Waiting
Login processing...

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

Biology

Insamling av skelettmuskulaturbiopsier från det överlägsna facket i Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation

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

Denna tekniska rapport beskriver en variation av den modifierade Bergström tekniken för biopsi av musculus tibialis främre som begränsar fiber skador.

Abstract

De mekaniska egenskaperna hos upphandlande skelettfibrer är avgörande indikatorer på övergripande muskel hälsa, funktion, och prestanda. Mänskliga skelettmuskulatur tarmbiopsier samlas ofta för dessa strävanden. Dock är relativt få tekniska beskrivningar av biopsi förfaranden, utanför den vanliga muskulatur vastus lateralis, tillgängliga. Även om biopsi teknikerna är ofta justeras för att rymma egenskaperna hos varje muskel under studie, få tekniska rapporter dela dessa förändringar till större gemenskap. Således är muskelvävnad från mänskliga deltagare ofta bortkastad som operatören återuppfinner hjulet. Utöka det tillgängliga materialet på tarmbiopsier från en mängd olika muskler kan minska incidenten av misslyckade tarmbiopsier. Denna tekniska rapport beskriver en variation av den modifierade Bergström-tekniken på musculus tibialis anterior som begränsar fiberskador och ger fiberlängder adekvata för mekanisk utvärdering. Operationen är en öppenvården förfarande som kan slutföras i en timme. Återhämtningsperioden för detta förfarande är omedelbar för lätt aktivitet (dvs. promenader), upp till tre dagar för återupptagandet av normal fysisk aktivitet, och ungefär en vecka för sårvård. Den extraherade vävnaden kan användas för mekaniska kraftexperiment och här presenterar vi representativa aktiveringsdata. Detta protokoll är lämpligt för de flesta insamling ändamål, potentiellt anpassningsbara till andra skelettmuskulaturen, och kan förbättras genom ändringar av insamling nålen.

Introduction

Studien av människans muskelfysiologi för kliniska eller forskningsändamål kräver ofta muskelbiopsier. Till exempel, en stor utmaning i människans muskelfysiologi och biomekanik är att skilja mellan och förstå de olika anpassningar av muskel prestanda att utöva. Prestanda anpassningar inte bara omfattar strukturella anpassningar (t.ex. förändringar i kontraktila proteiner, muskel arkitektur) men även neurala anpassningar1, som är mycket svårt, om inte omöjligt, att bedöma separat vid testning intakt in situ mänskliga muskler. Fiber-nivå experiment ta bort dessa högre ordning komponenter och möjliggöra en mer direkt utvärdering av muskelkontraktion och kan samlas in via biopsi tekniker. Muskelbiopsier har samlats in sedan minst 18682. Idag är den dominerande tekniken för att samla in muskelbiopsier den modifierade Bergström tekniken3,4,5, även om andra tekniker finns tillgängliga inklusive användning av en Weil-Blakesley conchotome6 eller den så kallade fin-nål7,8.4 Alla dessa tekniker använder speciella nålliknande instrument som är utformade för att passera in i muskler och skär en bit vävnad. Specifikt använder den modifierade Bergström-tekniken en stor modifierad nål (5 mm nålstorlek här; Bild 1) som har ett fönster nära nålspetsen och en mindre inre trokare som rör sig upp och ner i nålen, skär muskeln när de passerar över nålfönstret. Inom denna hallow trokar är en ramrod som rör sig upp och ner i axeln av trokar och skjuter biopsi mot nålfönstret. För att dra in muskeln i nålfönstret fästs en sugslang, som suger ut luft ur nålen och drar in muskeln i nålfönstret via undertryck.

Muskelbiopsier förvärvas ofta för att studera förändringar i proteininnehåll, genuttryck, eller morfologi orsakad av sjukdom eller i ett svar på ett träningsprogram1,9,10,11. En annan kritisk användning för muskelbiopsier är mekaniska experiment såsom mätning av fiber kontraktil kraft, muskelfiber styvhet, och historia-beroende muskel egenskaper12,13,14,15,16. Singelfiber eller fiber bunt mekanik mäts genom att fästa fibrer mellan en längd motor och kraft givare på specialiserade riggar som styr fiberlängd samtidigt som man mäter kraft. Genom att permeabilisera (t.ex., flås) fibrer, blir sarcolemma membranet genomsläppligt för kemikalier i badlösningen, vilket möjliggör aktiveringskontroll genom varierande kalciumkoncentration. Vidare kan effekten av kontraktila egenskaper på kemikalier/läkemedel/andra proteiner enkelt utvärderas genom att reagensen i fråga tillsätts badlösningen. Men medan denna teknik är mycket används i andra djurmodeller, märkbart färre studier genomfört mekaniska tester på flådda fibrer från mänskliga muskelbiopsier17,18,19. En anledning är att biopsi verktyg och protokoll är utformade för att ta bort så mycket muskelvävnad som möjligt med mindre hänsyn till nivån av strukturella skador som uppstått under vävnadsutdragning. Faktum är att en nyligen biopsi protokoll föreslår att driva biopsi nålen i muskeln och samla 2-4 bitar av muskel3. Processen i sig gör liten skada på DNA eller proteinmaterial, men förstör ofta fiber och sarkomiska strukturer på ett sådant sätt att aktiveringen av muskelfibrer blir instabil eller omöjlig. Dessutom är den relativa längden på fibrer inom biopsin vanligtvis korta (<2 mm) och inte lätt hanteras för mekanisk provning. För mekanisk provning är idealfibrer långa (3-5 mm) och inte strukturellt skadade.

Mer avancerade vävnadsutdragningstekniker kan användas för att begränsa fiberskador. Till exempel, en grupp20 drog fördel av tidigare planerade "öppna operationer" av underarmar (t.ex. benfraktur reparation), där musklerna var fullt exponerade och en kirurg kunde visualisera muskelstrukturen och noggrant dissekera relativt stora och strukturellt oskadade prover av muskelvävnad (15 mm x 5 mm x 5 mm). Denna "öppna biopsi" teknik gynnas när deltagarna genomgår ett tidigare planerat förfarande, och så begränsar poolen av potentiella deltagare, särskilt för friska vuxna, där inga operationer annars skulle äga rum. Således, många biopsier som utförs för forskningsändamål görs som en öppenvården förfarande och snittet webbplatsen hålls så liten som möjligt för att begränsa infektionsrisk, ärrbildning, och läkningstid. Därför samlas de flesta biopsier blint (dvs. operatören är oförmögen att se insamlingsnålen när den passerar genom fascian in i muskeln). Detta innebär att kvaliteten på biopsin är nästan helt baserad på skicklighet och erfarenhet av operatören. Varje muskel har sina egna svårigheter när man samlar vävnad, såsom risker att kränka nerver och blodkärl, val av en idealisk insamling djup och plats, och besluta om en lämplig kroppsposition för att hålla muskeln så slapp som möjligt. Tyvärr är de flesta av de muskelspecifika skillsets inte nedskrivna och så varje läkare måste "uppfinna hjulet" när de utför tarmbiopsier på muskler nya för dem. Denna brist på erfarenhet leder vanligtvis till flera samlingar med låg kvalitet tills läkaren identifierar de bästa metoderna för biopsier på den muskeln. Nybörjare läkare lär sig ofta skicklighet genom samtal med sina mer erfarna kollegor, men relativt få informativa och peer-reviewed texter finns i frågan, särskilt för muskler som inte traditionellt används för biopsi insamling. Om vi anser ovanstående information, tillsammans med svårigheten att rekrytera mänskliga volontärer för biopsier, är det tydligt att mer undervisning information behövs som maximerar chanserna att lyckas för varje deltagare.

Således var syftet med detta papper att presentera en muskel biopsi teknik som ger protokoll för framgångsrik insamling av muskel tarmbiopsier med långa, oskadade fiber fragment för mekaniska tester. Mänskliga muskelbiopsier utförs vanligtvis på, och huvuddelen av biopsi utbildningsmaterial är på, musculus vastus lateralis. Dess relativt stora muskelstorlek och ytliga läge i förhållande till huden möjliggör insamling av adekvat muskelvävnad, samtidigt som patienten obehag och fysiskt trauma1,21. Emellertid, Det finns vissa begränsningar att använda vastus lateralis för longitudinella utbildning studier. Till exempel under experimentella protokoll som inkluderar ett träningsprogram måste deltagarna avstå från ytterligare utbildning utanför studien under en period som ofta sträcker sig över 2-6 månader. För idrottare är detta ofta inte möjligt, eftersom vastus lateralis vanligtvis tränas under typiska övningar (t.ex. knäböj, hopp), eller används i allmänhet för sporten (t.ex. löpning, cykling). Dessa separata utbildning erfarenheter bort från studiens syfte kan orsaka muskulös anpassningar som förändrar muskelmekanik, arkitektur och fysiologi på ett sådant sätt att det är svårt eller omöjligt att veta den verkliga effekten av studiens experimentella protokoll om muskelegenskaper. För dessa typer av studier, skulle det vara idealiskt att välja ett mål muskel som ofta inte är i fokus för utbildning regementen. Den musculus tibialis främre (TA) är en idealisk målmuskel som uppfyller kraven ovan. Dessutom kan utbildningsinsatser riktas mot det ta-kort som använder kontrollerbara tillvägagångssätt, t.ex. Det finns nästan inget utbildningsmaterial som hänför sig till en TA muskelbiopsi. Därför utvecklade vi ett modifierat protokoll för att samla in relativt oskadade muskelbiopsier från TA.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

OBS: Nedan skisserar vi ett protokoll för att skörda mekaniskt oskadade fibrer från TA av frivilliga som var inskrivna i en separat pågående studie. Detta protokoll liknar det som beskrivs av Shanely et al.3, som har beskrivit den modifierade Bergström tekniken i vastus lateralis. Informationen som presenteras här har förfinats av vår forskargrupp men är kanske inte idealisk för alla labbgrupper eller organisatoriska uppställningar. Vi ger bara riktlinjer, och starkt föreslår att laboratorier nya till biopsi insamling konsultera erfarna laboratoriegrupper innan du försöker några mänskliga försök.

Alla studier som genomförts i denna uppsats godkändes av etikkommittén vid idrottsvetenskapliga fakulteten vid Ruhr university Bochum. Deltagarna gav ett fritt skriftligt informerat samtycke innan de deltog i studien.

1. Experimentell förberedelse

  1. Bedöm uteslutningskriterier samtidigt som deltagarens detaljerade sjukdomshistoria under deltagarsamrådet (se nedan) tar deltagarens detaljerade sjukdomshistoria.
    1. Utesluta deltagare om de lidit en skada på målet muskeln under 6 veckor fram till biopsi. Se till att deltagarna i allmänhet är friska, medvetna om inga muskel- eller koagulationsrubbningar, och är för närvarande inte på medicinering som orsakar blodförtunnande (t.ex. acetylsalicylsyra).
      OBS: Här valde vi deltagare som var måttligt aktiva och instruerade dem att avstå från intensiva eller ovana benövningar minst 3 dagar före biopsin. För andra forskningsfrågor kan dock dessa kriterier ändras.
  2. Följ sterilisering och aseptiska tekniker, som regleras av tysk lag och vanlig praxis och övervakas av laget läkare22,23. Detta förfarande kan ofta genomföras som en "säng" förfarande eller i en öppenvården kirurgisk svit. Konsultera det lokala tillsynsorganet för vägledning.
  3. Komponera biopsiteamet. Vi föreslår att biopsi teamet omfattar 4 personer. En läkare (eller utbildad individ i biopsi insamling), en medicinsk assistent som arbetar med läkaren, en assistent som övervakar och interagerar med deltagaren, och en assistent som hanterar muskelbiopsi omedelbart efter extraktion. Med dessa nummer kan snabb patientvård administreras om en medicinsk nödsituation inträffar under proceduren. Om bekväm med förfarandet, då laget kunde göras av endast två personer: läkaren och medicinsk assistent, som tillsammans skulle ta på patientvård och vävnad bearbetning samtidigt.
  4. Har deltagaren träffa projektets lead/läkare för att granska, diskutera och signera formuläret användarsamtycke. Ta en detaljerad sjukdomshistoria (allergier, skador eller operationer till nedre delen och TA) och utesluta deltagaren om de uppfyller något av uteslutningskriterierna. Grundligt diskutera återhämtning och snitt hygien.
    1. Förklara för deltagaren att de kommer att vara ömma men kunna gå runt omedelbart efter ingreppet; gå ner sluttningar eller trappor är ofta obekvämt för de första 48 timmarna, med full aktivitet vanligtvis återvänder efter 72 timmar. Slutligen förklara att, för att begränsa infektion och mekaniska skrubbsår, snittet platsen bör förbli bandagerad i minst 1 vecka och hållas rena.

2. Visualisera den främre Tibialis med B-läge Ultraljud

  1. Instruera deltagaren att ligga ner i en bekväm ryggposition och slappna av sina benmuskler så mycket som möjligt. Använd en skräddarsydd anordning (se nedan) eller låt assistenten hålla vristen i ett något dorsiflexerat läge för att efterlikna det som kommer att ske under biopsin.
    OBS: Det är viktigt att deltagaren har en avslappnad TA så att den replikerar muskelegenskaperna under proceduren. Under tentan, be deltagaren att dra ihop sig och slappna av muskeln så att förändringarna i muskelarkitektur kan noteras.
  2. Använd en ultraljudssond för att visualisera de ytliga och djupa facken i TA, för att kartlägga muskelarkitekturen och besluta om djup för insättning och nålanfallsvinkel (Figur 2A-B). Ange landmärken på huden.
    1. Ge särskild uppmärksamhet till valet av ett målområde som undviker större vener, artärer, eller nerver.
    2. Bedöma tvärsnittet av muskeln, med målet att identifiera den centrala aponeurosis inom TA muskel mage (cirka 1/3 av benet, distala till knäet, och 2 cm laterala av tibial krönet) (Figur 2B). Antet läge och djup på den centrala aponeurosen (vanligtvis 1,5-3 cm) så att man kan se till att inte köra uppsamlingsnålen (Bergström) förbi denna punkt.
    3. Placera ultraljudssonden i den proximala-distala orienteringen över målplatsen och visualisera fasckel pennation och muskeltjocklek (Figur 2A). Använd denna information för att hjälpa framgångsrikt driva (blint) insamling nålen i muskeln magen. Spara bilder av målplatsen i båda planen för framtida referens under det kirurgiska ingreppet.
  3. Med denna information skapar du en plan för nålrörelser mot målområdet.
    1. Planera att göra snittet 1-3 cm distala från mål biopsi området. Efter nålen skickas in i muskeln, rotera nålen till en ~ 45% vinkel mot huden längs den långa axeln av extremiteten, och sedan drivs proximally mot biopsi området. Denna strategi begränsar chansen att köra nålen in i den centrala aponeurosis, om nålen trycks för hårt. Vidare kan nålen köras distally eller proximally, beroende på handhet av nålen operatören.

3. Biopsi förfarande

  1. Instruera deltagaren att lägga rygg på operationsbordet och slappna av i sina benmuskler. Se till att deltagarens siktlinje till biopsiplatsen är blockerad av en gardin.
    1. Ta bort passiva spänningar från muskelmagen genom att placera deltagarens lem i en anordning som fixerar fotleden i en något dorsiflexed position (0-5° från neutral; Bild 3). Fråga patienten om de fortfarande kan slappna av sin muskel, eftersom för mycket dorsiflexion potentiellt kan göra det svårt att slappna av.
      OBS: Vi har funnit att samla biopsier från en dorsiflexed fot, inte mer än 5 ° av neutral (dvs, fotsulan vinkelrätt mot skaftet) ger mer konsekvent och större tarmbiopsier än mer plantar flexed vrist vinklar. Enheten som håller vristen dorsiflexed är en skräddarsydd enhet. Dock kan valfritt antal (billiga) enheter vara fabricerade som fortfarande ger önskat resultat.
  2. Raka, rengör och desinficera det valda snittet, enligt standardpraxis24.
    OBS: Deltagarens "rena" område är ca 20 cm proximal-distala och 10 cm mediala-laterala av den föreslagna snittplatsen. Samråda dock alltid med institutionens och/eller nationella föreskrifter (om sådana finns) om detta ämne. Desinfektion protokollet omfattar skrubba huden ren och sedan desinficera fyra gånger med liberal användning av medicinsk kvalitet desinfektion spray. Om deltagaren lämnar bordet av någon anledning måste desinfektionsprotokollet startas om.
  3. Administrera en suprafascial injektion av 1,5 cc av 2% Xylocitin med Epinefrin vid biopsi platsen, som fungerar som en lokalbedövning och kärlsammandragande. Vänta på den tilldelade påverka tiden för ~ 20-30 min.
    OBS: Dessa läkemedel är myotoxiska och får därmed aldrig injiceras i muskeln, endast den subkutana vävnaden. Som en reaktion på vasokonstriktionen kan området på injektionsstället bli vitt (på ljusare hudtoner) eller grå (mörkare hudtoner).
  4. Bekräfta läkemedelseffekt med hudplatser och milda petar med en steril skalpell.
  5. Vid den tidigare markerade biopsistället, gör en 1 cm proximal-distala snitt med en steril skalpell som skär genom huden och fascia, utsätta muskeln magen. Var noga med att skära fascian fullt ut eftersom nålen är trubbig och kommer inte att passera genom fascian.
  6. Tryck in biopsinålen 0,5–1,0 cm i muskeln med en orientering vinkelrätt mot huden (Figur 2C, 2E).
    OBS: Operatören kommer att känna en förändring i den spänning som behövs för att driva nålen genom de olika vävnadstyperna. Fettvävnaden är lätt, fascian är den tuffaste, och muskeln är däremellan (men kan vara variabel, baserat på deltagaren).
  7. Orientera nålen till en position av ~45° vinkel mot huden, längs benets långa axel (Figur 2D, 2F). Tryck nålen ytterligare 1-2 cm i muskeln tills nålspetsen är vid målplatsen inom muskeln.
    OBS: Läkaren bör utnyttja de sparade ultraljudsbilderna för att redovisa individuell variation av muskeldimensioner. Eftersom snittet bara är tillräckligt stort för att sätta in nålen, driver läkaren nålen blint genom huden. Det finns en "känsla" att biopsi operatören vinner med erfarenhet. En novis måste lära sig skicklighet från en utbildad biopsi operatör (mer om detta i diskussionen).
  8. Sätt fast 100 mL sprutan och slangen på biopsinålen (Bild 1G). Applicera sug på Bergströmnålen genom att dra i sprutans kolv med ca 15-20 mL för att få fram ett undertryck i nålen och suga in muskelvävnaden i nålfönstret. Därefter, punktskatt muskeln genom en snabb push(es) av trocar över nålfönstret.
    OBS: Före och under sug är det ibland bra att placera lätt tryck på huden omedelbart ovanför nålfönstret för att hjälpa till att trycka in muskeln i nålen.
  9. Ta försiktigt bort nålen från benet, rotera långsamt. Det bör endast finnas lätt motstånd medan du extraherar nålen. Om det finns mer motstånd, kan detta tyda på en partiell biopsi cut. Det här inträffar, returnera behovet till målplatsen och reattempt vävnadsinsamling.
  10. Tryck den strukna vävnaden mot nålfönstret med hjälp av den inre ramroden.
  11. Ta försiktigt bort provet från nålen.
    OBS: Dränka nålen i uppsamlingslösning (se fiberberedningssektionen) rubbar ofta biopsin från nålen. Dessutom kan sprutan användas för att driva luft genom nålen och trycka ut provet. Dessa tekniker tar bort behovet av att fysiskt röra vid biopsin med pincett och minskar risken för skador. Om verktyg, händer (handskar eller inte) eller icke-sterila lösningar kommer i kontakt med nålen, kan nålen inte användas för att främja under proceduren. Således, om en andra omedelbar biopsi behövs, då en ny steril nål måste användas. Detta inträffar ofta, så det är en bästa praxis att upprätthålla flera sterila nålar i reserv.
  12. Identifiera vävnaden som muskel och inte fett eller bindväv. Muskelvävnad är lätt att identifiera från annan vävnad på grund av dess djupa röda färg (Figur 4A). Ibland, den insamlade vävnaden är inte muskler, men fett eller bindväv.
    1. Om en tillräcklig mängd muskelvävnad samlas in, fortsätt protokollet. Om det inte finns tillräckligt med muskler, försök biopsin igen.
    2. Om en andra biopsi behövs, noggrant övervaka deltagaren, som en andra nål push ibland gör deltagaren mer obekväm än den första.
  13. Tvätta muskelprover omedelbart i en uppsamlingslösning och förbered dig för enfiberexperiment (se muskelbiopsihantering och förvaring).
    1. Ha en erfaren assistent kontrollera provet kvalitet (se nedan) och bedöma behovet av att utföra en andra biopsi. En separat assistent tar biopsi för bearbetning, medan resten av teamet fortsätter med deltagaren.
  14. Stäng snittplatsen.
    1. Stäng snittsåret med steril Leukostrip-tejp. Använd en eller flera bitar för att sammanfoga snittplatsens kanter genom att lägga dem vinkelrätt mot snittets långa axel och lägg sedan ytterligare remsor i ett stjärnsperat mönster som skyddar mot flerriktningslastning.
      OBS: Korrekt hantering av detta steg kommer att minska ärrbildning. Suturering av såret kan göras men är inte nödvändigt. Andra alternativ inkluderar sårlim.
    2. Placera sterilt sårförband (t.ex. Leucomed T plus) över snittplatsen för att skydda mot infektion.
    3. Linda benet med sammanhängande elastiska bandage (t.ex. Unihaft) för att begränsa initial blödning och skydda mot yttre mekanisk påverkan.
    4. Linda benet med akrylabla kompressionsbandage för att förhindra blödning och skydda de djupare bandagen från att bli lösa eller förstörda.

4. Efter biopsi vård

  1. Be deltagaren att gå runt direkt efter ingreppet. Det kommer att finnas lokaliserad ömhet. Instruera deltagaren att gå så normalt som möjligt.
  2. Instruera deltagaren att inte ta bort bandagen eller låt vatten blöta bandagen. De måste hållas på i minst: en dag för det akryllastiska bandaget, tre dagar för det sammanhängande elastiska bandaget och sju dagar för sårförbandet. Informera deltagaren om att de kan ombandageas om det behövs.
    1. Skräddarsy efter biopsi vård av en deltagare till behoven hos den enskilde. Be en utbildad assistent eller läkare bedöma deltagaren och göra en lämplig efter biopsi vård plan. För detta förfarande föreslår vi att alla ytterligare in vivo neuromuskulära testning av TA separeras med minst en vecka från biopsi.

5. Muskelbiopsi hantering och lagring

  1. Efter vävnadsutdragning, placera omedelbart vävnaden i en 5 mL-injektionsflaska som innehåller rigoruppsamlingslösning (i mM: Tris (50), KCl (2), NaCl (100), MgCl2 (2), EGTA (1), proteashämmare tablett (1), pH 7,0) och lätt skaka i 4-6 min för att skölja ut blod.
  2. Byt Rigor-lösningen mot färsk stringens, skaka lätt i 4-6 min, och förvara sedan vid 4 °C i 4-6 h för att möjliggöra utbyte av proteas-hämmare lagringslösning och blod.
  3. Exchange Rigor lösning för natten stringens (i mM: Tris (50), KCl (2), NaCl (100), MgCl2 (2), EGTA (1), proteashämmare tablett (1), 50:50 glycerol, pH 7.0), och förvara vid 4 °C för 12-18 h.
  4. Byt in nattrigg för 50:50 insamlingsrigg:glycerol och förvaras vid -20 °C i upp till 3 månader, eller ett år i en -80 °C frys.
    OBS: Denna process genomsyrar fibermembranet som möjliggör manuell tillsats av kalcium in i och ut ur cellen. Denna process tar tid och kan vara olika mellan olika muskler och arter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Hela tiden engagemang för en deltagare var ungefär en timme (10 min samråd, 10 min ultraljud, 20 min kirurgi förberedelse och bedövningsmedel administration, 10 min kirurgi, och 10 min återhämtning). Ofta aktiverade deltagarna omedvetet sin TA och behövde konsekventa påminnelser för att hålla muskeln så avslappnad som möjligt. När biopsi nålen var inne i muskeln, deltagarna rapporterade vanligtvis en unik "tryck" känsla i området runt biopsi nålen, med enstaka perioder av måttlig till intensiv obehag. En gång, en deltagares tår något trångt under förfarandet, men omedelbart stoppas efter nålen togs bort. Biopsi storlekar var oftast ~ 50-100 mg (våt massa). Deltagarnas reaktioner på förfarandet var ofta oförutsägbara. Ibland, deltagaren förväntas vara opåverkad under förfarandet men sedan visade tecken på svimning, medan andra var nervösa men helt unfazed under förfarandet. Således fann vi att det var god praxis att hålla deltagaren upptagen med en konversation eller låta dem använda sin mobiltelefon, så att deras fulla uppmärksamhet inte var inriktad på det pågående förfarandet. Assistenten som pratade med deltagaren övervakade dem också för tecken på ångest, smärta eller svimning. Ibland innehöll en biopsi endast fett eller bindväv (identifieras genom en blek-vit färg av vävnaden, Figur 4A). I dessa fall togs en andra biopsi omedelbart (efter godkännande gavs av deltagaren). Vanligtvis kommer en lyckad biopsi avkastning >80% muskelvävnad (Figur 4A).

Post-op, de flesta deltagarna kände obehag efter ingreppet som varade 3-5 dagar. Deltagarna rapporterade att TA ömhet liknade vad som kan förväntas efter en dag av vandring branta sluttningar. Inget mekaniskt tryck bör sättas på snittplatsen i minst 5 dagar, eller så kan det öppnas igen. Deltagarna var oftast kvar med ett litet ärr, men vi har inte observerat upphöjda eller på annat sätt onormala förändringar i huden. Dessutom utvecklade inga deltagare infektioner.

Tarmbiopsierna var permeabilized (dvs, flådda) i en glycerol lösning (1:1 blandning av glycerol: rigor lösning) för 6 veckor och sedan förberedd för mekanisk provning på dagen för experiment. Glycerol permeabilization av fibrer möjliggör diffusion av badet lösningen i fibrerna, som ger forskaren aktiveringskontroll och ger också en väg att utsätta muskeln för läkemedel eller andra kemikalier. Vidare fungerar glycerol som ett anti-frysningsmedel, vilket gör att muskeln kan placeras i kalla temperaturer för långtidsförvaring, med begränsad skada. Det behövs dock en del tid för att låta glycerol penetrera proverna, och så initialt lagra biopsi prover över natten vid 4 °C (helst på en shake plate) är försiktig. Muskler kan bara lagras så länge innan deras funktion äventyras. Den allmänna vägledningen i frågan är att musklerna kommer att behålla sin funktion inom glycerollösningen i minst 3 månader i en -20 °C frys, eller ett år i en -80 °C frys.

Muskel prover visualiserades under en dissekering mikroskop. Vissa muskelbitar var små eller skadade (Figur 4B) och togs bort. Därefter var grupper av fibrer bedömas för eventuella strukturella skador (visuellt bruten eller krossad fiber sarcolemma, Figur 4C). Från dessa buntar, mindre fiber buntar av 3-10 fibrer dissekerades bort och försiktigt placeras i experimentkammaren av den mekaniska testriggen (Figur 4D). Strukturellt användbara fiber längder var typiskt 3-5 mm lång. Bergströmnålen hade ett uppsamlingsfönster på 7 mm, så biopsin kunde bara maximalt ge ~7 mm långa fibrer. Således var de strukturellt användbara fibrerna vi samlade nästan så länge som möjligt. Typiskt, vi förbereder 5-10 fiber bunt per 50 mg (samlas) vävnad. Fullständiga uppgifter om dessa förfaranden finns på annat håll14,15,25. För att demonstrera hållbarheten hos fibrerna visar vi representativa data av ett enkelt mekaniskt protokoll med hjälp av glykerade TA fiberknippe (Figur 5). 40 fiber buntar från tarmbiopsier av 10 deltagare aktiverades i aktiveringslösning26 (hög [Ca2 +], pCa < 4.2) vid 2.7 μm sarcomere längd för 60 sekunder och steady-state aktiv stress mättes som 100,71 ± 11 mN mm-2 (medelvärde ± SEM).

Figure 1
Bild 1: Bergström-nålen. Den Bergström-nål som används i denna studie består av själva nålen (A-F), sugslang (G), och spruta (F). Bergström-nålen består av en yttre nål (A) som har ett fönster nära nålspetsen, en mindre ihålig inre trokare (B) som rör sig upp och ner i nålen och skär muskeln när de passerar över nålfönstret, och en stav (C) som rör sig upp och ner trochantern för att hjälpa till att ta bort muskeln från nålen. Dessa bitar är åtskilda av en bricka (D) som gör nålen lufttät, och en distanser (E) mellan stången och trocar skyddar mot krossning av muskelbiopsi. Slutligen är en sugslang adapter fäst. För att dra in muskeln i nålfönstret fästs en sugslang (G) på nåladaptorn och sprutan. Detta suger luften ur nålen och drar muskeln in i nålfönstret via undertryck, vilket möjliggör provinsamling. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 2
Bild 2: Ultraljudsavbildning och nålplacering. Ta består av ytliga och djupa fack som definieras av aponeuroses. TA avbildas med ultraljudssonden orienterad i de distala-proximala (A) och mediala-laterala (B) perspektiv så att TA:s 3D-form kan kännas igen. Idealiskt nåldjup för insamling är mellan de horisontella streckade linjerna. En tecknad representation av nålen insättning visas i panelerna C och D. Efter snittet görs, nålen är först placerad vinkelrätt mot muskeln och skjuts in i muskeln tills nålfönstret är i muskeln (C). Nålen är sedan omorienterad till en ~ 45 ° vinkel längs den långa axeln av benet, och skjuts in i muskeln ytterligare, med noggrann uppmärksamhet att nålen inte tränger in i den djupa aponeurosis (D). Livebilder (E, F) under förfarandet ges med hänvisning till den tecknade (C, D). Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 3
Bild 3: Placering av deltagare. Deltagaren lägger sig i ryggläge på operationsbordet. Huvudet kan vara förhöjd för komfort. Den högra foten är placerad i en anpassad enhet som håller foten något dorsiflexed, minska muskelspänningar. En gardin placeras framför deltagaren så att de inte kan titta på proceduren. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 4
Bild 4: Representativa bilder av muskelvävnad. (A) Omedelbart efter biopsin kommer muskelprovet att vara en mörkare röd än andra vävnader, inklusive fettvävnad och bindväv (märkt i panelen). (B) Dissekering av prover med skador/kort (överst) och livskraftiga (nedan) fiberknippen. (C) Förstoring av en livskraftig fiber gruppering för att inspektera yta för tecken på skador. (D) En 6-fiber bunt dissekerades bort från denna fiber bunt (bundet på ändarna med 6-0 sutur för enkel rörelse och fästs på den mekaniska apparaten. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 5
Bild 5: Representativa kraftutgångar av en fiberbuntberedning. För att demonstrera hållbarheten hos fibrerna visar vi representativa stressdata av ett enkelt mekaniskt protokoll med hjälp av glycated TA fiber bundle (3 fibrer). Totalt sträcktes 40 fiberknippen från biopsierna på 10 deltagare från slack till 2,7 μm sarkomerlängd och hölls för att möjliggöra stressavkoppling. Därefter aktiverades fibrer i aktiveringslösning26 (skuggat område; hög [Ca2+], pCa < 4,2) vid 2,7 μm sarkomerelängd i 60 sekunder och steady-state aktiv stress mättes vid 100,71 ± 11 mN mm-2 (medelvärde ± SEM). Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I detta betänkande beskrev vi en teknik för biopsi av strukturellt oskadade muskel vävnad från TA. Vi fann att detta förfarande ger ett godtagbart innehåll av användbara muskelfibrer (5-10 fiber bunt preparat per 50 mg av insamlade vävnad) för mekanisk provning. Vidare hade vi tillräckligt med vävnad för uppföljning mekaniska, genetiska och proteomiska experiment.

Det finns flera metoder som typiskt används för insamling av muskelbiopsier3,4,6,27,28. Den så kallade öppna biopsi20 producerar högsta kvalitet fibrer eftersom en kirurg helt exponerar muskeln och dissekerar ut provet. Naturligtvis är öppen kirurgi ganska invasiv förfarande och är inte ett lämpligt förfarande för att lämna friska deltagare till, oavsett forskningsfrågan, på grund av de potentiella riskerna med öppna operationer. Den minst invasiva biopsi metoden är den finanålen biopsi 29,30, som använder en relativt mindre nål för att samla vävnad. De fina nålbiopsierna räcker för att utföra experiment på de genetiska/kemiska/proteinkomponenternai fibrer 30,31, men ofta är fiberkvaliteten mycket dålig, vilket gör mekanisk testning svår eller omöjlig. Bergström nåltekniken är en bra kompromiss mellan de två förfaranden som förklaras ovan eftersom operationen är mindre invasiv än den öppna biopsi men ändå samlar in muskelprover som är större och (potentiellt) mer strukturellt intakta än fina nålbiopsier. Tidigare rapporter om Bergström nålförfarandet3,5 är stora resurser för dem som lär sig tekniken men bara presenterar protokoll för vastus lateralis. Vår rapport visar tekniken för ta som fokuserar på insamling av hög avkastning av strukturellt intakta fibrer för mekanisk testning.

Till vår kunskap finns inga detaljerade publikationer om insamling av TA-tarmbiopsier. Ändå är den vanliga praxis att lägga deltagaren supine och få dem att slappna av benet så mycket som möjligt. Den avslappnade foten i detta läge är naturligt plantarflexed, som följaktligen förlänger TA och sätter den i spänning. Vi finner att någon muskelspänning gör det svårare att köra muskler i biopsi nålen, även med undertryck, och så spänningen bör minimeras så mycket som möjligt. För att åstadkomma detta var den enkla men stora modifieringen här att använda en specialbyggd fotplatta som upprätthöll vristen i ett något dorsiflexerat läge (0 - 5° från neutralt), hålla TA-slak och förbättra samlingen. Kliniker bör vara noga med att inte över-dorsiflex fotleden, eftersom TA kommer att vara okontrollerat aktiveras, öka spänningen, vilket naturligtvis är motverka förfarandet i första hand. Deltagaren kan vanligtvis känna denna muskel aktivering, så kommunikation är nyckeln. Från protokollen, den TA avkastning endast ~ 25% vävnad jämfört med de mer vanligt förekommande vastus lateralis, ~ 100 mg och ~ 400 mg, respektive. Således är det viktigt att maximera vävnad insamlingsstorlek samtidigt också överväga om TA vävnadsprovet kommer att vara tillräckligt stor för önskat forskningsprojekt (s). Vi har funnit att ta ett andra prov omedelbart efter den första inte orsakar några extra komplikationer eller läkningstid för deltagarna.

Även om protokollet ger viss vägledning mot andra muskelbiopsier, muskeln valet kommer att diktera lämpligt förfarande. Således föreslår vi starkt att andra forskare och kliniker att publicera, i sin helhet, deras biopsi metoder. Av erfarenhet identifierar vi några viktiga faktorer till muskelval, utanför forskningsfrågan. Först föreslår vi överväger muskler som är ytliga till huden och har stora artärer / nerver som är antingen djup eller lätt undvikas. För det andra, eftersom deltagarna är vakna under förfarandet, är det viktigt att överväga om biopsiförfarandet kommer att vara mycket obekvämt för patienten, antingen på grund av patientens inledande positionering, eller på grund av biopsinålens tryck, som också trycker på djupare muskler på ett obekvämt sätt. Vi har haft framgång med vastus lateralis och pectoralis. Andra potentiella alternativ är trapezius, latissimus dorsi, och gastrocnemius (även om mycket vascularized och benägna att blödning). Hamstring musklerna är möjliga men obekväma för patienten, och svårt eftersom de rör sig i latertled när samla biopsi.

Även om Bergström nålar kan köpas från tillverkar, vissa laboratorier skräddarsydda sina egna. Små, men ändå smarta, justeringar av designen kan öka avkastningen av långa och oskadade muskelfibrer. Till exempel var uppsamlingsfönstret på nålen som användes här 7 mm x 5 mm (längd x bredd). Detta är lämpligt att fånga en kub av muskler. Men om målet är att samla långa och oskadade fibrer (av samma volym), då längden kunde ökas, och bredden minskade (dvs. 10 mm x 3,5 mm). Om nålen är orienterad längs fascicle riktning, då är det troligt att denna nål skulle samla längre fiber sektioner.

Muskelbiopsier ofta säkert samlas in utan ledning av en ultraljudsbild, särskilt för större muskler som vastus lateralis. I denna situation kan en korrekt erfaren läkare enkelt palpera muskeln för att hitta den bästa snittplatsen. Men när läkaren är mindre erfaren med målet muskeln, eller extra vård är berättigad att undvika större nerver eller blodkärl, ultraljudet är en stor och helt enkelt tillämpas verktyg. Slutligen kan post-op övervakning av biopsi området snabbt ske med hjälp av ett ultraljud.

Pediatrisk tarmbiopsier är säkert möjligt och vanligen utförs32,33,34. Det finns dock vanligtvis flera ändringar som gjorts i proceduren. En mindre mätare nål och medveten sedering krävs ofta, och förfarandet sker i en sjukhusmiljö. I allmänhet kan upplevelsen vara traumatisk för ett barn och forskargrupper som vill inkludera friska pediatriska deltagare bör noga väga detta mot de potentiella fördelarna med studien.

Fiberbuntar eller oanvänt material kan överföras till andra experiment före eller efter fibermekanik. Tekniker som bedömer sarkomiskt proteininnehåll eller klassificerar isoformtyp kan till exempel föras35. Men för att begränsa proteinnedbrytning och för att förbättra analysframgång, vävnad bör blixt fryst i flytande kväve antingen efter originalutsug, omedelbart efter mekanisk utvärdering, eller bearbetas omedelbart för proteinanalys. Fibrer kan också förberedas för immunohistokemi eller andra avbildningstekniker36 som möjliggör bedömning av proteinposition inom fibern. I detta fall kan fibrer placeras i en fixativ lösning (t.ex. 4% paraformaldehyd/0.25% glutaraldehyd i fysiologisk buffert vid pH 7; ingen glutaraldehyd för immunohistokemi) medan fortfarande på den mekaniska testapparaten, bevara de sarcomeric strukturerna vid en önskad sarkomerlängd. Om möjligt kan en liten bit av den ursprungliga biopsin skördas, tvättas kraftigt i uppsamlingslösning i 10 min och sedan placeras i fixativ lösning. Många grupper föredrar att omedelbart flash-frysa nyligen strukna prover i isopentan, vilket begränsar bildandet av skadliga iskristaller, och förbättrar bildkvaliteten för visuella bedömningar. Detta är verkligen guld-standarden för blixt frysning; vi finner dock att iskristallskadorna från kvävefrysning endast är inriktade på extra-myofibrilstrukturer. Vi har tillfredsställande strukturell integritet sarkomiska komponenter i prover också frysta i flytande kväve, och så vi tror att kväve är en möjlighet, särskilt om det är mer lättillgänglig, eller kirurgiska team / lokala kemiska myndigheten inte är villig att använda isopentan. Ett viktigt och ofta orapporterat problem med att förbereda prover för visning är att sarkomerna ofta är kontrakterade/korta, med I-band-regionen i den sarcomere kort eller oobserverbara. För att övervinna detta måste forskaren manuellt sträcka fiberproverna (av testapparaturen eller för hand med hjälp av finpincett) innan fixering. Som en allmän regel sträcker vi oss till ~3,2 μm sarkomerelängd (mätt via laserdiffraktion), eller sträcka till ~150% av slacklängd, i en fysiologisk avslappnande lösning med låg kalcium. Slutligen, om delprover är efterlysta för RNA-uttrycksanalys, påverkar inte metoden för blixtfrysning resultat, men proverna måste frysas omedelbart efter originalutsug och placeras i en -80 °C-frys, eftersom RNA är mycket instabilt. Det finns vissa RNA-skydd lagringslösningar på marknaden, men vi har hittat blandade resultat med deras användning, och bara flash frysa färska prover.

För att maximera mängden information som samlas in under en försöks, kan samtidig insamling av andra data slutföras medan du utför mekaniska tester. Till exempel kan studien av sarkomiska strukturer utföras under mekaniska tester genom att använda lågvinkelröntgen diffraktionsavbildning, vilket görs hos andradjur 37,38. För genetiska experiment måste strukna muskler omedelbart bearbetas för detta ändamål eller flash frysta eftersom DNA/RNA är relativt sett mindre stabila än proteiner.

Vissa begränsningar är redan beskrivna ovan. Här diskuterar vi själva förfarandet. En stor begränsning för de flesta grupper är att ha en gruppmedlem som är lämpligt utbildad i biopsi insamling. Oavsett personens yrke (läkare, medicinsk assistent, tekniker, eller på annat sätt), detta förfarande är svårt eftersom utredaren driver nålen blint och måste förlita sig på "känsla"3,28 för att lokalisera nålfönstret exakt. Misstag är inte acceptabelt eftersom samtyckande mänskliga deltagare för tarmbiopsier är glesa, en biopsi är att föredra framför många, och misstag kan leda till vaskulär eller nervskada. Därför bör eventuella träningsmöjligheter slutföras innan en mänsklig biopsi utförs. Till exempel, för att få en "känsla" för att köra nålen, fläskkött med huden fortfarande bifogas kan köpas från de flesta livsmedelsbutiker och används som en proxy för mänsklig hud och muskler. En annan värdefull erfarenhet är att skugga en utbildad forskargrupp.

Vi bedömde deltagarnas smärta / obehag mer kvalitativt, förlitar sig på läkarens erfarenhet och samtal med deltagaren att bedöma upplevd smärta. Bedömningen av smärta och efter biopsi obehag kan dock vara mer kvantifierade och jämförbara över individer och studier genom användning av validerad smärta / obehag undersökningar. Dessa punkter har förvånansvärt lite behandling i litteraturen. Emellertid, en nyligen genomförd studie presenterade ett sätt att kvantifiera deltagare smärta / obehag före, under, och efter tarmbiopsier, genom att utnyttja väl etablerade undersökningar av smärta39. Vi noterar att detta papper används den vastus lateralis som målmuskeln, och så följa upp studier behövs för att jämföra smärta bedömningar mellan musklerna.

Oavsett extraktionsmetod kan Inte Bergström-tekniken punktskatter den totala längden av fibern i muskeln eftersom fibrer är för långa (~6-8 cm i TA40, ~6,5-8 cm i vastus lateralis40). Därför är det oundvikligt att för en lång bit av uppsamlad fiber förstörs ändarna av biopsitekniken. Ofta är den användbara centrala delen av en fiber liten och så det är svårt att mekaniskt testa. Även om tekniken ger någorlunda långa centrala regioner (3-5 mm), måste prövaren noggrant kontrollera kvaliteten på fiberbuntarna under dissekering eftersom användningen av skadade fibrer kommer att förändra passiva eller aktiva kraftutgångar. Visuell observation av framgångsrika tarmbiopsier kommer att visa en del av fibrer som är oskadade från biopsi förfarandet. När de ses från en traditionell dissekering ljusmikroskop, kommer ytan av fibrer ser slät, utan hål eller tårar (Figur 4). Vidare, fibrer bör se cylindriska och har inga tillplattade områden. Även om den inte syns, kommer muskeln själv försämras med tiden på grund av naturligt förekommande proteaser som börjar bryta ner muskelproteinerna nästan omedelbart efter extraktion. Således är det avgörande att lägga proteashämmare till alla lösningar som används med fibrerna. Vidare föreslår vi också extra tvättar av tarmbiopsier för att ta bort så mycket blod som möjligt.

Även med noggranna förberedelser kan fiberskador uppstå och leda till dåliga fiberaktiveringar. Det finns många orsaker till fiberskador eftersom fibrer är mycket känsliga för nästan varje del av förfarandet. Till exempel under biopsin, om trokaren inte är tillräckligt skarp, kan den trycka in i muskelvävnaden under extraktionen istället för att skära igenom den, som kan sträcka och förstöra fibrerna. Insamlingslösningen måste förberedas på lämpligt sätt eftersom fibrer är känsliga för osmotiska förändringar, pH och temperatur. Vid hantering av fibrerna måste stor försiktighet vidtas för att helt begränsa trycket på fibrerna. Istället, pincett bör användas för att ta tag i biopsi av dess bindväv. Ett annat alternativ är att använda en storlek 0-7 siden sutur att linda en oanvändbar änden av biopsi och sedan ta tag i detta vid hantering. Slutligen tjänar glycerol två roller: den första är att hålla muskeln från att frysa medan vid -20 °C och den andra är att vara ett milt rengöringsmedel till fibern. Det vill säga, glycerol genomsyrar fibern till externa lösningar, vilket möjliggör tillströmningen av kalcium (via en aktiveringslösning). För de flesta muskler tar denna process ~ 10 dagar. Men beroende på mängden kollagen innehåll och storlek på prov, detta kan ta upp till 6 veckor. Fibrer måste genomsyras för att någon högkalcium aktivering ska ske under mekaniska experiment. Fibrer är i allmänhet användbara i minst 3 månader. För att begränsa fiberavfall föreslås en längre permeabiliseringsväntetid (4-6 veckor) för TA-muskelfibrer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Vi tackar Michaela Rau, Lea-Fedia Rissmann, Michael Marsh, Janina-Sophie Tennler, Kilian Kimmeskamp och Wolfgang Linke för att de assisterat med projektet. Finansiering för detta projekt tillhandahölls av MERCUR Foundation (ID: An-2016-0050) till 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 främre muskelbiopsi ultraljud human fibermekanik biomekanik modifierad Bergströmteknik
Insamling av skelettmuskulaturbiopsier från det överlägsna facket i Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation
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