Name: Avatar, een gewijzigd Ex vivo werklusexperiment met In vivo spanning en activering (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-18T12:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: Leer de sinusoïdale work loop-techniek voor spierfysiologie met laboratoriumknaagdieren. Deze methode helpt onderzoekers om in vivo spierfunctie beter te begrijpen via ex vivo experimenten.

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

We danken Dr. Nicolai Konow voor het verstrekken van de gegevens die in dit onderzoek zijn gebruikt. Gefinancierd door NSF IOS-2016049 en 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>

Alle auteurs erkennen dat er geen belangenconflict bestaat.

Terwijl organismen naadloos door landschappen bewegen, variëren de onderliggende belastingen en spanningen die de spieren ervaren drastisch1,6,23. Tijdens zowel in vivo locomotorische bewegingen1,24 als in "avatar" experimenten, worden spieren subm maximaal gestimuleerd onder cyclische, niet-stationaire omstandigheden. De isometrische kracht-lengte en isotone kr...

Bewegende dieren bereiken indrukwekkende atletische prestaties op het gebied van uithoudingsvermogen, snelheid en behendigheid in complexe omgevingen. Dierlijke voortbeweging is bijzonder indrukwekkend in vergelijking met door de mens ontworpen machines: de stabiliteit en behendigheid van huidige gelede robots, prothesen en exoskeletten blijven slecht in vergelijking met dieren. Gelede voortbeweging in natuurlijk terrein vereist nauwkeurige controle en snelle aanpassingen om de snelheid te veranderen en omgevingskenmerken te manoeuvreren die als onverwachte verstoringen fungeren1,2,3,4. Toch is het begrijpen van niet-steady voortbeweging inherent uitdagend omdat de dynamiek afhankelijk is van complexe interacties tussen de fysieke omgeving, musculoskeletale mechanica en sensorimoteure controle1,2. Gelede voortbeweging vereist het reageren op onverwachte verstoringen met snelle multi-modale verwerking van sensorische informatie en gecoördineerde activering van ledematen en gewrichten1,5. Uiteindelijk wordt beweging mogelijk gemaakt door spieren die kracht produceren via intrinsieke mechanische eigenschappen van het musculoskeletale systeem en neurale controle1,5,6,7. Een uitstekende vraag in de neuromechanica is hoe deze factoren interageren om gecoördineerde beweging te produceren als reactie op onverwachte verstoringen. De volgende techniek maakt gebruik van de intrinsieke mechanische respons van spieren op vervorming door gebruik van in vivo spanningstrajectorieën tijdens bestuurbare ex vivo experimenten met een 'avatar' spier.
De spierwerklustechniek heeft een belangrijk kader geboden voor het begrijpen van intrinsieke spiermechanica tijdens cyclische bewegingen8,9,10. De traditionele werklustechniek drijft spieren aan door vooraf gedefinieerde, typisch sinusoïdale, spanningstrajecten met behulp van frequenties en activeringspatronen die zijn gemeten tijdens in vivo experimenten2,8,9,11. Het gebruik van sinusoïdale lengtetrajecten kan realistisch werk en vermogensoutput schatten tijdens vlucht12 en zwemmen2 onder omstandigheden waarin dieren geen snelle veranderingen in spanningstrajecten ondergaan als gevolg van interactie met de omgeving en musculoskeletale kinematica. Echter, in vivo spierspanningstrajectorieën tijdens gelede voortbeweging ontstaan dynamisch uit interacties tussen neurale activering, musculoskeletale kinematica en belastingen die door de omgeving worden toegepast5,7,13,14. Er is een realistischere werklustechniek nodig om belastingen, spanningstrajecten en krachtproductie na te bootsen die overeenkomt met in vivo spier-peesdynamiek en inzicht te bieden in hoe intrinsieke spiermechanica en neurale controle interageren om gecoördineerde beweging te produceren in het gezicht van verstoringen.
Hier presenteren we een nieuwe manier om in vivo spierkrachten na te bootsen tijdens loopbandlocomotie door gebruik te maken van een 'avatar' spier van een laboratoriumknaagdier tijdens gecontroleerde ex vivo experimenten met in vivo spanningstrajectorieën die tijdsafhankelijke in vivo belastingen vertegenwoordigen. Het gebruik van de gemeten in vivo spanningstrajectorieën van een doelspier op spieren van een laboratoriumdier tijdens gecontroleerde ex vivo experimenten zal de belastingen nabootsen die tijdens de voortbeweging worden ervaren. In de hier beschreven experimenten wordt de ex vivo muis extensor digitorum longus (EDL) spier gebruikt als een 'avatar' voor de in vivo rat mediale gastrocnemius (MG) spier tijdens lopen, trotteren en galopperen op een loopband13. Deze aanpak is vergelijkbaar met de werklustechniek, behalve dat in vivo spanningstrajectorieën op gepaste wijze worden geschaald en worden opgelegd aan ex vivo muisspieren die aan een servomotor zijn bevestigd. Hoewel muis EDL spieren in grootte, vezeltype en architectuur verschillen van de rat MG, is het mogelijk om deze verschillen te controleren. De 'avatar' techniek stelt iemand in staat om: (1) in vivo spanning, activering, stappenfrequentie en werkluspatronen na te bootsen; (2) deze patronen te variëren om de in vivo krachtreacties het nauwkeurigst te matchen; en (3) specifieke kenmerken van spanning en/of activering te variëren in gecontroleerde combinaties om hypothesen over mechanismen te testen.

<table><tbody><tr><td>Braided Non-Absorbable Silk Suture 4-0&nbsp;</td><td>Mersilk&nbsp;</td><td>734H</td><td></td></tr><tr><td>Calcium Chloride Dihydrate (CaCl2)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1086436</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp;oplossing</td></tr><tr><td>Dextrose&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9434</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp;oplossing</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>PHR1428</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp;oplossing</td></tr><tr><td>Hydrochloric Acid (HCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1.37055</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp;oplossing</td></tr><tr><td>LabView Data Collection&nbsp;</td><td>Lab-View</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Magnesium Sulfate (MgSO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M7506</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp;oplossing</td></tr><tr><td>Potassium Chloride (KCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3911</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp;oplossing</td></tr><tr><td>Potassium Phosphate Monobasic (KH2PO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>5.43841</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp;oplossing</td></tr><tr><td>S88 Stimulator</td><td>Grass</td><td>M643H05</td><td>Beschikbaar voor aankoop op Ebay</td></tr><tr><td>Series 300B Lever System</td><td>Aurora</td><td>1200A</td><td>inclusief watermantel weefselbad</td></tr><tr><td>Sodium Bicarbonate (NaHCO3)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp;oplossing</td></tr><tr><td>Sodium Chloride (NaCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9888</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp;oplossing</td></tr><tr><td>Sodium Hydroxide (NaOH)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp;oplossing</td></tr><tr><td>Wild Type Muizen</td><td>Jackson Laboratory</td><td>B6C3Fe a/a Ttn mdm/J</td><td></td></tr></tbody></table>

"avatar", een gewijzigd ex vivo werklusexperiment met in vivo spanning en activering

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

Bewegingsgedrag is het resultaat van dynamische systemen die voortkomen uit spierkrachtproductie en arbeidsoutput. De interactie tussen neurale en mechanische systemen vindt gelijktijdig plaats op alle niveaus van biologische organisatie, van het afstemmen van beenspiereigenschappen tijdens het rennen tot de dynamiek van de ledematen die in wisselwerking staan met de grond. Het begrijpen van de omstandigheden waaronder dieren hun neurale controlestrategieën verschuiven naar intrinsieke spiermechanica ('preflexen') in de controlehiërarchie, zou spiermodellen in staat stellen in vivo spierkracht en werk nauwkeuriger te voorspellen. Om in vivo spiermechanica te begrijpen, is ex vivo onderzoek naar spierkracht en werk onder dynamisch variërende spanning en belastingsvoorwaarden die vergelijkbaar zijn met in vivo locomotie vereist. In vivo spanningstrajecten vertonen typisch abrupte veranderingen (d.w.z. spanning en snelheidstransienten) die voortkomen uit interacties tussen neurale activering, musculoskeletale kinematica en door het milieu opgelegde belastingen. Het hoofddoel van onze "avatar"-techniek is om te onderzoeken hoe spieren functioneren tijdens abrupte veranderingen in spanningssnelheid en belasting wanneer de bijdrage van intrinsieke mechanische eigenschappen aan spierkrachtproductie het hoogst kan zijn. In de "avatar"-techniek wordt de traditionele work-loop-aanpak gewijzigd door gebruik te maken van gemeten in vivo spanningstrajecten en elektromyografische (EMG) signalen van dieren tijdens dynamische bewegingen om ex vivo spieren door meerdere stretch-shortening cycli te drijven. Deze aanpak is vergelijkbaar met de work-loop-techniek, behalve dat in vivo spanningstrajecten op geschikte wijze worden geschaald en op ex vivo muisspieren die aan een servomotor zijn bevestigd, worden opgelegd. Deze techniek stelt iemand in staat om: (1) in vivo spanning, activering, stapfrequentie en work-loop patronen na te bootsen; (2) deze patronen te variëren om de in vivo krachtreacties het nauwkeurigst te matchen; en (3) specifieke kenmerken van spanning en/of activering in gecontroleerde combinaties te variëren om mechanistische hypothese te testen.

Het doel van de "avatar"-experimenten is om te repliceren in vivo krachtproductie en arbeidsextractie zo dicht mogelijk tijdens ex vivo work-loop-experimenten. In deze studie is gekozen om de EDL van de muis te gebruiken als "avatar" voor de MG van de rat, omdat zowel de EDL van de muis als de MG van de rat hoofdzakelijk uit snelstroomspieren bestaan.20,21Beide spieren zijn primaire bewegers van het enkelgewricht (EDL enkelstrekker, MG enkelbuig...

Dit artikel beschrijft de methodologie voor het nabootsen van in vivo spierkrachtproductie tijdens ex vivo werklusexperimenten met behulp van een "avatar"-spier van een laboratoriumknaagdier om de bijdragen van spanningstransienten en activering aan het spierkrachtrespons te beoordelen.

"Avatar", een gewijzigd Ex vivo werklusexperiment met In vivo spanning en activering

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

Het doel van mijn laboratorium is om de spierfunctie in vivo te begrijpen door nieuwe experimentele paradigma's te ontwikkelen voor ex vivo-experimenten en modellen die echt betrekking hebben op de spierfunctie in vivo. Het soort experimenten en modellen dat we de afgelopen 20 jaar hebben gebruikt, is steeds duidelijker geworden dat ze echt geen betrekking hebben op de spierfunctie in vivo. Momenteel is er een kenniskloof tussen top-down benaderingen die de spierfunctie in vivo meten tijdens dynamische bewegingen van mensen en dieren, en bottom-up benaderingen die gebruik maken van gecontroleerde ex vivo- en/of in situ-experimenten die spiermechanica meten onder isometrische en/of isotone omstandigheden.We proberen fysiologisch relevante ex vivo- en in situ-experimenten te ontwerpen die in vivo spiermechanica informeren. De meest gebruikte techniek in ons veld is de sinusoïdale werklustechniek die Bob Josephson ontwikkelde in het midden van de jaren 1980. Deze techniek gebruikt sinusoïdale of soms verzadigde spanningstrajecten op in vivo frequenties met in vivo stimulatiepatronen om spierfunctie in vivo te emuleren.Onze Avatar-techniek toont echter aan dat afwijkingen van puur sinusoïdale spanningstrajecten die het gevolg zijn van voetcontact tijdens terrestrische locomotie, belangrijke determinanten zijn van spierkracht en werk.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Hier ontwikkelen we de instrumenten die nodig zijn voor...

Ex vivo Live-Imaging van Single Cell Divisies in Muis neuroepithelium

Ervaring-afhankelijke moleculaire veranderingen in neuronen zijn essentieel voor het vermogen van de hersenen aan te passen als reactie op gedrags-uitdagingen.

In vivo twee-foton beeldvorming van ervaring-afhankelijke moleculaire veranderingen in corticale neuronen

Ex vivo ERG kan worden gebruikt om elektrische activiteit van retinale cellen rechtstreeks op te nemen van geïsoleerde intacte netvliezen van dieren of mensen. We demonstreren hier hoe gebruikelijke in vivo ERG-systemen kunnen worden aangepast voor ex vivo ERG-opnamen om de elektrische activiteit van retinale cellen te ontleden.

Simultaan<em&gt; Ex vivo</em&gt; Functioneel testen van Two netvliezen door<em&gt; In vivo</em&gt; Elektroretinogram System

Het doel van dit protocol is om te demonstreren hoe fluorescent-gelabelde eiwit dynamiek op plantencel oppervlakken met een variabele hoek epifluorescentiemicroscopie, waaruit blijkt knipperende stippen van GFP-gelabeld PATROL1, een membraan mensenhandel eiwit te controleren, in de cel cortex van de stomatale complex in Arabidopsis thaliana.

Real-time beeldvorming van Plant Cell Surface Dynamics met variabele hoek epifluorescentiemicroscopie

Grootschalige 2D elektronenmicroscopie (EM), of nanotomy, is de toepassing van EM met nanoschaalresolutie op weefselbreed niveau. Hier beschrijven we een universele methode voor nanotomy toegepast om de larvale hersenen van de zebravis te onderzoeken in gezondheid en bij niet-invasieve hersenletsels.

Grootschalige Scanning Transmission Electron Microscopy (Nanotomy) van gezonde en beschadigde hersenen zebravis

Deze methode biedt een manier om te koppel optogenetics en genetisch gecodeerde calcium sensoren om beeld Baseline cytosolische calcium niveaus en veranderingen in opgeroepen calcium transiënten in het lichaam muur spieren van het modelorganisme C. elegans.

In vivo calcium beeldvorming in C. elegans lichaam muur spieren

We presenteren een protocol voor het bestuderen van de verdeling van mitochondriën en endoplasmisch reticulum in hele cellen na genetische modificatie met behulp van correlatief licht en volume elektronenmicroscopie met inbegrip van ascorbaat peroxidase 2 en mierikswortelperoxidase kleuring, serie snijden van cellen met en zonder het doel gen in dezelfde sectie, en seriële beeldvorming via elektronenmicroscopie.

Mitochondriën en Endoplasmisch reticulum beeldvorming door Correlatief licht en volume elektronenmicroscopie

Modificatie van bestaande multi-elektrode array of patch clamp apparatuur maakt het ex vivo elektroretinogram breder toegankelijk. Verbeterde methoden om ex vivo lichtresponsen te registreren en te onderhouden vergemakkelijken de studie van fotoreceptor en ON-bipolaire celfunctie in het gezonde netvlies, diermodellen van oogziekten en menselijke donorvliezen.

Optimalisatie van de instellingen en voorwaarden voor ex vivo elektroretinogram om de retinafunctie in kleine en grote ogen te bestuderen

We presenteren een gedetailleerd protocol voor Epon post-embedding correlatieve licht- en elektronenmicroscopie met behulp van een fluorescerend eiwit genaamd mScarlet. Deze methode kan de fluorescentie en de ultrastructuur tegelijkertijd behouden. Deze techniek is geschikt voor een breed scala aan biologische toepassingen.

Epon Post Inbedding van correlatieve licht- en elektronenmicroscopie

Een cyclische druk bioreactor in staat om onderwerpen hartklep tissue om fysiologische en pathologische condities druk is ontworpen. Een LabVIEW programma stelt gebruikers in staat om de controle druk omvang, amplitude en frequentie. Dit apparaat kan gebruikt worden om de Mechanobiologie van hartklep tissue of geïsoleerde cellen te bestuderen.

Ontwerp van een Cyclic Pressure Bioreactor voor de Ex Vivo Studie van Aorta hartkleppen

Leer de sinusoïdale work loop-techniek voor spierfysiologie met laboratoriumknaagdieren. Deze methode helpt onderzoekers om in vivo spierfunctie beter te begrijpen via ex vivo experimenten.

"Avatar", een gewijzigd Ex vivo werklusexperiment met In vivo spanning en activering

Meer video's verkennen