Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

Indsamling af skeletmuskulatur biopsier fra superior rum humane musculus Tibialis forreste til mekanisk evaluering

Published: September 27, 2020 doi: 10.3791/61598
Automatic Translation
1,4, 1,2, 3
1Faculty of Sport Science, Human Movement Science, Ruhr University Bochum, 2School of Human Movement and Nutrition Sciences, The University of Queensland, 3Faculty of Sport Science, Sports Medicine and Sports Nutrition, Ruhr University Bochum, 4Institute of Physiology II, University of Muenster

Summary

Denne tekniske rapport beskriver en variation af den modificerede Bergström teknik til biopsi af musculus tibialis forreste, der begrænser fiberskader.

Abstract

De mekaniske egenskaber ordregivende skeletfibre er afgørende indikatorer for generelle muskel sundhed, funktion, og ydeevne. Humane skeletmuskulatur biopsier er ofte indsamlet for disse bestræbelser. Der findes dog relativt få tekniske beskrivelser af biopsiprocedurer uden for de almindeligt anvendte musculus vastus lateralis. Selv om biopsi teknikker er ofte justeret til at rumme de særlige kendetegn ved hver muskel under undersøgelse, få tekniske rapporter deler disse ændringer til større samfund. Således muskelvæv fra menneskelige deltagere er ofte spildt som operatøren genopfinder hjulet. Udvidelse af det tilgængelige materiale på biopsier fra en række muskler kan reducere hændelsen af mislykkede biopsier. Denne tekniske rapport beskriver en variation af den modificerede Bergström teknik på musculus tibialis forreste, der begrænser fiber skader og giver fiber længder tilstrækkelig til mekanisk evaluering. Operationen er en ambulant procedure, der kan afsluttes i en time. Restitutionsperioden for denne procedure er øjeblikkelig for let aktivitet (dvs. gang), op til tre dage for genoptagelse af normal fysisk aktivitet, og omkring en uge for sårpleje. Det udtrukne væv kan bruges til mekaniske kraftforsøg, og her præsenterer vi repræsentative aktiveringsdata. Denne protokol er velegnet til de fleste indsamlingsformål, potentielt kan tilpasses andre skeletmuskulatur, og kan forbedres ved ændringer af indsamlingsnålen.

Introduction

Studiet af human muskelfysiologi til kliniske eller forskningsmæssige formål kræver ofte muskelbiopsier. For eksempel, en stor udfordring i menneskelige muskel fysiologi og biomekanik er at skelne mellem og forstå de forskellige tilpasninger af muskel ydeevne til at udøve. Præstationstilpasninger omfatter ikke kun strukturelle tilpasninger (f.eks. ændringer i kontraktile proteiner, muskelarkitektur), men omfatter også neuraletilpasninger 1, som er meget svære, hvis ikke umulige, at vurdere separat, når man tester intakte in situ menneskelige muskler. Fiber-niveau eksperimenter fjerne disse højere orden komponenter og giver mulighed for en mere direkte evaluering af muskelsammentrækning og kan indsamles via biopsi teknikker. Muskelbiopsier er blevet indsamlet siden mindst 18682. I dag er den fremherskende teknik til at indsamle muskelbiopsier den modificerede Bergström teknik3,4,5, selv om andre teknikker er tilgængelige, herunder brugen af en Weil-Blakesley conkotome6 eller den såkaldte fine-needle7,8. Alle disse teknikker bruger specielle nåle-lignende instrumenter, der er designet til at passere ind i muskler og skære et stykke væv. Specifikt bruger den modificerede Bergström teknik en stor modificeret nål (5 mm nålestørrelse her; Figur 1) der har et vindue tæt på nålespidsen og en mindre indvendig trokar, der bevæger sig op og ned ad nålen, og skærer musklen, når du passerer over nålevinduet. Inden for denne hellige trokar er en ramrod, der bevæger sig op og ned ad skaftet af trokaren og skubber biopsi mod nålen vinduet. For at trække musklen ind i nålevinduet, en sugeslange er fastgjort, som suger luft ud af nålen og trækker musklen ind i nålen vinduet via undertryk.

Muskelbiopsier er ofte erhvervet til at studere ændringer i proteinindhold, genekspression, eller morfologi forårsaget af sygdom eller i en reaktion på en øvelse program1,,9,,10,11. En anden kritisk brug for muskel biopsier er mekaniske eksperimenter såsom måling af fiber kontraktile kraft, muskel fiber stivhed, og historie-afhængige muskel egenskaber12,,13,,14,,15,16. Enkelt fiber eller fiber bundt mekanik måles ved at fastgøre fibre mellem en længde motor og kraft transducer på specialiserede rigge, der styrer fiber længde og samtidig måle kraft. Ved permeabilizing (f.eks flåning) fibre, sarcolemma membran bliver gennemtrængelig for kemikalier i badet løsning, giver mulighed for aktivering kontrol ved at variere calcium koncentration. Desuden kan virkningen af kontraktile egenskaber på kemikalier/lægemidler/andre proteiner let vurderes ved at tilsætte det pågældende reagens til badeopløsningen. Men, mens denne teknik er meget brugt i andre dyremodeller, mærkbart færre undersøgelser gennemført mekaniske test på flåede fibre fra menneskelige muskel biopsier17,18,19. En af grundene er, at biopsi værktøjer og protokoller er designet til at fjerne så meget muskelvæv som muligt med mindre hensyn til niveauet af strukturelle skader under vævsudvinding. Faktisk, en nylig biopsi protokol foreslår at drive biopsi nål i musklen og indsamle 2-4 bidder af muskel3. Selve processen gør lidt skade på DNA eller protein materiale, men ofte ødelægger fiber og sarcomeric strukturer på en sådan måde, at aktivering af muskelfibre bliver ustabil eller umuligt. Desuden er den relative længde af fibre i biopsi typisk korte (<2 mm) og ikke let håndteres til mekanisk test. Til mekanisk test er ideelle fibre lange (3-5 mm) og ikke strukturelt beskadigede.

Mere avancerede væv udvinding teknikker kan bruges til at begrænse fiberskader. For eksempel, en gruppe20 benyttede sig af tidligere planlagte "åbne operationer" af underarme (f.eks knoglebrud reparation), hvor musklerne var fuldt eksponeret og en kirurg var i stand til at visualisere muskelstruktur og omhyggeligt dissekere relativt store og strukturelt ubeskadigede prøver af muskelvæv (15 mm x 5mm x 5 mm). Denne "åbne biopsi" teknik foretrækkes, når deltagerne gennemgår en tidligere planlagt procedure, og så begrænser puljen af potentielle deltagere, især for raske voksne, hvor ingen operationer ellers ville finde sted. Således er mange biopsier udført til forskningsformål sker som en ambulant procedure og indsnit site holdes så lille som muligt for at begrænse infektion risiko, ardannelse, og helbredende tid. Derfor indsamles de fleste biopsier blindt (dvs. operatøren er ikke i stand til at se indsamlingsnålen, når den passerer gennem fasciaen ind i musklen). Dette indebærer, at kvaliteten af biopsi er næsten udelukkende baseret på dygtighed og erfaring af operatøren. Hver muskel har sine egne vanskeligheder, når indsamling væv, såsom risici for at krænke nerver og blodkar, udvælgelse af en ideel indsamling dybde og placering, og beslutter på en passende kropsstilling for at holde musklen så slap som muligt. Desværre er de fleste af de muskel-specifikke skillsets ikke skrevet ned, og så hver læge skal "genopfinde hjulet", når de udfører biopsier på muskler nye for dem. Denne mangel på erfaring fører normalt til flere samlinger med lav kvalitet, indtil lægen identificerer den bedste praksis for biopsier på denne muskel. Novice læger lærer ofte dygtighed gennem samtaler med deres mere erfarne kolleger, men relativt få informative og peer-reviewed tekster findes på området, især for muskler, der ikke traditionelt anvendes til biopsi indsamling. Hvis vi ser på ovenstående oplysninger, sammen med vanskeligheden ved at rekruttere menneskelige frivillige til biopsier, er det klart, at mere undervisning oplysninger er nødvendige, der maksimerer chancerne for succes for hver deltager.

Således, formålet med dette papir var at præsentere en muskel biopsi teknik, der giver protokoller for en vellykket indsamling af muskel biopsier med lange, ubeskadigede fiber fragmenter til mekaniske tests. Menneskelige muskel biopsier er normalt udføres på, og hovedparten af biopsi træningsmateriale er på, muskculus vastus lateralis. Dens relativt store muskel størrelse og overfladisk placering i forhold til huden giver mulighed for indsamling af passende muskelvæv, samtidig med at minimere patientens ubehag og fysisketraumer 1,,21. Der er dog visse begrænsninger for at bruge vastus lateralis til uddannelse i længderetningen. For eksempel, under eksperimentelle protokoller, der omfatter et træningsprogram, skal deltagerne afstå fra yderligere uddannelse uden for studiet i en periode, der ofte spænder over 2-6 måneder. For atleter er dette ofte ikke muligt, da vastus lateralis normalt trænes under typiske øvelser (f.eks. squats, hopper) eller generelt bruges til sporten (f.eks. løb, cykling). Disse separate træningserfaringer væk fra undersøgelsens mål kan forårsage muskulære tilpasninger, der ændrer muskelmekanik, arkitektur, og fysiologi på en sådan måde, at det er vanskeligt eller umuligt at kende den sande effekt af undersøgelsens eksperimentelle protokol om muskelegenskaber. For disse typer af undersøgelser, ville det være ideelt at vælge et mål muskel, der ofte ikke er i fokus for uddannelse regimenter. Musculus tibialis anterior (TA) er en ideel målmuskel, der opfylder ovenstående krav. Desuden kan uddannelsesinterventioner målrettes mod teknisk bistand ved hjælp af kontrollerbare tilgange, f.eks. Der er næsten ingen undervisningsmateriale vedrørende en TA muskel biopsi. Derfor udviklede vi en modificeret protokol til indsamling af relativt ubeskadigede muskelbiopsier fra TA.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

BEMÆRK: Nedenfor skitserer vi en protokol til høst mekanisk ubeskadigede fibre fra TA af frivillige, der var indskrevet i en separat igangværende undersøgelse. Denne protokol svarer til den, der er beskrevet af Shanely et al.3, som har beskrevet den modificerede Bergström-teknik i vastus lateralis. De oplysninger, der præsenteres her, er blevet forfinet af vores forskningsgruppe, men er muligvis ikke ideelle til alle laboratoriegrupper eller organisationsopsætninger. Vi giver kun retningslinjer, og tyder stærkt på, at laboratorier nye til biopsi indsamling høre erfarne laboratoriegrupper, før du forsøger nogen menneskelige forsøg.

Alle undersøgelser udført i dette papir blev godkendt af den etiske komité ved Det Idrætsvidenskabelige Fakultet på Ruhr University Bochum. Deltagerne gav gratis skriftligt informeret samtykke forud for deltagelse i undersøgelsen.

1. Forsøgsforberedelse

  1. Vurder udelukkelseskriterier, samtidig med at deltagerens detaljerede sygehistorie tages under deltagerhøringen (se nedenfor).
    1. Ekskluder deltagerne, hvis de har lidt en skade på målmusklen i løbet af de 6 uger op til biopsi. Sikre deltagerne er generelt sunde, opmærksom på ingen muskel-eller koagulation lidelser, og er ikke i øjeblikket på medicin, der forårsager blodfortyndende (f.eks aspirin).
      BEMÆRK: Her udvalgte vi deltagere, der var moderat aktive og instruerede dem i at afstå fra intensive eller uvant benøvelser mindst 3 dage før biopsien. For andre forskningsspørgsmål kan disse kriterier dog ændre sig.
  2. Overholde sterilisation og aseptiske teknikker, som er reguleret af tysk lovgivning og almindelig praksis og overvåges af holdet læge22,23. Denne procedure kan ofte udføres som en "seng" procedure eller i en ambulant kirurgisk suite. Se det lokale tilsynsorgan for at få vejledning.
  3. Komponere biopsi holdet. Vi foreslår, at biopsi holdet omfatter 4 personer. En læge (eller uddannet person i biopsi indsamling), en medicinsk assistent, der arbejder med lægen, en assistent, der overvåger og interagerer med deltageren, og en assistent, der håndterer muskelbiopsi umiddelbart efter udvinding. Med disse numre, hurtig patientpleje kan administreres, hvis en medicinsk nødsituation opstår under proceduren. Hvis komfortable med proceduren, så holdet kunne være lavet af kun to personer: lægen og medicinsk assistent, der sammen ville tage på patientpleje og væv behandling samtidig.
  4. Få deltageren til at mødes med projektemnet/lægen for at gennemgå, diskutere og underskrive brugersamtykkeformularen. Tag en detaljeret sygehistorie (allergier, skader eller operationer til underekstremiteterne og TA) og udelukke deltageren, hvis de opfylder nogen af udelukkelseskriterierne. Grundigt diskutere nyttiggørelse og snit hygiejne.
    1. Forklar deltageren, at de vil være ømme, men i stand til at gå rundt umiddelbart efter indgrebet; gå ned ad skråninger eller trapper er ofte ubehageligt for de første 48 timer, med fuld aktivitet normalt vender tilbage efter 72 timer. Endelig forklare, at for at begrænse infektion og mekaniske hudafskrabninger, bør snittet stedet forblive forbandt i mindst 1 uge og holdes ren.

2. Visualiser den forreste Tibialis med B-mode ultralyd

  1. Instruer deltageren til at ligge ned i en behagelig liggende position og slappe af deres benmuskler så meget som muligt. Brug en skræddersyet enhed (se nedenfor) eller få assistenten holde anklen i en lidt dorsiflexed position til at efterligne det, der vil ske under biopsi.
    BEMÆRK: Det er vigtigt, at deltageren har en afslappet TA, så den replikerer muskelegenskaberne under proceduren. Under eksamen, bede deltageren til kontrakt og slappe af musklen, så ændringerne i muskel arkitektur kan bemærkes.
  2. Brug en ultralydsonde til at visualisere taens overfladiske og dybe rum til at undersøge muskelarkitekturen og beslutte sig for angrebsdybden og nålevinklen(Figur 2A-B). Angiv landemærker på huden.
    1. Vær særlig opmærksom på udvælgelsen af et målområde, der undgår store vener, arterier, eller nerver.
    2. Vurder tværsnittet af musklen, med det formål at identificere den centrale aponeurosis i TA muskel mave (ca. 1/3 af benet, distale til knæet, og 2 cm lateral af tibial toppen) (Figur 2B). Optag placeringen og dybden af den centrale aponeurosis (normalt 1,5-3 cm), så man kan passe på ikke at køre indsamlingen (Bergström) nålen forbi dette punkt.
    3. Anlækningssonden placeres i den proksimale-distale retning over målplaceringen, og fascicle pennation og muskeltykkelse (Figur 2A). Brug disse oplysninger til at hjælpe med at køre (blindt) indsamlingnålen ind i muskelmaven. Gem billeder af målstedet i begge planer til fremtidig reference under den kirurgiske procedure.
  3. Med disse oplysninger skal du oprette en plan for nålebevægelse mod målområdet.
    1. Planlægger at gøre snittet 1-3 cm distalt fra målet biopsi område. Når nålen er gået ind i musklen, drej nålen til en ~ 45% vinkel til huden langs den lange akse af lemmer, og derefter drevet proksimalt mod biopsi området. Denne strategi begrænser chancen for at køre nålen ind i den centrale aponeurosis, hvis nålen skubbes for hårdt. Desuden kan nålen køres distally eller proksimalt, afhængigt af håndsylen operatør.

3. Biopsiprocedure

  1. Instruer deltageren i at lægge liggende på operationsbordet og slappe af i benmusklerne. Sørg for, at deltagerens synslinje til biopsistedet er blokeret af et gardin.
    1. Fjern passiv spænding fra muskelmaven ved at placere deltagerens lemmer i en anordning, der fastgør anklen i en let dorsiflexed position (0-5° fra neutral; Figur 3). Spørg patienten, hvis de stadig kan slappe af deres muskler, som for meget dorsiflexion potentielt kan gøre det vanskeligt at slappe af.
      BEMÆRK: Vi har konstateret, at indsamling af biopsier fra en dorsiled fod, ikke mere end 5° neutral (dvs. fodsålen vinkelret på skaftet) producerer mere konsekvente og større biopsier end mere plantar bøjet ankel vinkler. Den enhed, der holder anklen dorsiflexed er en skræddersyet enhed. Men et vilkårligt antal (billige) enheder kan fremstilles, der stadig giver det ønskede resultat.
  2. Barber, ren og desinficere det valgte snitområde i henhold tilstandardpraksis 24.
    BEMÆRK: Deltagerens "rene" område er ca. 20 cm proksimale-distale og 10 cm mediale-lateral af den foreslåede indsnit site. Du skal dog altid konsultere institutionens og/eller eventuelle nationale bestemmelser om dette emne. Desinfektionsprotokollen omfatter skrubbe huden ren og derefter desinficere fire gange med liberal brug af medicinsk kvalitet desinfektion spray. Hvis deltageren af en eller anden grund forlader bordet, skal desinfektionsprotokollen genstartes.
  3. Administrere en suprafascial injektion af 1,5 cc af 2% Xylocitin med adrenalin på biopsi stedet, der fungerer som en lokalbedøvelse og vasoconstrictor. Vent på den tildelte påvirke tid på ~ 20-30 min.
    BEMÆRK: Disse stoffer er myotoksiske og må derfor aldrig injiceres i musklen, kun det subkutane væv. Som reaktion på vasokonstriktionen kan injektionsstedets område blive hvidt (på lysere hudtoner) eller grå (mørkere hudtoner).
  4. Bekræft lægemiddeleffekt med hudpladser og blide prikker med en steril skalpel.
  5. På den tidligere markerede biopsi site, foretage en 1 cm proksimale-distale snit med en steril skalpel, der skærer gennem huden og fascia, udsætter muskel mave. Pas på at skære fascia fuldt ud, fordi nålen er stump og vil ikke passere gennem fascia.
  6. Biopsinålen 0,5-1,0 cm ind i musklen med en orientering vinkelret på huden (Figur 2C, 2E).
    BEMÆRK: Operatøren vil føle en ændring i spændingen er nødvendig for at drive nålen gennem de forskellige vævstyper. Fedtvævet er let, fascia er den hårdeste, og musklen er i mellem (men kan være variabel, baseret på deltageren).
  7. Nål til en position på ~45° vinkel til huden langs benets lange akse (Figur 2D, 2F). Skub nålen yderligere 1-2 cm ind i musklen, indtil nålespidsen er på målplaceringen i musklen.
    BEMÆRK: Lægen bør udnytte de gemte ultralyd billeder til at tage højde for individuelle variation af muskel dimensioner. Fordi snittet kun er stort nok til at indsætte nålen, lægen driver nålen blindt gennem huden. Der er en "føler", at biopsi operatør gevinster med erfaring. En novice skal lære de færdigheder fra en uddannet biopsi operatør (mere om dette i diskussionen).
  8. Fastgør 100 ml sprøjten og slangen til biopsinålen (Figur 1G). Påfør sug på Bergström-nålen ved at trække sprøjtens stempel med ca. 15-20 ml for at frembringe et undertryk i nålen og suge muskelvævet ind i nålevinduet. Derefter punktafgifter musklen ved en hurtig push (es) af trocar over nålen vinduet.
    BEMÆRK: Før og under sugning er det nogle gange nyttigt at placere let tryk på huden umiddelbart over nålevinduet for at hjælpe med at skubbe musklen ind i nålen.
  9. Fjern forsigtigt nålen fra benet og drej langsomt. Der bør kun være lysmodstand, mens nålen udvindes. Hvis der er mere modstand, kan dette indikere en delvis biopsi cut. Det sker, returnere behovet til målet placering, og reattempt væv indsamling.
  10. Skub det punkterede væv mod nålevinduet ved hjælp af den interne ramrod.
  11. Fjern forsigtigt prøven fra nålen.
    BEMÆRK: Nedsænkning af nålen i indsamlingsopløsningen (se afsnittet tilberedning af fiber) løsner ofte biopsien fra nålen. Derudover kan sprøjten bruges til at føre luft gennem nålen og skubbe prøven ud. Disse teknikker fjerner behovet for fysisk at røre ved biopsi med pincet og reducerer risikoen for skader. Hvis værktøj, hænder (behandskede eller ej) eller ikke-sterile opløsninger kommer i kontakt med nålen, kan nålen ikke bruges til at fremme under proceduren. Således, hvis en anden umiddelbar biopsi er nødvendig, så en ny steril nål skal anvendes. Dette sker ofte, så det er en bedste praksis at opretholde flere sterile nåle i reserve.
  12. Identificer vævet som muskel og ikke fedt eller bindevæv. Muskelvæv er let identificeres fra andet væv på grund af sin dybe røde farve( Figur 4A). Nogle gange, det indsamlede væv er ikke muskel, men fedt eller bindevæv.
    1. Hvis der indsamles en tilstrækkelig mængde muskelvæv, skal du fortsætte protokollen. Hvis der ikke er nok muskel, forsøge biopsi igen.
    2. Hvis der er behov for endnu en biopsi, skal du overvåge deltageren omhyggeligt, da et andet nålestød af og til gør deltageren mere ubehagelig end den første.
  13. Vask muskelprøver straks i en indsamling løsning og forberede enkelt fiber eksperimenter (se muskel biopsi håndtering og opbevaring).
    1. Få en erfaren assistent til at kontrollere prøvekvaliteten (se nedenfor) og vurder behovet for at udføre endnu en biopsi. En separat assistent tager biopsi til behandling, mens resten af holdet fortsætter med deltageren.
  14. Luk indsnittets websted.
    1. Luk snitsåret med sterilt Leukostrip tape. Brug en eller flere stykker til at slutte sig til kanterne af indsnitstedet ved at lægge dem vinkelret på indsnittets lange akse, og læg derefter yderligere strimler i et stjerneformet mønster for at beskytte mod multi-directional belastning.
      BEMÆRK: Korrekt håndtering af dette trin vil reducere ardannelse. Suturing såret kan gøres, men er ikke nødvendigt. Andre muligheder omfatter sårlim.
    2. Placer steril sårbandage (f.eks.
    3. Wrap benet med sammenhængende elastiske bandager (f.eks Unihaft) for at begrænse indledende blødning og beskytte mod ekstern mekanisk påvirkning.
    4. Wrap benet med acrylastic kompression bandager for at forhindre blødning og beskytte de dybere bandager fra at blive løs eller ødelagt.

4. Efterbehandling efter biopsi

  1. Bed deltageren om at gå rundt umiddelbart efter indgrebet. Der vil være lokaliseret ømhed. Instruer deltageren i at gå så normalt som muligt.
  2. Instruer deltageren i ikke at fjerne bandagerne eller lade vandet suge bandagerne i blød. De skal holdes på i mindst: en dag for den akrelastiske bandage, tre dage for den sammenhængende elastiske bandage, og syv dage for såret dressing. Informer deltageren om, at de kan rebandageds, hvis det er nødvendigt.
    1. Skræddersy en deltagers post-biopsipleje til den enkeltes behov. Få en uddannet assistent eller læge til at vurdere deltageren og lave en passende plan for behandling efter biopsi. Til denne procedure foreslår vi, at yderligere in vivo neuromuskulær testning af TA er adskilt af mindst en uge fra biopsi.

5. Muskel biopsi håndtering og opbevaring

  1. Efter vævsekstraktion skal vævet straks i et 5 ml hætteglas indeholdende boretopsamlingsopløsning (i mM: Tris (50), KCl (2), NaCl (100), MgCl2 (2), EGTA (1), proteasehæmmertablet (1), pH 7.0) og let ryste i 4-6 min. for at vaske blod ud.
  2. Rigor-opløsningen udbyts til frisk stringens, ryst let i 4-6 min. og opbevar derefter ved 4 °C i 4-6 timer for at muliggøre udveksling af proteasehæmmeropbevaring og blod.
  3. Exchange Rigor-løsning til natspænding (i mM: Tris (50), KCl (2), NaCl (100), MgCl2 (2), EGTA (1), proteasehæmmertablet (1), 50:50 glycerol, pH 7.0) og opbevares ved 4 °C i 12-18 h.
  4. Udskiftning natten rigor for 50:50 indsamling rigor:glycerol og opbevares ved -20 °C i op til 3 måneder, eller et år i en -80 °C fryser.
    BEMÆRK: Denne proces permeabilizes fibermembranen, som giver mulighed for manuel tilsætning af calcium i og ud af cellen. Denne proces tager tid og kunne være forskellige mellem forskellige muskler og arter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Hele tiden engagement for en deltager var omkring en time (10 min konsultation, 10 min ultralyd, 20 min kirurgi forberedelse og bedøvelseslæg administration, 10 min operation, og 10 min opsving). Ofte, deltagerne ubevidst aktiveret deres TA og havde brug for konsekvente påmindelser for at holde musklen så afslappet som muligt. Når biopsi nålen var inde i musklen, deltagerne normalt rapporteret en unik "tryk" fornemmelse i området omkring biopsi nålen, med lejlighedsvise perioder med moderat til intens ubehag. Engang, en deltager tæer lidt trangt under proceduren, men straks stoppede efter nålen blev fjernet. Biopsi størrelser var normalt ~ 50-100 mg (våd masse). Deltagernes reaktioner på proceduren var ofte uforudsigelige. Nogle gange, deltageren forventes at være upåvirket under proceduren, men derefter viste tegn på besvimelse, mens andre var nervøse, men helt unfazed under proceduren. Således fandt vi det at være god praksis at holde deltageren travlt med en samtale eller lade dem bruge deres mobiltelefon, så deres fulde opmærksomhed ikke var fokuseret på den igangværende procedure. Assistenten, der talte med deltageren, overvågede dem også for tegn på angst, smerte eller besvimelse. Nogle gange indeholdt en biopsi kun fedt eller bindevæv (identificeret ved en bleg-hvid farve af vævet, Figur 4A). I disse tilfælde blev der straks taget endnu en biopsi (efter at deltageren havde givet godkendelse). Normalt vil en vellykket biopsi give > 80% muskelvæv (Figur 4A).

Post-op, de fleste deltagere følte ubehag efter den procedure, der varede 3-5 dage. Deltagerne rapporterede, at TA ømhed svarede til, hvad der ville forventes efter en dag med vandreture stejle skråninger. Der må ikke lægges mekanisk tryk på indsnitsstedet i mindst 5 dage, eller det kan genåbne. Deltagerne blev normalt efterladt med et lille ar, men vi har ikke observeret rejst eller på anden måde unormale ændringer i huden. Også, ingen deltagere udviklet infektioner.

Biopsierne blev permeabiliseret (dvs. flået) i en glycerolopløsning (1:1 blanding af glycerol: boreoropløsning) i 6 uger og derefter forberedt til mekanisk testning på forsøgsdagen. Glycerol permeabilization af fibre giver mulighed for diffusion af badet løsning i fibrene, hvilket giver forskeren aktivering kontrol og giver også en vej til at underkaste musklen til lægemidler eller andre kemikalier. Endvidere, glycerol fungerer som en anti-frysning agent, så musklen skal sted i kolde temperaturer for langtidsopbevaring, med begrænset skade. Der er dog brug for nogen tid til, at glycerolen kan trænge ind i prøverne, og derfor er det i første omgang hensigtsmæssigt at opbevare biopsiprøver natten over ved 4 °C (ideelt på en rysteplade). Muskler kan kun opbevares så længe, før deres funktion er kompromitteret. Den generelle vejledning om sagen er, at musklerne vil bevare deres funktion inden for glycerol opløsning i mindst 3 måneder i en -20 °C fryser, eller et år i en -80 °C fryser.

Muskelprøver blev visualiseret under et dissektionsmikroskop. Nogle muskelstykker var små ellerbeskadigede ( Figur 4B)og blev fjernet. Dernæst grupper af fibre blev vurderet for eventuelle strukturelle skader (visuelt brudt eller knust fiber sarkolemma, Figur 4C). Fra disse bundter, mindre fiber bundter af 3-10 fibre blev dissekeret væk og omhyggeligt placeret i den eksperimentelle kammer af den mekaniske test rig (Figur 4D). Strukturelt brugbare fiber længder var typisk 3-5 mm lang. Bergström nålen havde et opsamlingsvindue på 7 mm, så biopsi kunne kun maksimalt udbytte ~ 7 mm lange fibre. Således var de strukturelt brugbare fibre, vi indsamlede, næsten lige så lange som muligt. Typisk, vi forbereder 5-10 fiber bundt pr 50 mg (indsamlet) væv. Nærmere oplysninger om disse procedurer findes andetsteds14,15,25. For at demonstrere fibrenes holdbarhed viser vi repræsentative data for en simpel mekanisk protokol ved hjælp af glykne TA-fiberbundter (Figur 5). 40 fiberbundter fra biopsierne på 10 deltagere blev aktiveret i aktiveringsopløsning26 (høj [Ca2+], pCa < 4,2) ved 2,7 μm sarcomere længde i 60 sekunder, og stabil-state aktiv belastning blev målt som 100,71 ± 11 mN mm-2 (gennemsnitlig ± SEM).

Figure 1
Figur 1: Bergström-nålen. Bergström-nålen, der anvendes i denne undersøgelse, består af selve nålen (A-F), sugeslangen (G) og sprøjten (F). Bergström-nålen består af en ydrenål( A ), der har et vindue tæt på nålespidsen, en mindre hul indvendig trokar (B), der bevæger sig op og ned ad nålen og skærer musklen, når den passerer over nålevinduet, og en stang (C), der bevæger sig op og ned ad trochanteren for at hjælpe med at fjerne musklen fra nålen. Disse stykker er adskilt af en skive(D), der gør nålen lufttæt, og en spacer(E)mellem stangen og trokar beskytter mod knusning af muskelbiopsi. Endelig er der monteret en sugeslangeadapter. For at trække musklen ind i nålevinduet fastgøres ensugeslange( G ) til kanyleadapteren og sprøjten. Dette suger luften ud af nålen og trækker musklen ind i nålevinduet via undertryk, hvilket giver mulighed for prøvetagning. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Ultralydbilleddannelse og nåleplacering. TA består af overfladiske og dybe rum, der er defineret af aponeuroses. TA er afbildet med ultralydsonden orienteret i de distale proksimale (A)og mediale-laterale (B) perspektiver, således at 3D-formen af TA kan genkendes. Ideel nåledybde til samling er mellem de vandrette stiplede linjer. En tegneserie repræsentation af nålen indsættelse er vist i paneler C og D. Efter snittet er lavet, nålen er først placeret vinkelret på musklen og skubbet ind i musklen, indtil nålen vinduet er i musklen (C). Nålen er derefter omlægges til en ~ 45 ° vinkel langs den lange akse af benet, og skubbet ind i musklen yderligere, med omhyggelig opmærksomhed, at nålen ikke trænger ind i den dybe aponeurosis (D). Levende billeder (E, F) under proceduren er givet med henvisning til tegnefilmen (C, D). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: Deltagerplacering. Deltageren ligger i en liggende position på operationsbordet. Hovedet kan hæves for komfort. Højre fod er placeret i en brugerdefineret enhed, der holder foden lidt dorsiflexed, reducere muskelspændinger. Et gardin er placeret foran deltageren, så de ikke kan se proceduren. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: Repræsentative billeder af muskelvæv. (A)Umiddelbart efter biopsi, vil muskelprøven være en mørkere rød end andre væv, herunder fedtvæv og bindevæv (mærket i panelet). (B) Dissektion af prøver med skader / kort (top) og levedygtige (nedenfor) fiber bundter. (C) Forstørrelse af en levedygtig fiber gruppering at inspicere overfladen for tegn på skade. (D)En 6-fiber bundt blev dissekeret væk fra denne fiber bundt (bundet på enderne med 6-0 sutur for nem bevægelse og fastgjort til det mekaniske apparat. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: Repræsentative kraftudgange for et fiberbundtpræparat. For at demonstrere holdbarheden af fibrene, viser vi repræsentative stressdata for en simpel mekanisk protokol ved hjælp af glycated TA fiber bundt (3 fibre). I alt blev 40 fiberbundter fra biopsierne på 10 deltagere strakt fra slæk til 2,7 μm sarcomere længde og holdt for at give mulighed for stress-afslapning. Dernæst blev fibre aktiveret i aktiveringsopløsning26 (skyggeareal; høj [Ca2+], pCa < 4,2) ved 2,7 μm sarcomere længde i 60 sekunder, og aktiv belastning i stabil tilstand blev målt ved 100,71 ± 11 mN mm-2 (gennemsnitlig SEM). Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denne rapport beskrev vi en teknik til biopsi af strukturelt ubeskadiget muskelvæv fra TA. Vi fandt, at denne procedure giver et acceptabelt indhold af brugbare muskelfibre (5-10 fiber bundt præparater pr 50 mg indsamlet væv) til mekanisk test. Desuden havde vi nok væv til opfølgende mekaniske, genetiske og proteomiske eksperimenter.

Der er flere metoder, der typisk anvendes til indsamling af muskelbiopsier3,4,,6,,27,28. Den såkaldte åbne biopsi20 producerer den højeste kvalitet fibre, fordi en kirurg fuldt udsætter musklen og dissekerer ud prøven. Selvfølgelig, åben kirurgi er en ganske invasiv procedure og er ikke en passende procedure til at indsende raske deltagere til, uanset forskningsspørgsmål, på grund af de potentielle risici forbundet med åbne operationer. Den mindst invasive biopsi metode er den fine nål biopsi29,30, som bruger en relativt mindre nål til at indsamle væv. Den fine nål biopsier er nok til at udføre eksperimenter på den genetiske / kemiske / protein komponenter af fibre30,31, men ofte fiber kvalitet er meget dårlig, hvilket gør mekanisk test vanskelig eller umulig. Bergström nålen teknik er et godt kompromis mellem de to procedurer forklaret ovenfor, fordi operationen er mindre invasiv end den åbne biopsi, men stadig indsamler muskelprøver, der er større og (potentielt) mere strukturelt intakt end fine nål biopsier. Tidligere rapporter om Bergström nål procedure3,5 er store ressourcer for dem at læreteknikken,men kun præsentere protokoller for vastus lateralis. Vores rapport demonstrerer teknikken til TA, der fokuserer på indsamling af høje udbytter af strukturelt intakte fibre til mekanisk test.

Så meget som vi ved, er der ingen detaljerede publikationer om indsamling af TA biopsier. Ikke desto mindre er standard praksis at lægge deltageren liggende og få dem til at slappe af deres ben så meget som muligt. Den afslappede fod i denne position er naturligvis plantarflexed, hvilket derfor forlænger TA og sætter det i spænding. Vi finder, at enhver muskelspændinger gør det vanskeligere at drive muskler ind i biopsi nålen, selv med undertryk, og så spændingen bør minimeres så meget som muligt. For at opnå dette, den enkle, men større ændring her var at bruge en specialbygget fodplade, der fastholdt anklen i en lidt dorsiflexed position (0 - 5 ° fra neutral), holde TA slap og forbedre indsamling. Klinikere bør passe på ikke at over-dorsiflex anklen, som TA vil være ukontrollabelt aktiveret, stigende spænding, hvilket naturligvis er i strid med proceduren i første omgang. Deltageren kan typisk føle denne muskel aktivering, så kommunikation er nøglen. Fra protokollerne giver TA kun ~25% væv sammenlignet med de mere almindeligt anvendte vastus lateralis, ~100 mg og ~400 mg. Det er derfor vigtigt at maksimere størrelsen på vævsindsamlingen, samtidig med at man overvejer, om TA-vævsprøven vil være stor nok til det eller de ønskede forskningsprojekt(er). Vi har konstateret, at tage en anden prøve umiddelbart efter den første ikke forårsager nogen ekstra komplikationer eller helbredende tid for deltagerne.

Selv om protokollen giver nogle retningslinjer for andre muskel biopsier, muskel udvælgelse vil diktere den relevante procedure. Således, vi kraftigt foreslå andre forskere og klinikere til at offentliggøre, i fuld, deres biopsi metoder. Af erfaring, identificerer vi et par vigtige faktorer til muskel udvælgelse, uden for forskning spørgsmål. For det første foreslår vi overvejer muskler, der er overfladiske til huden og har store arterier / nerver, der er enten dybe eller let undgås. For det andet, fordi deltagerne er vågen under proceduren, er det vigtigt at overveje, om biopsi procedure vil være meget ubehageligt for patienten, enten på grund af den oprindelige placering af patienten, eller på grund af presset fra biopsi nålen, som også skubber på dybere muskler på en ubehagelig måde. Vi har haft succes med de enorme lateralier og pectoralis. Andre potentielle muligheder er trapezius, latissimus dorsi, og gastrocnemius (selv om stærkt vaskulære og tilbøjelige til blødning). Den forstrækning muskler er muligt, men ubehageligt for patienten, og svært, fordi de bevæger sig side om side, når indsamling af biopsi.

Selvom Bergström nåle kan købes fra fremstiller, nogle laboratorier custom-lave deres egne. Små, men kloge, justeringer af designet kan øge udbyttet af lange og ubeskadigede muskelfibre. For eksempel var indsamlingsvinduet på nålen, der blev brugt her, 7 mm x 5 mm (længde x bredde). Dette er hensigtsmæssigt at fange en terning af muskler. Men hvis målet er at indsamle lange og ubeskadigede fibre (af samme volumen), så længden kunne øges, og bredden faldt (dvs. 10 mm x 3,5 mm). Hvis nålen er orienteret langs fascicle retning, så er det sandsynligt, at denne nål ville indsamle længere fiber sektioner.

Muskel biopsier er ofte sikkert indsamlet uden vejledning af en ultralyd billede, især for større muskler som vastus lateralis. I denne situation, en korrekt erfaren læge kan nemt palpere musklen for at finde den bedste snit site. Men, når lægen er mindre erfarne med målet muskel, eller ekstra pleje er berettiget til at undgå store nerver eller blodkar, ultralyd er en stor og simpelthen anvendt værktøj. Endelig kan post-op overvågning af biopsi området hurtigt opnås ved hjælp af en ultralyd.

Pædiatriske biopsier er helt sikkert muligt og almindeligvisudføres 32,33,34. Der er dog typisk foretaget flere ændringer i proceduren. En mindre gauge nål og bevidst sedation er ofte påkrævet, og proceduren finder sted i et hospital miljø. Generelt kan oplevelsen være traumatisk for et barn og forskergrupper, der ønsker at inkludere sunde pædiatriske deltagere bør nøje afveje dette mod de potentielle fordele ved undersøgelsen.

Fiber bundter eller ubrugt materiale kan overføres til andre eksperimenter før eller efter fiber mekanik. For eksempel kan teknikker, der vurderer sarkomisk proteinindhold eller klassificerer isoformtype, udføres35. For at begrænse proteinnedbrydningen og forbedre analysesuccesen skal væv dog flashfryses i flydende nitrogen enten efter den oprindelige ekstraktion umiddelbart efter den mekaniske vurdering eller behandles straks til proteinanalyse. Fibre kan også forberedes til immunhisistokemi eller andre billeddannelsesteknikker36, der giver mulighed for vurdering af protein position inden for fiber. I dette tilfælde kan fibre placeres i en fiksativ opløsning (f.eks. 4% paraformaldehyd/0,25% glutaraldehyd i fysiologisk buffer ved pH 7; ingen glutaraldehyd for immunohistochemistry), mens de stadig er på det mekaniske testapparat, og bevare de sarkomiske strukturer ved en ønsket sarkomlængde. Hvis det er muligt, kan et lille stykke af den oprindelige biopsi høstes, vaskes kraftigt i indsamlingsopløsning i 10 min og derefter placeres i fiksativ opløsning. Mange grupper foretrækker straks at flash-fryse friskudladede prøver i isopentan, hvilket begrænser dannelsen af skadelige iskrystaller, og forbedrer billedkvaliteten for visuelle vurderinger. Dette er faktisk guld-standard for flash frysning; men vi finder, at iskrystalskaderne fra kvælstoffrysning kun er fokuseret på ekstra-myofibril strukturer. Vi har tilfredsstillende strukturel integritet af sarkomiske komponenter i prøver også frosset i flydende kvælstof, og så vi mener, at kvælstof er en mulighed, især hvis det er mere let tilgængelige, eller det kirurgiske team / lokale kemiske myndighed er ikke villig til at bruge isopentan. Et vigtigt og ofte urapporteret problem med at forberede prøver til visning er, at sarcomeres ofte er indgået / kort, med I-band regionen sarcomere kort eller ikke observerbare. For at overvinde dette, forskeren skal manuelt strække fiberprøver (ved testapparatet eller i hånden ved hjælp af fine pincet) før fastsættelse. Som en generel regel strækker vi til ~ 3,2 μm sarcomere længde (målt via laser diffraktion), eller strække til ~ 150% af slap længde, i en lav-calcium fysiologisk afslappende løsning. Endelig, hvis delprøver er eftersøgt for RNA-ekspressionsanalyse, påvirker metoden til flash-frysning ikke resultater, men prøverne skal fryses umiddelbart efter den oprindelige ekstraktion og anbringes i en -80 °C fryser, da RNA er meget ustabil. Der er nogle RNA-beskyttelse opbevaring løsninger på markedet, men vi har fundet blandede resultater med deres anvendelse, og kun flash fryse friske prøver.

For at maksimere mængden af oplysninger, der indsamles under et forsøg, kan samtidig indsamling af andre data fuldføres, mens der udføres mekaniske test. For eksempel kan studiet af sarkomeriske strukturer udføres under mekaniske test ved hjælp af lavvinkel røntgendiffraktionsscanning, som det sker hos andredyr 37,38. Til genetiske forsøg skal punkterede muskler straks behandles til dette formål eller flashfryses, fordi DNA/RNA er relativt mindre stabile end proteiner.

Nogle begrænsninger er allerede beskrevet ovenfor. Her diskuterer vi selve proceduren. En stor begrænsning for de fleste grupper er at have et teammedlem, der er passende uddannet i biopsi samling. Uanset personens erhverv (læge, medicinsk assistent, tekniker, eller på anden måde), denne procedure er vanskelig, fordi investigator driver nålen blindt og skal stole på"føler" 3,28 for at finde nålen vinduet præcist. Fejl er ikke tålelige, fordi samtykkende menneskelige deltagere for biopsier er sparsomme, en biopsi er at foretrække frem for mange, og fejl kan føre til vaskulære eller nerveskader. Derfor bør alle uddannelsesmuligheder være afsluttet, før en menneskelig biopsi udføres. For eksempel, at få en "føler" for at køre nålen, svinekød med huden stadig er knyttet kan købes fra de fleste købmandsforretninger og bruges som en proxy for menneskers hud og muskler. En anden værdifuld erfaring er at skygge en uddannet forskningsgruppe.

Vi vurderede deltagernes smerte / ubehag mere kvalitativt, afhængig af lægens erfaring og samtaler med deltageren til at vurdere opfattede smerter. Men, vurderingen af smerte og post-biopsi ubehag kan være mere kvantificeret og sammenlignelige på tværs af enkeltpersoner og undersøgelser ved hjælp af validerede smerte / ubehag undersøgelser. Disse punkter har overraskende lidt behandling i litteraturen. Men en nylig undersøgelse præsenteret en måde at kvantificere deltager smerte / ubehag før, under og efter biopsier, ved at udnytte veletablerede undersøgelser af smerte39. Vi bemærker, at dette papir brugte vastus lateralis som målet muskel, og så opfølgende undersøgelser er nødvendige for at sammenligne smerte vurderinger mellem musklerne.

Uanset ekstraktion metode, bergström teknik kan ikke punktafgifter den samlede længde af fiber i musklen, fordi fibrene er for lange (~ 6-8 cm i TA40, ~ 6,5-8 cm i vastus lateralis40). Derfor er det uundgåeligt, at for et langt stykke indsamlet fiber, er enderne ødelagt af biopsi teknik. Ofte er den brugbare centrale del af en fiber lille, og så er det svært at mekanisk teste. Selv om teknikken giver rimeligt lange centrale regioner (3-5 mm), investigator skal omhyggeligt kontrollere kvaliteten af fiber bundter under dissektion, fordi brugen af beskadigede fibre vil ændre passive eller aktive kraft udgange. Visuel observation af vellykkede biopsier vil vise en del af fibre, der er ubeskadiget fra biopsi procedure. Når man ser fra en traditionel dissektion lys mikroskop, vil overfladen af fibre ser glat, uden huller eller tårer (Figur 4). Desuden bør fibre ser cylindriske og har ingen flade områder. Selvom det ikke er synligt, vil musklen i sig selv nedbrydes over tid på grund af naturligt forekommende proteaser, der begynder at nedbryde muskelproteinerne næsten umiddelbart efter ekstraktionen. Således er det afgørende at tilføje proteasehæmmere til alle løsninger, der anvendes med fibrene. Desuden foreslår vi også ekstra vaske af biopsierne for at fjerne så meget blod som muligt.

Selv med omhyggelig forberedelse, fiber skader kan forekomme og føre til dårlig fiber aktiveringer. Der er mange grunde til fiber skader, fordi fibre er meget følsomme over for næsten alle dele af proceduren. For eksempel, under biopsi, hvis trokaren ikke er skarp nok, kan det skubbe ind i muskelvæv under ekstraktionen i stedet for at skære igennem det, som kan strække og ødelægge fibrene. Indsamlingsopløsningen skal tilberedes korrekt, fordi fibrene er følsomme over for osmotiske forandringer, pH og temperatur. Ved håndtering af fibre, skal der være stor omhu for helt at begrænse presset på fibrene. I stedet bør pincet bruges til at få fat i biopsi ved sin bindevæv. Et andet alternativ er at bruge en størrelse 0-7 silke sutur til at pakke en ubrugelig ende af biopsi og derefter få fat i dette, når håndtering. Endelig glycerol tjener to roller: den første er at holde musklen fra frysning, mens ved -20 °C og den anden er at være et mildt rengøringsmiddel til fiberen. Det vil sige, glycerol permeabilizes fiberen til eksterne løsninger, giver mulighed for tilstrømning af calcium (via en aktiveringsløsning). For de fleste muskler, denne proces tager ~ 10 dage. Men afhængigt af mængden af kollagen indhold og størrelsen af prøven, dette kan tage op til 6 uger. Fibre skal permeabilized for enhver høj calcium aktivering at forekomme under mekaniske eksperimenter. Fibre er generelt brugbare i mindst 3 måneder. For at begrænse fiberaffald, en længere permeabilization ventetid (4-6 uger) er foreslået for TA muskelfibre.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Vi takker Michaela Rau, Lea-Fedia Rissmann, Michael Marsh, Janina-Sophie Tennler, Kilian Kimmeskamp og Wolfgang Linke for at have hjulpet med projektet. Mercur Foundation (ID: An-2016-0050) ydede støtte til dette projekt til DH.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
26 guage subcutaneous needle with 2 ml glass syringe B. Braun Melsungen AG
Carl-Braun-Straße 1
34212 Melsungen, Hessen
Germany
 		 4606027V Drug administration
5mm Berstöm needle homemade N/A Tissue collection. Similar to other Berstöm needles
Acrylastic BSN medical GmbH
22771 Hamburg		 269700 elastic compression bandage
Complete protease inhibitor cocktail Roche Diagnostics, Mannheim, Germany 11836145001 Protease inhibitor tabeletes added to all solutions that hold muscle tissue.
Cutasept PAUL HARTMANN AG
Paul-Hartmann-Straße 12
89522 Heidenheim
Germany		 9805630 Disenfectant spray for the skin
Leucomed T plus BSN medical GmbH
22771 Hamburg		 7238201 Transparent wound dressing with wound pad to seal the wound and protect against infection
Leukostrip Smith and Nephew medical Limitied 101 Hessle road,
Hull
Great Britain		 66002876 wound closure
Surgical disposable scalpels Aesculap AG
Am Aesculap-Platz
78532 Tuttlingen
Germany		 BA200 series Incision
Unihaft cohesive elastic bandage BSN medical GmbH
22771 Hamburg		 4589600 cohesive elastic bandage that protects against mechanical impact
Xylocitin 2% with Epinephrin Milbe GmbH
Münchner Straße 15
06796 Brehna
Germany		 N/A Controlled substance anesthesia, vasoconstriction

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Franchi, M., et al. Architectural, functional and molecular responses to concentric and eccentric loading in human skeletal muscle. Acta Physiologica. 210 (3), 642-654 (2014).
  2. Duchene, G. B. A. De la paralysie musculaire pseudo-hypertrophique, ou paralysie myo-sclérosique / par le Dr Duchenne (de Boulogne). Archives of General Internal Medicine. 11 (30), (1868).
  3. Shanely, R. A., et al. Human skeletal muscle biopsy procedures using the modified Bergström technique. Journal of Visualized Experiments. (91), e51812 (2014).
  4. Evans, W. J., Phinney, S. D., Young, V. R. Suction applied to a muscle biopsy maximizes sample size. Medicine and Science in Sports and Exercise. 14 (1), 101-102 (1982).
  5. Bergstrom, J. Percutaneous needle biopsy of skeletal muscle in physiological and clinical research. Scandinavian Journal of Clinical and Laboratory Investigation. 35 (7), 609-616 (1975).
  6. Baczynska, A. M., et al. Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome. Journal of Visualized Experiments. (109), e53075 (2016).
  7. Pesta, D., Gnaiger, E. High-resolution respirometry: OXPHOS protocols for human cells and permeabilized fibers from small biopsies of human muscle. Methods in Molecular Biology. 810, 25-58 (2012).
  8. Buck, E., et al. High-resolution respirometry of fine-needle muscle biopsies in pre-manifest Huntington's disease expansion mutation carriers shows normal mitochondrial respiratory function. Plos One. 12 (4), 01175248 (2017).
  9. Murgia, M., et al. Single Muscle Fiber Proteomics Reveals Fiber-Type-Specific Features of Human Muscle Aging. Cell Reports. 19 (11), 2396-2409 (2017).
  10. Friedmann-Bette, B., et al. Effects of strength training with eccentric overload on muscle adaptation in male athletes. European Journal of Applied Physiology. 108 (4), 821-836 (2010).
  11. McPhee, J. S., et al. The contributions of fibre atrophy, fibre loss, in situ specific force and voluntary activation to weakness in sarcopenia. The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 73 (10), 1287-1294 (2018).
  12. Nocella, M., Cecchi, G., Bagni, M. A., Colombini, B. Force enhancement after stretch in mammalian muscle fiber: no evidence of cross-bridge involvement. American Journal of Physiology. Cell Physiology. 307 (12), 1123-1129 (2014).
  13. Patel, J. R., McDonald, K. S., Wolff, M. R., Moss, R. L. Ca2+ binding to troponin C in skinned skeletal muscle fibers assessed with caged Ca2+ and a Ca2+ fluorophore. Invariance of Ca2+ binding as a function of sarcomere length. The Journal of Biological Chemistry. 272 (9), 6018-6027 (1997).
  14. Hessel, A. L., Joumaa, V., Eck, S., Herzog, W., Nishikawa, K. C. Optimal length, calcium sensitivity and twitch characteristics of skeletal muscles from mdm mice with a deletion in N2A titin. The Journal of Experimental Biology. 222, Pt 12 (2019).
  15. Joumaa, V., Herzog, W. Calcium sensitivity of residual force enhancement in rabbit skinned fibers. American Journal of Physiology. Cell Physiology. 307 (4), 395-401 (2014).
  16. Joumaa, V., Rassier, D. E., Leonard, T. R., Herzog, W. The origin of passive force enhancement in skeletal muscle. American Journal of Physiology. Cell Physiology. 294 (1), 74-78 (2008).
  17. Hilber, K., Galler, S. Mechanical properties and myosin heavy chain isoform composition of skinned skeletal muscle fibres from a human biopsy sample. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 434 (5), 551-558 (1997).
  18. Miller, M. S., et al. Chronic heart failure decreases cross-bridge kinetics in single skeletal muscle fibres from humans. The Journal of Physiology. 588, Pt 20 4039-4053 (2010).
  19. Pinnell, R. A. M., et al. Residual force enhancement and force depression in human single muscle fibres. Journal of Biomechanics. 91, 164-169 (2019).
  20. Einarsson, F., Runesson, E., Fridén, J. Passive mechanical features of single fibers from human muscle biopsies--effects of storage. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 3, 22 (2008).
  21. Flann, K. L., LaStayo, P. C., McClain, D. A., Hazel, M., Lindstedt, S. L. Muscle damage and muscle remodeling: no pain, no gain. The Journal of Experimental Biology. 214, Pt 4 674-679 (2011).
  22. Commission for Hospital Hygiene and Infection Prevention (KRINKO), Federal Institute for Drugs and Medical Devices (BfArM). Anforderungen an die Hygiene bei der Aufbereitung von Medizinprodukten [Hygiene requirements for the reprocessing of medical devices]. Bundesgesundheitsblatt, Gesundheitsforschung, Gesundheitsschutz. 55 (10), 1244-1310 (2012).
  23. Koch-Institut, R. Ergänzung zur Empfehlung Anforderungen an die Hygiene bei der Aufbereitung von Medizinprodukten. RKI-Bib1. , Robert Koch-Institut. (2018).
  24. Rutala, W. A., Weber, D. J. Disinfection and sterilization in healthcare facilities. Practical Healthcare Epidemiology. , 58-81 (2018).
  25. Rassier, D. E., MacIntosh, B. R. Sarcomere length-dependence of activity-dependent twitch potentiation in mouse skeletal muscle. BMC Physiology. 2, 19 (2002).
  26. Mounier, Y., Holy, X., Stevens, L. Compared properties of the contractile system of skinned slow and fast rat muscle fibres. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 415 (2), 136-141 (1989).
  27. Henriksson, K. G. Semi-open muscle biopsy technique. A simple outpatient procedure. Acta Neurologica Scandinavica. 59 (6), 317-323 (1979).
  28. Dietrichson, P., et al. Conchotome and needle percutaneous biopsy of skeletal muscle. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 50 (11), 1461-1467 (1987).
  29. Iachettini, S., et al. Tibialis anterior muscle needle biopsy and sensitive biomolecular methods: a useful tool in myotonic dystrophy type 1. European Journal of Histochemistry. 59 (4), 2562 (2015).
  30. Cotter, J. A., et al. Suction-modified needle biopsy technique for the human soleus muscle. Aviation, Space, and Environmental Medicine. 84 (10), 1066-1073 (2013).
  31. Edwards, R. H., Round, J. M., Jones, D. A. Needle biopsy of skeletal muscle: a review of 10 years experience. Muscle & Nerve. 6 (9), 676-683 (1983).
  32. Gibreel, W. O., et al. Safety and yield of muscle biopsy in pediatric patients in the modern era. Journal of Pediatric Surgery. 49 (9), 1429-1432 (2014).
  33. Cuisset, J. M., et al. Muscle biopsy in children: Usefulness in 2012. Revue Neurologique. 169 (8-9), 632-639 (2013).
  34. Nilipor, Y., et al. Evaluation of one hundred pediatric muscle biopsies during a 2-year period in mofid children and toos hospitals. Iranian Journal of Child Neurology. 7 (2), 17-21 (2013).
  35. Schiaffino, S., Reggiani, C. Fiber types in mammalian skeletal muscles. Physiological Reviews. 91 (4), 1447-1531 (2011).
  36. Wang, K., Wright, J. Architecture of the sarcomere matrix of skeletal muscle: immunoelectron microscopic evidence that suggests a set of parallel inextensible nebulin filaments anchored at the Z line. The Journal of Cell Biology. 107 (6), 2199-2212 (1988).
  37. Ma, W., Gong, H., Irving, T. Myosin head configurations in resting and contracting murine skeletal muscle. International Journal of Molecular Sciences. 19 (9), (2018).
  38. Ma, W., Gong, H., Kiss, B., Lee, E. J., Granzier, H., Irving, T. Thick-Filament Extensibility in Intact Skeletal Muscle. Biophysical Journal. 115 (8), 1580-1588 (2018).
  39. Bonafiglia, J. T., et al. A comparison of pain responses, hemodynamic reactivity and fibre type composition between Bergström and microbiopsy skeletal muscle biopsies. Current Research in Physiology. 3, 1-10 (2020).
  40. Wickiewicz, T. L., Roy, R. R., Powell, P. L., Edgerton, V. R. Muscle architecture of the human lower limb. Clinical Orthopaedics and Related Research. (179), 275-283 (1983).

Tags

Biologi Tibialis forreste muskel biopsi ultralyd menneskelige fiber mekanik biomekanik modificeret Bergström teknik
Indsamling af skeletmuskulatur biopsier fra superior rum humane musculus Tibialis forreste til mekanisk evaluering
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hessel, A. L., Hahn, D., de… More

Hessel, A. L., Hahn, D., de Marées, M. Collection of Skeletal Muscle Biopsies from the Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation. J. Vis. Exp. (163), e61598, doi:10.3791/61598 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter