Name: Avatar, um experimento de loop de trabalho ex vivo modificado usando tensão e ativação in vivo (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-18T12:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: Aprenda a técnica de loop de trabalho sinusoidal para estudar mecânica muscular ex vivo em roedores de laboratório. Este método avança a compreensão da função muscular in vivo e preenche lacunas entre abordagens experimentais.

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Agradecemos ao Dr. Nicolai Konow por fornecer os dados utilizados neste estudo. Financiado pela NSF IOS-2016049 e NSF DBI-2021832.

"Avatar"- Optimized Ex Vivo Work Loop Experiment to Emulate In Vivo Muscle Force

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<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>
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<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>
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<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>
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<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>
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<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>

Todos os autores reconhecem que não há conflito de interesses.

Enquanto os organismos se movem perfeitamente pelas paisagens, as cargas e tensões subjacentes que os músculos experimentam variam drasticamente 1,6,23. Durante os experimentos de locomoção in vivo 1,24 e "avatar", os músculos são estimulados submaximamente sob condições cíclicas e não estáveis. As relações força-comprimento isométricas e força-velocidade isotôn...

Animais em movimento alcançam feitos atléticos impressionantes de resistência, velocidade e agilidade em ambientes complexos. A locomoção animal é particularmente impressionante em contraste com as máquinas de engenharia humana - a estabilidade e a agilidade dos robôs, próteses e exoesqueletos com pernas atuais permanecem ruins em comparação com os animais. A locomoção com pernas em terreno natural requer controle preciso e ajustes rápidos para alterar a velocidade e manobrar características ambientais que atuam como perturbações inesperadas1,2,3,4. No entanto, entender a locomoção não estável é inerentemente desafiador porque a dinâmica depende de interações complexas entre o ambiente físico, a mecânica musculoesquelética e o controle sensório-motor1,2. A locomoção com pernas requer a resposta a perturbações inesperadas com processamento multimodal rápido de informações sensoriais e atuação coordenada de membros e articulações1,5. Em última análise, o movimento é possibilitado pelos músculos que produzem força por meio de propriedades mecânicas intrínsecas do sistema músculo-esquelético, bem como do controle neural1,5,6,7. Uma questão pendente da neuromecânica é como esses fatores interagem para produzir movimento coordenado em resposta a perturbações inesperadas. A técnica a seguir utiliza a resposta mecânica intrínseca do músculo à deformação usando trajetórias de deformação in vivo durante experimentos ex vivo controláveis com um músculo "avatar".
A técnica de loop de trabalho muscular forneceu uma estrutura importante para a compreensão da mecânica muscular intrínseca durante movimentos cíclicos8,9,10. A técnica tradicional de loop de trabalho conduz os músculos por meio de trajetórias de deformação predefinidas, tipicamente sinusoidais, usando frequências e padrões de ativação medidos durante experimentos in vivo2,8,9,11. O uso de trajetórias de comprimento sinusoidal pode estimar de forma realista o trabalho e a potência durante o voo12 e swimming2 em condições em que os animais não sofrem mudanças rápidas nas trajetórias de tensão devido à interação com o ambiente e a cinemática musculoesquelética. No entanto, as trajetórias de tensão muscular in vivo durante a locomoção com pernas surgem dinamicamente de interações entre ativação neural, cinemática musculoesquelética e cargas aplicadas pelo ambiente5,7,13,14. Uma técnica de loop de trabalho mais realista é necessária para emular cargas, trajetórias de tensão e produção de força que corresponda à dinâmica músculo-tendão in vivo e forneça informações sobre como a mecânica muscular intrínseca e o controle neural interagem para produzir movimentos coordenados diante de perturbações.
Aqui, apresentamos uma nova maneira de emular as forças musculares in vivo durante a locomoção em esteira usando um músculo "avatar" de um roedor de laboratório durante experimentos ex vivo controlados com trajetórias de tensão in vivo que representam cargas in vivo variáveis no tempo. O uso das trajetórias de deformação in vivo medidas de um músculo-alvo nos músculos de um animal de laboratório durante experimentos ex vivo controlados emulará as cargas experimentadas durante a locomoção. Nos experimentos descritos aqui, o músculo extensor longo dos dedos (EDL) de camundongo ex vivo é usado como um "avatar" para o músculo gastrocnêmio medial (MG) de rato in vivo durante caminhada, trote e galope em uma esteira13. Essa abordagem é semelhante à técnica de loop de trabalho, exceto que as trajetórias de deformação in vivo são dimensionadas adequadamente e impostas aos músculos de camundongos ex vivo conectados a um servo motor. Embora os músculos EDL de camundongos difiram em tamanho, tipo de fibra e arquitetura em comparação com o MG de rato, é possível controlar essas diferenças. A técnica do "avatar" permite: (1) emular padrões de tensão, ativação, frequência de passada e loop de trabalho in vivo; (2) variar esses padrões para corresponder às respostas de força in vivo com mais precisão; e (3) variar características específicas de tensão e / ou ativação em combinações controladas para testar hipóteses mecanicistas.

<table><tbody><tr><td>Sutura de Seda Trançada Não Absorvível 4-0&nbsp;</td><td>Mersilk&nbsp;</td><td>734H</td><td></td></tr><tr><td>Cloreto de Cálcio Dihidratado (CaCl2)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1086436</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solução</td></tr><tr><td>Dextrose&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9434</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solução</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>PHR1428</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solução</td></tr><tr><td>Ácido Hidlorídrico (HCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1.37055</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solução</td></tr><tr><td>LabView Data Collection&nbsp;</td><td>Sulfato de Magnésio Lab-View</td><td></td><td></td></tr><tr><td>(MgSO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M7506</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solução</td></tr><tr><td>Cloreto de potássio (KCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3911</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solução</td></tr><tr><td>Fosfato de Potássio Monobásico (KH2PO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>5.43841</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solução</td></tr><tr><td>S88 Estimulador</td> de <td>Grama</td><td>M643H05</td><td>Disponível para compra no Ebay</td></tr><tr><td>Série 300B Sistema de Alavanca</td><td>Aurora</td><td>1200A</td><td>inclui banho de tecido de jaqueta de água</td></tr><tr><td>Bicarbonato de Sódio (NaHCO3)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solução</td></tr><tr><td>Cloreto de Sódio (NaCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9888</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solução</td></tr><tr><td>Hidróxido de Sódio (NaOH)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; solução</td></tr><tr><td>Ratos Tipo Selvagem</td><td>Jackson Laboratório</td><td>B6C3Fe a/a Ttn mdm/J</td><td></td></tr></tbody></table>

"avatar", um experimento de loop de trabalho ex vivo modificado usando tensão e ativação in vivo

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

Os comportamentos de movimento são características emergentes de sistemas dinâmicos que resultam da produção de força muscular e da produção de trabalho. A interação entre os sistemas neural e mecânico ocorre em todos os níveis de organização biológica simultaneamente, desde o ajuste das propriedades musculares das pernas durante a corrida até a dinâmica dos membros interagindo com o solo. Compreender as condições sob as quais os animais mudam suas estratégias de controle neural para a mecânica muscular intrínseca ('preflexos') na hierarquia de controle permitiria que os modelos musculares predissessem a força muscular in vivo e trabalhassem com mais precisão. Para entender a mecânica muscular in vivo, é necessária a investigação ex vivo da força muscular e do trabalho sob condições de tensão e carga dinamicamente variáveis, semelhantes à locomoção in vivo. As trajetórias de deformação in vivo normalmente exibem mudanças abruptas (ou seja, transientes de deformação e velocidade) que surgem de interações entre ativação neural, cinemática musculoesquelética e cargas aplicadas pelo ambiente. O principal objetivo de nossa técnica de "avatar" é investigar como os músculos funcionam durante mudanças abruptas na taxa de tensão e carga, quando a contribuição das propriedades mecânicas intrínsecas para a produção de força muscular pode ser maior. Na técnica "avatar", a abordagem tradicional de loop de trabalho é modificada usando trajetórias de deformação medidas in vivo e sinais eletromiográficos (EMG) de animais durante movimentos dinâmicos para conduzir os músculos ex vivo através de vários ciclos de alongamento e encurtamento. Essa abordagem é semelhante à técnica de loop de trabalho, exceto que as trajetórias de deformação in vivo são dimensionadas adequadamente e impostas aos músculos de camundongos ex vivo conectados a um servo motor. Esta técnica permite: (1) emular padrões de deformação in vivo, ativação, frequência de passada e loop de trabalho; (2) variar esses padrões para corresponder às respostas de força in vivo com mais precisão; e (3) variar características específicas de tensão e / ou ativação em combinações controladas para testar hipóteses mecanicistas.

O objetivo dos experimentos com "avatar" é replicar in vivo produção de força e saída de trabalho tão próximas quanto possível durante ex vivo experimentos de ciclo de trabalho. Este estudo optou por utilizar o EDL de camundongo como um "avatar" para o MG de rato, porque o EDL de camundongo e o MG de rato são ambos compostos principalmente por músculos de contração rápida20,21. Ambos os músculos são movimentadores primários da articulação do tor...

Este artigo detalha a metodologia para emular a produção de força muscular in vivo durante experimentos de loop de trabalho ex vivo usando um músculo "avatar" de um roedor de laboratório para avaliar as contribuições dos transientes de tensão e ativação para a resposta da força muscular.

"Avatar", um experimento de loop de trabalho ex vivo modificado usando tensão e ativação in vivo

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

O objetivo do meu laboratório é entender a função muscular in vivo, desenvolvendo novos paradigmas experimentais para experimentos e modelos ex vivo que realmente se relacionam com a função muscular in vivo. O tipo de experimentos e modelos que temos usado nos últimos 20 anos, tornou-se cada vez mais óbvio que eles realmente não se relacionam com a função muscular in vivo. Atualmente, existe uma lacuna de conhecimento entre as abordagens de cima para baixo que medem a função muscular in vivo durante os movimentos dinâmicos de humanos e animais, e as abordagens de baixo para cima que usam experimentos controlados ex vivo e/ou in situ que medem a mecânica muscular sob condições isométricas e/ou isotônicas.Estamos tentando projetar experimentos ex vivo e in situ fisiologicamente relevantes que informem a mecânica muscular in vivo. A técnica mais comumente usada em nosso campo é a técnica de loop de trabalho senoidal desenvolvida por Bob Josephson em meados da década de 1980. Esta técnica usa trajetórias de deformação sinusoidais ou às vezes satu em frequências in vivo com padrões de estimulação in vivo para emular a função muscular in vivo.No entanto, nossa técnica Avatar demonstra que desvios de trajetórias de tensão puramente sinusoidal resultantes do contato com os pés durante a locomoção terrestre são determinantes importantes da força e do trabalho muscular.

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JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

Aqui vamos desenvolver as ferramentas necessárias...

Ex vivo imagens ao vivo de divisões celulares simples no mouse neuroepithelium

Experiência dependentes de alterações moleculares nos neurônios são essenciais para a capacidade do cérebro de se adaptar em resposta aos desafios comportamentais.

Vivo em dois fótons de imagem de experiência dependentes de alterações moleculares em neurônios corticais

Descrevemos a dissecção e ex vivo cultura de rato pele embrionária. O sistema mantém uma cultura de interface ar-líquido através da superfície do tecido e permite imagens em um microscópio invertido. Melanoblastos, um componente da pele em desenvolvimento, são marcadas por fluorescência, permitindo o seu comportamento a ser observada por meio de microscopia confocal.

Ex vivo Cultura do Rato Embryonic pele e Live-imaging de Migração melanoblasto

Ex vivo O ERG pode ser usado para registrar a atividade elétrica das células da retina diretamente de retinas intactas isoladas de animais ou humanos. Demonstramos aqui como os sistemas ERG in vivo comuns podem ser adaptados para gravações de ERG ex vivo, a fim de dissecar a atividade elétrica das células da retina.

Simultâneo<em&gt; Ex vivo</em&gt; Teste Funcional de Dois retinas por<em&gt; In vivo</em&gt; Sistema Eletrorretinograma

A microscopia eletrônica 2D em larga escala (EM), ou nanotomia, é a aplicação em todo o tecido da resolução em nanoescala. Aqui descrevemos um método universal de nanotomia aplicado para investigar o cérebro larval do peixe-zebra na saúde e em lesões cerebrais não invasivas.

Transmissão de digitalização em grande escala Electron Microscopy (Nanotomy) de saudável e Ofendidos Zebrafish Cérebro

Nós apresentamos um protocolo para estudar a distribuição das mitocôndria e do retículo endoplasmático em pilhas inteiras após a modificação genética usando a luz correlativa e a microscopia de elétron do volume que incluem a peroxidase 2 do ascorbato e a mancha do peroxidase do rábano, seccionamento serial de células com e sem o gene alvo na mesma seção, e imagens seriadas via microscopia eletrônica.

Mitocôndria e Reticulum endoplasmático por microscopia eletrônica de luz e volume correlativo

Este protocolo descreve um novo ensaio de intensificador-repórter transitório baseado em rAAV. Este ensaio pode ser usado para induzir a expressão impulsionada por potenciadores in vivo no cérebro do rato.

Implantação de AAV de construções de expressão baseadas em potenciador in vivo no cérebro do rato

A modificação do equipamento de matriz de multieletrodos ou patch clamp existente torna o eletrorretinograma ex vivo mais amplamente acessível. Métodos aprimorados para registrar e manter respostas à luz ex vivo facilitam o estudo da função fotorreceptora e das células ON-bipolar na retina saudável, modelos animais de doenças oculares e retinas de doadores humanos.

Otimizando a configuração e as condições do eletrorretinograma ex vivo para estudar a função da retina em olhos pequenos e grandes

Apresentamos um protocolo detalhado para microscopia eletrônica e de luz correlativa pós-incorporação de Epon usando uma proteína fluorescente chamada mScarlet. Este método pode manter a fluorescência e a ultraestrutura simultaneamente. Esta técnica é passível de uma ampla variedade de aplicações biológicas.

Epon Post Embedding Correlative Light e Microscopia Eletrônica

Este artigo demonstra um método para visualizar e quantificar a motilidade e o contato da microglia com pontos pós-sinápticos na retina usando microscopia confocal de disco giratório.

Imagem ao vivo e caracterização da dinâmica da microglia e interações com sinapses na retina murina doente

Aprenda a técnica de loop de trabalho sinusoidal para estudar mecânica muscular ex vivo em roedores de laboratório. Este método avança a compreensão da função muscular in vivo e preenche lacunas entre abordagens experimentais.

"Avatar", um experimento de loop de trabalho ex vivo modificado usando tensão e ativação in vivo

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