다. 하지만 최적의 매개변수로 어떤 것을 사용해야 하는지에 대해서는 여전히 많은 의문이 남아 있습니다.

이 동물 모델은 임상 환경에서 사용할 구체적인 전기 자극 프로토콜 개발에 도움이 될 수 있습니다. 전극을 준비하려면 6mm 길이의 금 핀 2개를 90도 각도로 구부리는 것부터 시작하십시오. 다음으로, 외부 절연체를 제거하여 두 구리 전선의 약 7cm 부분을 노출시킵니다.

그런 다음 커넥터의 전선을 약 3.5 millimeters 간격으로 배치된 두 개의 금 핀에 납땜합니다. 그 후, 절연과 고정을 위해 구리 전선과 금 핀의 연결 부위에 수축 튜브를 씌우고 가열합니다. 금 핀이 서로 평행한지 확인한 뒤, 팁이 일직선이 되도록 회로 기판에 꽂습니다. 다음으로, 투명 에폭시를 여러 번 도포하여 핀을 고정시키며, 각 도포 단계 사이에 에폭시를 완전히 건조시킵니다. 마지막으로, 에폭시를 샌딩하여 금 핀의 팁이 드러나게 합니다.

다음으로, 전압계를 사용하여 리드선이 전기적으로 단락되지 않았는지 확인합니다. 그 후 플라스틱 튜브를 사용하여 암컷 2방향 와이어 커넥터의 금속 핀을 절연합니다. 이어서 NMES 장치의 전극 리드를 암컷 2방향 와이어 커넥터에 연결합니다.

모든 절차는 피츠버그 대학교(University of Pittsburgh) Iacuc의 검토 및 승인을 받았으며, PHS Assured 및 alac. International 인증 프로그램 및 시설에서 수행되었습니다. 동물은 isof fluorine 흡입을 통해 마취시킵니다. 동물은 NMES 세션 전반에 걸쳐 마취 상태를 유지해야 합니다.

발가락 꼬집기 신전 반사 테스트를 통해 마취 상태를 확인해야 합니다. 그런 다음 동물을 측와위 자세로 놓습니다. 이어서 뒷다리를 면도하고 알코올로 닦아낸 후, 전극을 3% bleach로 닦습니다.

그 다음 물을 사용하여 펄스 지속 시간 150 microseconds 및 주파수 50 PP s를 포함한 자극 파라미터를 설정합니다. 이어서 자극 시간을 5초로 설정하고, 0.5초의 램프 업(ramp up)과 0.5초의 램프 다운(ramp down)을 설정합니다. 이렇게 하면 근육이 자극에 점진적으로 적응할 수 있어 동물이 더 편안함을 느낍니다.

그 후, 수축 사이의 휴지 시간을 10초로 설정합니다. 이는 원하는 효과에 따라 조정할 수 있으나, 휴지 시간을 줄이면 근피로가 더 빠르게 시작됩니다. 다음으로, 3% bleach와 물로 전극을 멸균한 후, 전경골근과 최장지신근을 포함한 전실 근육의 자극을 위해 전극에 전도성 젤을 도포하십시오. 표면 전극을 외측 대퇴 과 바로 원위쪽에 위치한 동물의 총회음신경 위에 직접 배치합니다.

자극을 주었을 때 발목의 완전한 등측굴곡과 손가락의 완전한 신전이 유도되면 전극의 배치가 확인된 것입니다. 반면, 손가락 신전 없이 발등의 등측굴곡만 일어나는 것은 전경골근만 자극되고 있음을 시사합니다. 다음으로, NMES 강도를 9 mA에서 시작하여 총 20회의 수축이 되도록 2세트의 수축을 완료하며, 세트 사이에는 5분간의 휴식 시간을 가집니다. 휴식 기간 동안에는 반대측 사지에 대한 자극을 수행합니다.

이제 동물을 회복 챔버에 넣습니다. 3~5개월령의 MDX skid 마우스에 4주 동안 NMES를 적용한 후, 헤마토실린-에오신 골격근 염색 결과 비자극 대조군과 비교했을 때 중심핵 섬유의 수가 증가하지 않은 것으로 나타났습니다. 이는 NMES 적용이 퇴행-재생 연쇄 반응을 유발하지 않음을 시사합니다.

내피세포 마커로서의 CD 31 면역조직화학 염색 결과, 자극을 받지 않은 대조군 생쥐에 비해 4주간의 NMES 처리는 처리된 근육의 유의미한 혈관 신생을 유도했음을 보여줍니다. 이 그림은 처리되지 않은 대조군 근육 대비 NMES 처리 근육의 최대 등척성 근력 증가를 나타냅니다. 이 기술을 숙달하면, 동물 한 마리당 프로토콜 완료까지 약 15분이 소요됩니다.

이 프로토콜에서 가장 어려운 부분은 원하는 근육 반응을 유도하기 위해 전극의 적절한 위치를 찾는 것입니다. 시청해 주셔서 감사합니다. 문의 사항이 있으시면 언제든지 저희 실험실로 연락해 주시기 바랍니다.