Coleta de Biópsias Musculares Esqueléticas do Compartimento Superior do Musculus Tibialis Anterior para Avaliação Mecânica
27 de setembro de 2020
Este relatório técnico descreve uma variação da técnica modificada de Bergström para a biópsia do musculus tibialis anterior que limita o dano da fibra.
Bem-vindos ao Ruhr-University Bochum, Faculdade de Ciência do Esporte. Hoje, vamos demonstrar a coleta de biópsias musculares esqueléticas do compartimento superior do musculus tibialis anterior. Embora as técnicas de biópsia sejam eficazes na coleta de tecido muscular, as fibras são frequentemente estruturalmente danificadas de tal forma que avaliar a mecânica das fibras é difícil.
Apresentamos uma variação de uma técnica bergstrom modificada que limita o dano de fibra e maximiza o comprimento da fibra para que a avaliação mecânica das fibras humanas possa ser conduzida. A demonstração será conduzida pelo médico da equipe, Dr. Markus de Marees e cientistas de pesquisa, Dr. Daniel Hahn e Anthony Hessel. O participante e o médico se reúnem primeiro para revisar e discutir o procedimento.
Se satisfeito, o participante assina o contrato de consentimento informado voluntário. Instrua o sujeito a colocar supino e manter seu membro o mais relaxado possível. Dorsiflex o pé do participante para que a tibialis anterior seja frouxa.
Use uma sonda de ultrassom para visualizar o plano transversal do compartimento superficial dentro da barriga muscular anterior tibialis, identifique uma área de biópsia sem artérias ou nervos principais. Finalmente, registo da profundidade da aponeurose central para que a agulha de coleta nunca seja levada além deste ponto. Gire a sonda de ultrassom para acessar o plano sagital da área alvo identificada.
Salve uma imagem do volume muscular com fascicles visíveis. As ferramentas cirúrgicas são esterilizadas e preparadas antes do procedimento e são totalmente descritas dentro do protocolo escrito. A agulha Bergstrom tem uma janela perto da ponta.
Dentro desta agulha há um trocarte oco menor, que se move para cima e para baixo do eixo e corta o músculo ao passar sobre a janela da agulha. Dentro do trocarte há um ramrod menor que é usado para empurrar a biópsia para fora do trocarte. Para puxar o músculo para dentro da janela da agulha, uma mangueira de sucção é presa ao topo da agulha que suga o ar da agulha e puxa o músculo através da janela da agulha por pressão negativa.
Instrua o participante a colocar supino na mesa de procedimento e relaxar os músculos das pernas. Replicou a pequena dorsiflexão do tornozelo usada durante a imagem do ultrassom e, em seguida, fixar a articulação do tornozelo para minimizar a rotação durante o procedimento. Raspe e desinfete a área de incisão do alvo.
Em seguida, administre uma injeção superficial de 1,5 CCs de 2%de xilocitina com epinefrina. Isso funciona como um anestésico local e constritor de vasos. O tempo de afeto é de 20 a 30 minutos.
Remova a linha de visão do paciente para o local da biópsia com uma tela. No local da biópsia previamente marcada faça uma incisão proximal de um centímetro para incisão distal com um bisturi estéril que corta a pele e a fáscia, expondo o tecido muscular subjacente. Posicione a agulha da biópsia sobre a incisão e oriente-a perpendicular à pele.
Empurre a agulha da biópsia de meio a um centímetro no músculo. Pode haver alguma resistência leve ao movimento da agulha, mas qualquer resistência extra é anormal e muitas vezes indica uma incisão inapta. Em seguida oriente a agulha para uma posição distal a proximal, empurre a agulha mais um a dois centímetros no músculo.
A orientação exata e a profundidade de viagem da agulha serão específicas do participante. E assim baseado no exame de ultrassom. Coloque a mangueira de seringa na agulha da biópsia e crie pressão negativa na agulha.
Isso vai atrair o tecido muscular através da janela da agulha. Empurre com força o trocarte sobre a janela da agulha para extirar o músculo. Retire a agulha da perna e passe para um técnico para processamento de tecidos.
Use fita adesiva ou adesivo para fechar a ferida e aplique curativos para proteger a ferida contra infecção ou abrasão mecânica. Instrua o participante a se levantar e caminhar por aí. Eles ficarão doloridos, mas capazes de andar por aí imediatamente.
Para remover o tecido da janela da biópsia, primeiro expor o tecido, depois submergiu a ponta da agulha em uma vil cheia de tampão fisiológico e mover vigorosamente a agulha até que o músculo flutue para fora da agulha para dentro da solução. Processe o tecido muscular para avaliação mecânica utilizando métodos padrão. Recentemente coletamos 22 biópsias de participantes usando este protocolo.
O rendimento médio da coleta foi de 100 a 200 miligramas de tecido muscular utilizável. Cada biópsia rendeu de 150 a 300 fibras não danificadas de três a cinco milímetros de comprimento. Os feixes de fibras foram quimicamente esfolados com glicerol e, em seguida, ativados em uma solução de cálcio alto a um comprimento médio de sarcomere de 2,7 mícrons.
Biópsias que são devidamente armazenadas são viáveis para testes mecânicos por vários meses. Este procedimento de biópsia leva uma hora. Complicações de biópsias são muito raras, mas provavelmente é uma infecção do local da incisão.
Um grande desafio na fisiologia muscular humana e na biomecânica é distinguir entre as diversas adaptações do desempenho muscular ao exercício e à doença. Para identificar adequadamente as adaptações de nível de fibra para exercícios ou doenças, as biópsias são técnicas apropriadas. No entanto, deve-se tomar cuidado para proteger contra danos musculares durante a extração tecidual.
O protocolo aqui demonstrado fornece um alto rendimento de tecido muscular para esses fins.
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Visão Geral
Este relatório técnico apresenta uma variação da técnica modificada de Bergström para a biópsia do músculo tibial anterior. Este método visa minimizar o dano às fibras, facilitando uma melhor avaliação mecânica das fibras musculares.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Ciência do Esporte
- Fisiologia Muscular
Fundamentos
- Biópsias de músculo esquelético são cruciais para estudar a mecânica muscular.
- Técnicas tradicionais de biópsia podem levar a danos estruturais das fibras musculares.
- Melhorar os métodos de biópsia pode aprimorar a avaliação da mecânica das fibras musculares.
- O músculo tibial anterior é um músculo-chave para tais estudos.
Objetivo do Estudo
- Demonstrar uma técnica de biópsia modificada que reduz o dano às fibras.
- Maximizar o comprimento das fibras para uma melhor avaliação mecânica.
- Fornecer um método confiável para coleta de tecido muscular.
Métodos Utilizados
- Demonstração da técnica modificada de Bergström.
- Coleta de biópsias do compartimento superior do músculo tibial anterior.
- Colaboração com um médico da equipe e cientistas de pesquisa.
- Consulta pré-procedimento com os participantes para explicar o processo.
Principais Resultados
- A técnica modificada limita com sucesso o dano às fibras.
- Aumentou-se o comprimento das fibras durante a biópsia.
- Facilitou-se a avaliação mecânica das fibras musculares humanas.
- Demonstrou-se a eficácia em um ambiente clínico.
Conclusões
- A técnica modificada de Bergström é um avanço valioso nos métodos de biópsia muscular.
- Ela melhora a qualidade das amostras de fibras musculares para pesquisa.
- Essa abordagem pode melhorar nossa compreensão da mecânica muscular.
Perguntas Frequentes
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.
