Name: Avatar, In vivo 변형 및 활성화를 사용한 변형된 Ex vivo Work Loop 실험 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-18T12:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: 배우세요 생체 외 근육 기능 실험을 위한 새로운 실험 패러다임 개발 방법입니다. 실험용 설치류 근육을 아바타로 활용하여 생체 내 근육 역학을 정확히 반영하는 모델을 구축하고 근육 생리학 연구에 활용합니다.

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이 연구에 사용된 데이터를 제공해 주신 Nicolai Konow 박사님께 감사드립니다. NSF IOS-2016049 및 NSF DBI-2021832에서 자금을 지원합니다.

"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>

모든 저자는 이해 상충이 없음을 인정합니다.

유기체는 풍경을 가로질러 원활하게 이동하지만 근육이 경험하는 근본적인 부하와 긴장은 크게 다릅니다1,6,23. 생체 내 이동 1,24 및 "아바타" 실험 모두에서 근육은 주기적이고 비정상적인 조건에서 최대값 이하로 자극됩니다. 등척성 힘-길이 및 등장성 힘-속도 관계는 이러한 조건에서 근력을 예측하는 데 적합하지 않습니다2. 비정상 변형률(즉, 과도 현상) 및 하중의 영향을 이해하는 것은 생체 내 이동 중 힘 생성을 예측하는 데 필수적이므로 이러한 "아바타" 실험을 개발하는 주요 근거입니다2. "아바타" 실험을 통해 힘 출력을 측정하면서 근육 ...

움직이는 동물은 복잡한 환경에서 지구력, 속도, 민첩성이라는 인상적인 운동 능력을 발휘합니다. 동물의 운동은 인간이 공학적으로 만든 기계와 대조적으로 특히 인상적인데, 현재 다리를 가진 로봇, 의족 및 외골격의 안정성과 민첩성은 동물에 비해 열악합니다. 자연 지형에서 다리 모양의 이동은 예상치 못한 섭동으로 작용하는 속도와 기동 환경 기능을 변경하기 위해 정확한 제어와 신속한 조정이 필요합니다1,2,3,4. 그러나 비정상 이동을 이해하는 것은 역학이 물리적 환경, 근골격계 역학 및 감각 운동 제어 간의 복잡한 상호 작용에 의존하기 때문에 본질적으로 어렵습니다1,2. 다리 운동은 감각 정보의 신속한 다중 모드 처리와 팔다리 및 관절의 조정된 작동으로 예기치 않은 섭동에 대응해야 합니다1,5. 궁극적으로, 움직임은 근골격계의 고유한 기계적 특성과 신경 제어1,5,6,7. 신경 역학의 두드러진 질문은 이러한 요인들이 어떻게 상호 작용하여 예상치 못한 섭동에 반응하여 조정된 움직임을 생성하는가 하는 것입니다. 다음 기술은 "아바타" 근육을 사용하여 제어 가능한 생체 외 실험 중에 생체 내 변형 궤적을 사용하여 변형에 대한 근육의 고유한 기계적 반응을 활용합니다.
근육 운동 루프 기법은 주기적인 움직임 중 고유한 근육 역학을 이해하는 데 중요한 틀을 제공했습니다8,9,10. 전통적인 워크 루프 기법은 생체 내 실험 중에 측정된 주파수와 활성화 패턴을 사용하여 사전 정의된 일반적으로 사인파 변형 궤적을 통해 근육을 구동합니다2,8,9,11. 정현파 길이 궤적을 사용하면 동물이 환경 및 근골격계 운동학과의 상호 작용으로 인해 변형 궤적의 급격한 변화를 겪지 않는 조건에서 flight12 및 swimming2 동안 작업 및 전력 출력을 현실적으로 추정할 수 있습니다. 그러나 다리 운동 중 생체 내 근육 변형 궤적은 신경 활성화, 근골격계 운동학 및 환경에 의해 가해지는 하중 간의 상호 작용에서 동적으로 발생합니다5,7,13,14. 생체 내 근육-힘줄 역학에 해당하는 하중, 변형 궤적 및 힘 생성을 에뮬레이트하고 고유한 근육 역학과 신경 제어가 어떻게 상호 작용하여 섭동에 직면하여 조정된 움직임을 생성하는지에 대한 통찰력을 제공하는 보다 현실적인 작업 루프 기술이 필요합니다.
여기에서는 시간에 따라 변하는 생체 내 하중을 나타내는 생체 내 변형 궤적을 사용하여 통제된 생체 외 실험 중에 실험실 설치류의 "아바타" 근육을 사용하여 트레드밀 운동 중에 생체 내 근육 힘을 에뮬레이트하는 새로운 방법을 제시합니다. 통제된 생체 외 실험 중에 실험실 동물의 근육에 대한 표적 근육에서 측정된 생체 내 변형 궤적을 사용하면 운동 중에 경험하는 하중을 에뮬레이트할 수 있습니다. 여기에 설명된 실험에서, 생체 외 마우스 신근 digitorum longus(EDL) 근육은 러닝머신에서 걷고, 걷고, 걷고, 질주하는 동안 생체 외 쥐 내측 비복근(MG) 근육의 "아바타"로 사용됩니다13. 이 접근 방식은 생체 내 변형 궤적이 적절하게 조정되고 서보 모터에 연결된 생체 외 마우스 근육에 적용된다는 점을 제외하고는 작업 루프 기술과 유사합니다. 생쥐 EDL 근육은 쥐 MG에 비해 크기, 섬유 유형 및 구조가 다르지만 이러한 차이를 제어할 수 있습니다. "아바타" 기술을 통해 (1) 생체 내 변형, 활성화, 보폭 빈도 및 작업 루프 패턴을 에뮬레이트합니다. (2) 생체 내 힘 반응과 가장 정확하게 일치하도록 이러한 패턴을 변경합니다. (3) 기계론적 가설을 테스트하기 위해 통제된 조합에서 변형 및/또는 활성화의 특정 기능을 변경합니다.

<table><tbody><tr><td>땋은 비흡수성 실크 봉합사 4-0&nbsp;</td><td>머실크&nbsp;</td><td>734H</td><td></td></tr><tr><td>칼슘 클로라이드 이수화물 (CaCl2)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1086436</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; 솔루션</td></tr><tr><td>덱스트로스&nbsp;</td><td>시그마-알드리치</td><td>D9434</td><td>크렙스-헨셀라이트&nbsp; 솔루션</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>PHR1428</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; 용액</td></tr><tr><td>: hydorchloric acid (HCl)&nbsp;</td><td>시그마-알드리치</td><td>1.37055</td><td>크렙스-헨셀라이트&nbsp; </td></tr><tr><td>솔루션 LabView 데이터 수집&nbsp;</td><td>Lab-View</td><td></td><td></td></tr><tr><td>마그네슘 황산염 (MgSO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M7506</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; 용액</td></tr><tr><td>염화칼륨 (KCl)&nbsp;</td><td>시그마-알드리치</td><td>P3911</td><td>크렙스-헨셀라이트&nbsp; 용액</td></tr><tr><td>인산칼륨 일염기성 (KH2PO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>5.43841</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; 솔루션</td></tr><tr><td>S88 스티뮬레이터</td><td>잔디</td><td>M643H05</td><td>Ebay에서 구매 가능</td></tr><tr><td>시리즈 300B 레버 시스템</td><td>Aurora</td><td>1200A는</td><td>워터재킷 티슈 욕조를 포함하고 있습니다</td></tr>. <tr><td>Sodium Bicarbonate (NaHCO3)Sigma-Aldrich</td><td></td> <td>S5761</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; 용액</td></tr><tr><td>염화나트륨 (NaCl)&nbsp;</td><td>시그마-알드리치</td><td>S9888</td><td>크렙스-헨셀라이트&nbsp; 용액</td></tr><tr><td>수산화나트륨 (NaOH)</td><td>시그마-알드리치</td><td>S5881</td><td>크렙스-헨셀레이트&nbsp; 솔루션</td></tr><tr><td>: 야생형 마우스</td><td>: 잭슨 연구소</td><td>: B6C3Fe, a / a, Ttn : mdm / J</td><td></td></tr></tbody></table>

"avatar", in vivo 변형 및 활성화를 사용한 변형된 ex vivo work loop 실험

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

움직임 행동은 근력 생성과 작업 출력에서 비롯되는 동적 시스템의 창발적 기능입니다. 신경 시스템과 기계 시스템 간의 상호 작용은 달리는 동안 다리 근육 특성을 조정하는 것부터 지면과 상호 작용하는 팔다리의 역학에 이르기까지 생물학적 조직의 모든 수준에서 동시에 발생합니다. 동물이 신경 제어 전략을 제어 계층에서 내재적 근육 역학('전굴곡')으로 전환하는 조건을 이해하면 근육 모델이 생체 내 근육 힘을 예측하고 보다 정확하게 작동할 수 있습니다. 생체 내 근육 역학을 이해하려면 생체 내 운동과 유사한 동적으로 변화하는 변형 및 하중 조건 하에서 근육 힘과 작업에 대한 생체 외 조사가 필요합니다. 생체 내 변형 궤적은 일반적으로 신경 활성화, 근골격계 운동학 및 환경에 의해 가해지는 하중 간의 상호 작용으로 인해 발생하는 급격한 변화(즉, 변형 및 속도 과도 현상)를 나타냅니다. 우리의 "아바타" 기술의 주요 목표는 근육 힘 생성에 대한 고유한 기계적 특성의 기여도가 가장 높을 수 있는 변형률 및 하중의 급격한 변화 동안 근육이 어떻게 기능하는지 조사하는 것입니다. "아바타" 기법에서 전통적인 워크 루프 접근 방식은 동적 움직임 중에 측정된 생체 내 변형 궤적과 동물의 근전도(EMG) 신호를 사용하여 수정되어 여러 번의 스트레칭 단축 주기를 통해 생체 외 근육을 구동합니다. 이 접근 방식은 생체 내 변형 궤적이 적절하게 조정되고 서보 모터에 연결된 생체 외 마우스 근육에 적용된다는 점을 제외하고는 작업 루프 기술과 유사합니다. 이 기술을 통해 (1) 생체 내 변형, 활성화, 보폭 빈도 및 작업 루프 패턴을 에뮬레이트합니다. (2) 생체 내 힘 반응과 가장 정확하게 일치하도록 이러한 패턴을 변경합니다. (3) 기계론적 가설을 테스트하기 위해 통제된 조합에서 변형 및/또는 활성화의 특정 기능을 변경합니다.

"아바타" 실험의 목적은 ex vivo 워크 루프(work loop) 실험 중에 in vivo에서의 힘 생성과 일 출력을 최대한 가깝게 재현하는 것입니다. 본 연구에서는 생쥐의 EDL과 쥐의 MG가 모두 주로 속근섬유로 구성되어 있기 때문에20,21, 생쥐 EDL을 쥐 MG의 "아바타"로 사용하기로 하였습니다. 두 근육 모두 발목 관절의 주동근이며(EDL은 발목 배굴근, MG는 발목 저굴근), 깃각(pennation angle)이 유사합니다(생쥐 EDL 12.4 + 2.12°22, 본 연구에 사용된 쥐 MG 20°15). 쥐 MG의 스케일 조정된 대표 워크 루프15를 두 가지 서로 다른 자극 프로토콜(하나는 측정된 EMG 활동 기반, 다른 하나는 단계 3.3과 같이 ...

이 기사는 실험실 설치류의 "아바타" 근육을 사용하여 근력 반응에 대한 긴장 과도 및 활성화의 기여도를 평가하기 위해 생체 외 작업 루프 실험 중 생체 내 근육 힘 생성을 에뮬레이트하는 방법론에 대해 자세히 설명합니다.

"Avatar", In vivo 변형 및 활성화를 사용한 변형된 Ex vivo Work Loop 실험

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

제 연구실의 목표는 생체 외 근육 기능과 실제로 관련된 생체 외 실험 및 모델을 위한 새로운 실험 패러다임을 개발하여 생체 내 근육 기능을 이해하는 것입니다. 지난 20년 동안 우리가 사용해온 실험과 모델은 생체 내 근육 기능과 관련이 없다는 것이 점점 더 분명해지고 있습니다. 현재 인간과 동물의 역동적인 움직임 동안 생체 내에서 근육 기능을 측정하는 하향식 접근 방식과 등척성 및/또는 등장성 조건에서 근육 역학을 측정하는 제어된 생체 외 및/또는 현장 실험을 사용하는 상향식 접근 방식 사이에는 지식 격차가 있습니다.우리는 생체 내 근육 역학에 정보를 제공하는 생리학적으로 관련된 생체 외 및 현장 실험을 설계하려고 노력하고 있습니다. 우리 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 기술은 1980년대 중반 Bob Josephson이 개발한 사인파 작업 루프 기술입니다. 이 기술은 생체 내 자극 패턴과 함께 생체 내 주파수에서 사인파 또는 때로는 사투 변형 궤적을 사용하여 생체 내 근육 기능을 모방합니다.그러나 우리의 아바타 기술은 지상 운동 중 발 접촉으로 인한 순수 정현파 변형 궤적의 편차가 근력과 작용의 중요한 결정 요인임을 보여줍니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

여기에서 우리는 필요한 도구를...

생체 마우스 Neuroepithelium에서 단일 세포 분열의 라이브 영상

뉴런의 경험에 의존하는 분자 변화는 행동 문제에 대한 응답으로 적응하는 뇌의 기능에 필수적입니다.

두피 뉴런에서 생체 내 두 - 광자의 영상은 경험에 의존 분자 변경

Ex vivo ERG는 동물 또는 인간의 분리된 온전한 망막에서 직접 망막 세포의 전기 활동을 기록하는 데 사용할 수 있습니다. 여기에서는 망막 세포의 전기적 활동을 해부하기 위해 생체 외 ERG 기록에 일반적인 생체 내 ERG 시스템을 적용할 수 있는 방법을 보여줍니다.

동시<em&gt; 생체</em두 망막의&gt; 기능 테스트로<em&gt; 생체</em&gt; 전위도 시스템

이 프로토콜의 목적은 기공 복합체의 세포 피질에, GFP - 태그 PATROL1, 막 인신 매매 단백질의 점을 점멸 표시 가변 각도 표면 형광 현미경으로 식물 세포 표면에 형광 표지 된 단백질의 역학을 모니터링하는 방법을 설명하는 것입니다 애기 장대.

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대규모 2D 전자 현미경(EM) 또는 나노토미는 나노 단위 해상도 EM의 조직 전체 응용 분야입니다. 여기에서는 제브라피시 유충의 뇌의 건강과 비침습적 뇌 손상을 조사하기 위해 적용되는 보편적인 나노절개술 방법을 설명합니다.

건강 및 부상 Zebrafish의 두뇌의 대규모 스캐닝 투과 전자 현미경 (Nanotomy)

이 방법은 모델 유기체 C. elegans의신체 벽 근육에서 발동 된 칼슘 과도 의 변화와 이미지 기준선 세포질 칼슘 수준에 광유전학 및 유전적으로 코딩 된 칼슘 센서를 결합하는 방법을 제공합니다.

C. 예쁜꼬마선충의 생체내 칼슘 이미징

우리는 아스코르바테 과산화수역 2 및 고추냉이 과산화증 염색을 포함하는 상관경 및 부피 전자 현미경을 사용하여 유전자 변형 후 전체 세포에서 미토콘드리아 및 호반 망상염식의 분포를 연구하는 프로토콜을 제시하고, 동일한 섹션에 있는 표적 유전자의 유무에 관계없이 세포의 직렬 단면도, 및 전자 현미경 검사법을 통해 직렬 화상 진찰.

미토콘드리아 및 코피포지티컬 라이트 및 부피 전자 현미경에 의한 산후성 망상 이미징

기존 다중 전극 어레이 또는 패치 클램프 장비를 수정하면 생체 외 망막전전도에 더 널리 접근할 수 있습니다. 생체 외 광 반응을 기록하고 유지하는 개선된 방법은 건강한 망막, 안과 질환의 동물 모델 및 인간 기증자 망막에서 광수용체 및 ON-양극성 세포 기능의 연구를 용이하게 합니다.

작고 큰 눈의 망막 기능을 연구하기 위해 생체 외 망막 전도의 설정 및 조건 최적화

우리는 mScarlet이라는 형광 단백질을 사용하여 Epon post-embedding correlative light and electron microscopy에 대한 자세한 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 형광과 미세구조를 동시에 유지할 수 있습니다. 이 기술은 다양한 생물학적 응용 분야에 적용할 수 있습니다.

Epon Post Embedding Correlative Light and Electron Microscopy

생리학 및 병리 학적 압력 조건에 심장 밸브 조직을 쓰는 수있는 순환 압력 생물 반응기는 설계되었습니다. LabVIEW 프로그램은 사용자가 압력 크기, 진폭 및 주파수를 제어할 수 있습니다. 이 장치는 심장 밸브 조직이나 격리 세포의 mechanobiology을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.

의 순환 압력 생물 반응기 설계 예 VIVO</em대동맥 심장 밸브> 학습

배우세요 생체 외 근육 기능 실험을 위한 새로운 실험 패러다임 개발 방법입니다. 실험용 설치류 근육을 아바타로 활용하여 생체 내 근육 역학을 정확히 반영하는 모델을 구축하고 근육 생리학 연구에 활용합니다.

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