Name: Avatar, In vivo Gerinim ve Aktivasyon Kullanılarak Modifiye Edilmiş Bir Ex vivo Çalışma Döngüsü Deneyi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-18T12:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: Keşfedin sinüzoidal çalışma döngüsü tekniği ile laboratuvar kemirgen kaslarını kullanarak in vivo kas fonksiyonlarını taklit eden eks vivo deney modelleri. Bu yöntem dinamik hareketler sırasında kas mekaniğini anlamaya yardımcı olur.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu çalışmada kullanılan verileri sağladığı için Dr. Nicolai Konow'a teşekkür ederiz. NSF IOS-2016049 ve NSF DBI-2021832 tarafından finanse edilmektedir.

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

<ol><li>Dickinson, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+Animals+move%3A+an+integrative+view%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">How Animals move: an integrative view.</a> Science. 288 (5463), 100-106 (2000).</li>
<li>Sponberg, S., Abbott, E., Sawicki, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perturbing+the+muscle+work+loop+paradigm+to+unravel+the+neuromechanics+of+unsteady+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Perturbing the muscle work loop paradigm to unravel the neuromechanics of unsteady locomotion.</a> Journal of Experimental Biology. 226 (7), 243561(2023).</li>
<li>Daley, M. A., Biewener, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Running+over+rough+terrain+reveals+limb+control+for+intrinsic+stability%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Running over rough terrain reveals limb control for intrinsic stability.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (42), 15681-15686 (2006).</li>
<li>Daley, M. A., Usherwood, J. R., Felix, G., Biewener, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Running+over+rough+terrain%3A+guinea+fowl+maintain+dynamic+stability+despite+a+large+unexpected+change+in+substrate+height%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Running over rough terrain: guinea fowl maintain dynamic stability despite a large unexpected change in substrate height.</a> Journal of Experimental Biology. 209 (1), 171-187 (2006).</li>
<li>Daley, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+agility+of+running+birds%3A+Sensorimotor+and+mechanical+factors+in+avian+bipedal+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Integrative+and+Comparative+Biology%22%5BJournal%5D)">Understanding the agility of running birds: Sensorimotor and mechanical factors in avian bipedal locomotion.</a> Integrative and Comparative Biology. 58 (5), 884-893 (2018).</li>
<li>Biewener, A. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBiewener%2C+AA+%22Animal+locomotion%22">Animal locomotion</a>. , Oxford University Press. Oxford New York. (2003).</li>
<li>Robertson, B. D., Sawicki, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unconstrained+muscle-tendon+workloops+indicate+resonance+tuning+as+a+mechanism+for+elastic+limb+behavior+during+terrestrial+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Unconstrained muscle-tendon workloops indicate resonance tuning as a mechanism for elastic limb behavior during terrestrial locomotion.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (43), E5891-E5898 (2015).</li>
<li>Josephson, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+power+output+from+striated+muscle+during+cyclic+contraction%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Mechanical power output from striated muscle during cyclic contraction.</a> The Journal of Experimental Biology. 114, 493-512 (1985).</li>
<li>Ahn, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+muscles+function+-+the+work+loop+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">How muscles function - the work loop technique.</a> Journal of Experimental Biology. 215 (7), 1051-1052 (2012).</li>
<li>Sawicki, G. S., Robertson, B. D., Azizi, E., Roberts, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Timing+matters%3A+tuning+the+mechanics+of+a+muscle-tendon+unit+by+adjusting+stimulation+phase+during+cyclic+contractions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Timing matters: tuning the mechanics of a muscle-tendon unit by adjusting stimulation phase during cyclic contractions.</a> Journal of Experimental Biology. 218 (19), 3150-3159 (2015).</li>
<li>Libby, T., Chukwueke, C., Sponberg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((History-dependent+perturbation+response+in+limb+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">History-dependent perturbation response in limb muscle.</a> Journal of Experimental Biology. 223 (1), (2020).</li>
<li>Askew, G. N., Marsh, R. L., Ellington, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mechanical+power+output+of+the+flight+muscles+of+blue-breasted+quail+%28+Coturnix+chinensis+%29+during+take-off%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">The mechanical power output of the flight muscles of blue-breasted quail ( Coturnix chinensis ) during take-off.</a> Journal of Experimental Biology. 204 (21), 3601-3619 (2001).</li>
<li>Sponberg, S., Libby, T., Mullens, C. H., Full, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shifts+in+a+single+muscle%27s+control+potential+of+body+dynamics+are+determined+by+mechanical+feedback%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+of+London.+Series+B%2C+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Shifts in a single muscle's control potential of body dynamics are determined by mechanical feedback.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 366 (1570), 1606-1620 (2011).</li>
<li>Loeb, G. E., Brown, I. E., Cheng, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+hierarchical+foundation+for+models+of+sensorimotor+control%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">A hierarchical foundation for models of sensorimotor control.</a> Experimental Brain Research. 126 (1), 1-18 (1999).</li>
<li>Wakeling, J. M., Tijs, C., Konow, N., Biewener, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+muscle+function+using+experimentally+determined+subject-specific+muscle+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Modeling muscle function using experimentally determined subject-specific muscle properties.</a> Journal of Biomechanics. 117, 110242(2021).</li>
<li>The Mathworks. MATLAB:R2021a. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22The+Mathworks%22">The Mathworks</a>. , (2021).</li>
<li>Tenan, M. S., Tweedell, A. J., Haynes, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+statistical+and+standard+algorithms+for+detecting+muscle+onset+with+surface+electromyography%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">Analysis of statistical and standard algorithms for detecting muscle onset with surface electromyography.</a> PLOS ONE. 12 (5), 0177312(2017).</li>
<li>Roberts, T. J., Gabaldón, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interpreting+muscle+function+from+EMG%3A+lessons+learned+from+direct+measurements+of+muscle+force%5BTitle%5D)+AND+%22Integrative+and+Comparative+Biology%22%5BJournal%5D)">Interpreting muscle function from EMG: lessons learned from direct measurements of muscle force.</a> Integrative and Comparative Biology. 48 (2), 312-320 (2008).</li>
<li>Rice, N., Bemis, C. M., Daley, M. A., Nishikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+muscle+function+during+perturbed+in+vivo+locomotion+using+a+muscle+avatar+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Understanding muscle function during perturbed in vivo locomotion using a muscle avatar approach.</a> Journal of Experimental Biology. 226 (13), 244721(2023).</li>
<li>Silva Cornachione, A., CaçãoOliveiraBenedini-Elias, P., Cristina Polizello , P., César Carvalho, L., CláudiaMattiello-Sverzut, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+Fiber+types+in+different+muscles+of+the+hindlimb+in+female+weanling+and+adult+wistar+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Histochemica+Et+Cytochemica%22%5BJournal%5D)">Characterization of Fiber types in different muscles of the hindlimb in female weanling and adult wistar rats.</a> Acta Histochemica Et Cytochemica. 44 (2), 43-50 (2011).</li>
<li>Hämäläinen, N., Pette, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+histochemical+profiles+of+fast+fiber+types+IIB%2C+IID%2C+and+IIA+in+skeletal+muscles+of+mouse%2C+rat%2C+and+rabbit%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Histochemistry+%26+Cytochemistry%22%5BJournal%5D)">The histochemical profiles of fast fiber types IIB, IID, and IIA in skeletal muscles of mouse, rat, and rabbit.</a> Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 41 (5), 733-743 (1993).</li>
<li>Charles, J. P., Cappellari, O., Spence, A. J., Hutchinson, J. R., Wells, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Musculoskeletal+geometry%2C+muscle+architecture+and+functional+specialisations+of+the+mouse+hindlimb%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">Musculoskeletal geometry, muscle architecture and functional specialisations of the mouse hindlimb.</a> PLOS ONE. 11 (4), 0147669(2016).</li>
<li>Nishikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Titin%3A+A+Tunable+spring+in+active+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Physiology+%28Bethesda%2C+Md%29%22%5BJournal%5D)">Titin: A Tunable spring in active muscle.</a> Physiology (Bethesda, Md). 35 (3), 209-217 (2020).</li>
<li>Dick, T. J. M., Biewener, A. A., Wakeling, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+human+gastrocnemius+forces+predicted+by+Hill-type+muscle+models+and+estimated+from+ultrasound+images%29%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Comparison of human gastrocnemius forces predicted by Hill-type muscle models and estimated from ultrasound images).</a> The Journal of Experimental Biology. 220, 1643-1653 (2017).</li>
<li>Daley, M. A., Biewener, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leg+muscles+that+mediate+stability%3A+mechanics+and+control+of+two+distal+extensor+muscles+during+obstacle+negotiation+in+the+guinea+fowl%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+B%3A+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Leg muscles that mediate stability: mechanics and control of two distal extensor muscles during obstacle negotiation in the guinea fowl.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 366 (1570), 1580-1591 (2011).</li>
<li>Seth, A., Sherman, M., Reinbolt, J. A., Delp, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OpenSim%3A+a+musculoskeletal+modeling+and+simulation+framework+for+in+silico+investigations+and+exchange%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+IUTAM%22%5BJournal%5D)">OpenSim: a musculoskeletal modeling and simulation framework for in silico investigations and exchange.</a> Procedia IUTAM. 2, 212-232 (2011).</li>
<li>Sandercock, T. G., Heckman, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doublet+potentiation+during+eccentric+and+concentric+contractions+of+cat+soleus+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Doublet potentiation during eccentric and concentric contractions of cat soleus muscle.</a> Journal of Applied Physiology. 82 (4), Bethesda, Md. 1219-1228 (1997).</li>
<li>Marsh, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+muscles+deal+with+real-world+loads%3A+the+influence+of+length+trajectory+on+muscle+performance%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">How muscles deal with real-world loads: the influence of length trajectory on muscle performance.</a> The Journal of Experimental Biology. 202, 3377-3385 (1999).</li>
<li>Hessel, A. L., Monroy, J. A., Nishikawa, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-cross+bridge+viscoelastic+elements+contribute+to+muscle+force+and+work+during+stretch-shortening+cycles%3A+evidence+from+whole+muscles+and+permeabilized+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Physiology%22%5BJournal%5D)">Non-cross bridge viscoelastic elements contribute to muscle force and work during stretch-shortening cycles: evidence from whole muscles and permeabilized fibers.</a> Frontiers in Physiology. 12, 648019(2021).</li>
<li>Lindstedt, S., Nishikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Huxleys%27+missing+filament%3A+form+and+function+of+titin+in+vertebrate+striated+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Huxleys' missing filament: form and function of titin in vertebrate striated muscle.</a> Annual Review of Physiology. 79, 145-166 (2017).</li>
<li>Abbate, F., De Ruiter, C. J., Offringa, C., Sargeant, A. J., De Haan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+rat+fast+skeletal+muscle+is+more+efficient+at+submaximal+than+at+maximal+activation+levels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">In situ rat fast skeletal muscle is more efficient at submaximal than at maximal activation levels.</a> Journal of Applied Physiology. 92 (5), 2089-2096 (2002).</li>
<li>Eng, C. M., Smallwood, L. H., Rainiero, M. P., Lahey, M., Ward, S. R., Lieber, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+of+muscle+architecture+and+fiber+types+in+the+rat+hindlimb%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Scaling of muscle architecture and fiber types in the rat hindlimb.</a> Journal of Experimental Biology. 211 (14), 2336-2345 (2008).</li>
<li>Manuel, M., Chardon, M., Tysseling, V., Heckman, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+of+motor+output%2C+from+mouse+to+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Physiology+%28Bethesda%2C+Md%29%22%5BJournal%5D)">Scaling of motor output, from mouse to humans.</a> Physiology (Bethesda, Md). 34 (1), 5-13 (2019).</li>
<li>Zajac, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Muscle+and+tendon%3A+properties%2C+models%2C+scaling%2C+and+application+to+biomechanics+and+motor+control%5BTitle%5D)+AND+%22Critical+Reviews+in+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Muscle and tendon: properties, models, scaling, and application to biomechanics and motor control.</a> Critical Reviews in Biomedical Engineering. 17 (4), 359-411 (1989).</li>
<li>Rice, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+muscle+function+during+in+vivo+locomotion+using+a+novel+muscle+avatar+approach%5BTitle%5D)+AND+%22ProQuest+Dissertations+and+Theses%22%5BJournal%5D)">Understanding muscle function during in vivo locomotion using a novel muscle avatar approach.</a> ProQuest Dissertations and Theses. , https://libproxy.nau.edu/login?url=https://www.proquest.com/dissertationstheses/understanding-muscle-function-during-em-vivo/docview/2444890224/se-2?accountid=12706 (2020).</li>
</ol>

Tüm yazarlar çıkar çatışması olmadığını kabul eder.

Organizmalar manzaralar arasında sorunsuz bir şekilde hareket ederken, kasların maruz kaldığı altta yatan yükler ve gerilmeler büyük ölçüde değişir 1,6,23. Hem in vivo hareket 1,24 hem de "avatar" deneyleri sırasında, kaslar döngüsel, sabit olmayan koşullar altında maksimal altında uyarılır. İzometrik kuvvet-uzunluk ve izotonik kuvvet-hız ilişkileri, bu koşullar...

Hareket eden hayvanlar, karmaşık ortamlarda etkileyici atletik dayanıklılık, hız ve çeviklik becerileri elde eder. Hayvan hareketi, insan mühendisliği makinelerinin aksine özellikle etkileyicidir - akım bacaklı robotların, protezlerin ve dış iskeletlerin stabilitesi ve çevikliği hayvanlara kıyasla zayıf kalmaktadır. Doğal arazide eğimli hareket, beklenmedik bozulmalar gibi davranan hız ve manevra çevresel özelliklerini değiştirmek için hassas kontrol ve hızlı ayarlamalar gerektirir1,2,3,4. Yine de, sabit olmayan hareketi anlamak doğası gereği zordur çünkü dinamikler fiziksel çevre, kas-iskelet mekaniği ve sensorimotor kontrol arasındaki karmaşık etkileşimlere bağlıdır1,2. Bacaklı hareket, duyusal bilgilerin hızlı ve çok modlu işlenmesi ve uzuvların ve eklemlerin koordineli olarak çalıştırılması ile beklenmedik bozulmalara yanıt vermeyi gerektirir1,5. Sonuç olarak, hareket, kas-iskelet sisteminin içsel mekanik özellikleri yoluyla kuvvet üreten kasların yanı sıra nöral kontrol1,5,6,7. Nöromekaniğin göze çarpan bir sorusu, bu faktörlerin beklenmedik bozulmalara yanıt olarak koordineli hareket üretmek için nasıl etkileşime girdiğidir. Aşağıdaki teknik, bir "avatar" kası ile kontrol edilebilir ex vivo deneyler sırasında in vivo gerinim yörüngelerini kullanarak kasın deformasyona içsel mekanik tepkisini kullanır.
Kas çalışma döngüsü tekniği, döngüsel hareketler sırasında içsel kas mekaniğini anlamak için önemli bir çerçeve sağlamıştır8,9,10. Geleneksel çalışma döngüsü tekniği, in vivo deneyler sırasında ölçülen frekansları ve aktivasyon modellerini kullanarak kasları önceden tanımlanmış, tipik olarak sinüzoidal, gerinim yörüngeleri boyunca hareket ettirir2,8,9,11. Sinüzoidal uzunluk yörüngelerinin kullanılması, hayvanların çevre ve kas-iskelet sistemi kinematiği ile etkileşim nedeniyle gerinim yörüngelerinde hızlı değişikliklere uğramadığı koşullar altında uçuş12 ve yüzme2 sırasında iş ve güç çıkışını gerçekçi bir şekilde tahmin edebilir. Bununla birlikte, bacaklı hareket sırasında in vivo kas gerilme yörüngeleri, nöral aktivasyon, kas-iskelet kinematiği ve çevre tarafından uygulanan yükler arasındaki etkileşimlerden dinamik olarak kaynaklanır5,7,13,14. İn vivo kas-tendon dinamiklerine karşılık gelen yükleri, gerinim yörüngelerini ve kuvvet üretimini taklit etmek için daha gerçekçi bir çalışma döngüsü tekniğine ihtiyaç vardır ve pertürbasyonlar karşısında koordineli hareket üretmek için içsel kas mekaniği ve nöral kontrolün nasıl etkileşime girdiğine dair içgörü sağlar.
Burada, zamanla değişen in vivo yükleri temsil eden in vivo gerinim yörüngeleri ile kontrollü ex vivo deneyler sırasında bir laboratuvar kemirgeninden bir "avatar" kası kullanarak koşu bandı hareketi sırasında in vivo kas kuvvetlerini taklit etmenin yeni bir yolunu sunuyoruz. Kontrollü ex vivo deneyler sırasında bir hedef kastan bir laboratuvar hayvanından alınan kaslar üzerindeki ölçülen in vivo gerinim yörüngelerinin kullanılması, hareket sırasında yaşanan yükleri taklit edecektir. Burada açıklanan deneylerde, ex vivo fare ekstansör digitorum longus (EDL) kası, bir koşu bandında yürüme, paça ve dörtnala koşma sırasında in vivo sıçan medial gastroknemius (MG) kası için bir "avatar" olarak kullanılır13. Bu yaklaşım, in vivo gerinim yörüngelerinin uygun şekilde ölçeklendirilmesi ve bir servo motora bağlı ex vivo fare kaslarına uygulanması dışında, çalışma döngüsü tekniğine benzer. Fare EDL kasları, sıçan MG'ye kıyasla boyut, lif türü ve mimari açısından farklılık gösterse de, bu farklılıkları kontrol etmek mümkündür. "Avatar" tekniği kişinin şunları yapmasına izin verir: (1) in vivo gerilme, aktivasyon, adım frekansı ve çalışma döngüsü modellerini taklit etmek; (2) bu kalıpları in vivo kuvvet tepkilerini en doğru şekilde eşleştirecek şekilde değiştirin; ve (3) mekanik hipotezleri test etmek için kontrollü kombinasyonlarda gerinim ve/veya aktivasyonun belirli özelliklerini değiştirir.

<table><tbody><tr><td>Örgülü Emilmeyen İpek Sütür 4-0&nbsp;</td><td>Mersilk&nbsp;</td><td>734H</td><td></td></tr><tr><td>Kalsiyum Klorür Dihidrat (CaCl2)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>1086436</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; çözüm</td></tr><tr><td>Dekstroz&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9434</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; çözüm</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>PHR1428</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; çözelti</td></tr><tr><td>Hidroklorik Asit (HCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1.37055</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; çözüm</td></tr><tr><td>LabView Veri Toplama&nbsp;</td><td>Lab-View</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Magnezyum Sülfat (MgSO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M7506</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; çözelti</td></tr><tr><td>Potasyum Klorür (KCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3911</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; çözelti</td></tr><tr><td>Potasyum Fosfat Monobazik (KH2PO4)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>5.43841</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; çözüm</td></tr><tr><td>S88 Stimülatör</td><td>Çim</td><td>M643H05</td><td>Ebay</td></tr><tr><td>Serisi 300B Kol Sisteminden</td> satın alınabilir <td>Aurora</td><td>1200A</td>, <td>su ceketi doku banyosu içerir</td></tr><tr><td>Sodyum Bikarbonat (NaHCO3)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; çözelti</td></tr><tr><td>Sodyum Klorür (NaCl)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9888</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; çözelti</td></tr><tr><td>Sodyum Hidroksit (NaOH)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881</td><td>Krebs-Henseleit&nbsp; çözüm</td></tr><tr><td>Vahşi Tip Fareler</td><td>Jackson Laboratuvarı</td><td>B6C3Fe a / a Ttn mdm / J</td><td></td></tr></tbody></table>

"avatar", in vivo gerinim ve aktivasyon kullanılarak modifiye edilmiş bir ex vivo Çalışma döngüsü deneyi

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

Hareket davranışları, kas kuvveti üretimi ve iş çıktısından kaynaklanan dinamik sistemlerin ortaya çıkan özellikleridir. Nöral ve mekanik sistemler arasındaki etkileşim, koşarken bacak kası özelliklerinin ayarlanmasından, yerle etkileşime giren uzuvların dinamiklerine kadar, biyolojik organizasyonun tüm seviyelerinde aynı anda gerçekleşir. Hayvanların nöral kontrol stratejilerini kontrol hiyerarşisindeki içsel kas mekaniğine ('prefleksler') doğru kaydırdığı koşulları anlamak, kas modellerinin in vivo kas kuvvetini tahmin etmesine ve daha doğru çalışmasına olanak tanır. İn vivo kas mekaniğini anlamak için, kas kuvvetinin ex vivo araştırılması ve in vivo harekete benzer şekilde dinamik olarak değişen zorlanma ve yükleme koşulları altında çalışmak gereklidir. İn vivo gerinim yörüngeleri tipik olarak nöral aktivasyon, kas-iskelet kinematiği ve çevre tarafından uygulanan yükler arasındaki etkileşimlerden kaynaklanan ani değişiklikler (yani gerinim ve hız geçişleri) sergiler. "Avatar" tekniğimizin temel amacı, içsel mekanik özelliklerin kas kuvveti üretimine katkısının en yüksek olabileceği durumlarda, gerilme hızı ve yüklenmedeki ani değişiklikler sırasında kasların nasıl çalıştığını araştırmaktır. "Avatar" tekniğinde, geleneksel çalışma döngüsü yaklaşımı, ex vivo kasları çoklu gerilme-kısaltma döngüleri boyunca sürmek için dinamik hareketler sırasında hayvanlardan ölçülen in vivo gerinim yörüngeleri ve elektromiyografik (EMG) sinyaller kullanılarak değiştirilir. Bu yaklaşım, in vivo gerinim yörüngelerinin uygun şekilde ölçeklendirilmesi ve bir servo motora bağlı ex vivo fare kaslarına uygulanması dışında, çalışma döngüsü tekniğine benzer. Bu teknik, kişinin şunları yapmasına izin verir: (1) in vivo gerilme, aktivasyon, adım frekansı ve çalışma döngüsü modellerini taklit etmek; (2) bu kalıpları in vivo kuvvet tepkilerini en doğru şekilde eşleştirecek şekilde değiştirin; ve (3) mekanik hipotezleri test etmek için kontrollü kombinasyonlarda gerinim ve/veya aktivasyonun belirli özelliklerini değiştirir.

"Avatar" deneylerinin amacı, ex vivo iş döngüsü deneyleri sırasında in vivo kuvvet üretimini ve iş çıktısını mümkün olduğunca yakından taklit etmektir. Bu çalışma, hem fare EDL'sinin hem de sıçan MG'sinin çoğunlukla hızlı kasılan kaslardan oluşması nedeniyle, sıçan MG'si için bir "avatar" olarak fare EDL'sini kullanmayı tercih etmiştir20,21. Her iki kas da benzer pennasyon açılarına sahip (fare EDL 12.4 + 2.12°22, bu çalı...

Bu makale, gerinim geçişlerinin ve aktivasyonun kas kuvveti tepkisine katkılarını değerlendirmek için bir laboratuvar kemirgeninden bir "avatar" kası kullanılarak ex vivo iş döngüsü deneyleri sırasında in vivo kas kuvveti üretimini taklit etme metodolojisini detaylandırır.

"Avatar", In vivo Gerinim ve Aktivasyon Kullanılarak Modifiye Edilmiş Bir Ex vivo Çalışma Döngüsü Deneyi

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

Laboratuvarımın amacı, in vivo kas fonksiyonu ile gerçekten ilgili olan ex vivo deneyler ve modeller için yeni deneysel paradigmalar geliştirerek in vivo kas fonksiyonunu anlamaktır. Son 20 yıldır kullandığımız deneyler ve modeller, in vivo kas fonksiyonuyla gerçekten ilgili olmadıkları giderek daha belirgin hale geldi. Şu anda, insanların ve hayvanların dinamik hareketleri sırasında kas fonksiyonunu in vivo olarak ölçen yukarıdan aşağıya yaklaşımlar ile izometrik ve/veya izotonik koşullar altında kas mekaniğini ölçen kontrollü ex vivo ve/veya yerinde deneyler kullanan aşağıdan yukarıya yaklaşımlar arasında bir bilgi boşluğu bulunmaktadır.İn vivo kas mekaniğini bilgilendiren fizyolojik olarak ilgili ex vivo ve in situ deneyler tasarlamaya çalışıyoruz. Alanımızda en sık kullanılan teknik, 1980'li yılların ortalarında Bob Josephson tarafından geliştirilen sinüzoidal work loop tekniğidir. Bu teknik, in vivo kas fonksiyonunu taklit etmek için in vivo stimülasyon modellerine sahip in vivo frekanslarda sinüzoidal veya bazen satu gerinim yörüngelerini kullanır.Bununla birlikte, Avatar tekniğimiz, karasal hareket sırasında ayak temasından kaynaklanan tamamen sinüzoidal gerinim yörüngelerinden sapmaların, kas kuvveti ve çalışmasının önemli belirleyicileri olduğunu göstermektedir.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biyomühendislik

Ex vivo Fare neuroepithelium Tek Hücre Bölümler Canlı Görüntüleme

Nöronlarda deneyim-bağımlı moleküler değişiklikler davranışsal sorunlara yanıt olarak adapte beyin yeteneği için gereklidir.

Kortikal Nöronlar In Vivo İki foton Of Görüntüleme Deneyimi bağımlı Moleküler Değişiklikler

Ex vivo ERG, hayvanların veya insanların izole edilmiş sağlam retinalarından doğrudan retina hücrelerinin elektriksel aktivitesini kaydetmek için kullanılabilir. Burada, retina hücrelerinin elektriksel aktivitesini incelemek için in vivo ERG sistemlerinin ex vivo ERG kayıtlarına ne kadar yaygın olarak uyarlanabileceğini gösteriyoruz.

Eşzamanlı<em&gt; Ex vivo</emİki retina&gt; Fonksiyonel Test tarafından<em&gt; In vivo</em&gt; Elektroretinogram Sistemi

Bu protokolün amacı stoma kompleksinin hücre korteks içinde, GFP etiketli PATROL1, bir membran kaçakçılığı protein noktalar yanıp sönen gösteren değişken açılı Epifloresans mikroskobu ile bitki hücre yüzeylerinde floresan etiketli protein dinamikleri izlemek için nasıl göstermek için Arabidopsis thaliana.

Değişken açılı Epifloresans Mikroskopi ile Bitki Hücre Yüzey Dynamics Gerçek zamanlı Görüntüleme

Büyük ölçekli 2D elektron mikroskobu (EM) veya nanotomi, nano ölçekli çözünürlüklü EM'nin doku çapında uygulamasıdır. Burada, zebra balığı larva beynini sağlıkta ve non-invaziv beyin hasarı üzerine araştırmak için uygulanan nanotomi için evrensel bir yöntemi açıklıyoruz.

Sağlıklı ve Yaralı Zebra balığı Beyin büyük ölçekli Tarama Transmisyon Elektron Mikroskobu (Nanotomy)

Bu yöntem çift optogenetik ve genetik olarak kodlanmış kalsiyum sensörleri görüntü bazal sitosolik kalsiyum düzeyleri ve model organizma C. elegansvücut duvarı kasları uyarılmış kalsiyum geçici değişiklikler için bir yol sağlar.

In Vivo Kalsiyum Görüntüleme C. elegans Vücut Duvar Kasları

Genetik modifikasyondan sonra tüm hücrelerde mitokondri ve endoplazmik retiplinin dağılımını incelemek için bir protokol sunuyoruz, askorbat peroksidaz 2 ve horserpu peroksidaz boyama da dahil olmak üzere bağıntılı ışık ve hacim Elektron Mikroskopisi kullanılarak aynı bölümde hedef geni olan ve olmayan hücrelerin seri bölümlemesi ve elektron mikroskobu ile seri görüntüleme.

Göreli ışık ve hacim elektron mikroskobu ile mitokondri ve endoplazmik reticulum görüntüleme

Mevcut multielektrot dizisinin veya yama kelepçesi ekipmanının modifikasyonu, ex vivo elektroretinogramı daha yaygın olarak erişilebilir hale getirir. Exvivo ışık yanıtlarını kaydetmek ve sürdürmek için geliştirilmiş yöntemler, sağlıklı retinada, göz hastalıklarının hayvan modellerinde ve insan donör retinalarında fotoreseptör ve ON-bipolar hücre fonksiyonunun incelenmesini kolaylaştırır.

Ex Vivo Elektroretinogramın Küçük ve Büyük Gözlerde Retina Fonksiyonunu İncelemesi için Kurulum ve Koşulların Optimize Edilmesi

mScarlet adı verilen bir floresan proteini kullanarak Epon gömme sonrası bağıntılı ışık ve elektron mikroskobu için ayrıntılı bir protokol sunuyoruz. Bu yöntem, floresan ve üst yapıyı aynı anda koruyabilir. Bu teknik, çok çeşitli biyolojik uygulamalara uygundur.

Epon Post Gömme Korbağıntılı Işık ve Elektron Mikroskobu

Basınç koşulları fizyolojik ve patolojik kalp kapakçığı dokusu tabi yapabilen bir siklik basınç biyoreaktör dizayn edilmiştir. LabVIEW programı, kullanıcıların basınç büyüklüğü, genlik ve frekans kontrol etmenizi sağlar. Bu cihaz, kalp kapakçığı dokusu veya izole hücrelerin mechanobiology incelemek için kullanılabilir.

Devirli Basınç Biyoreaktör Tasarım Ex vivo</emAort Kalp Vanalar> Eğitim

Keşfedin sinüzoidal çalışma döngüsü tekniği ile laboratuvar kemirgen kaslarını kullanarak in vivo kas fonksiyonlarını taklit eden eks vivo deney modelleri. Bu yöntem dinamik hareketler sırasında kas mekaniğini anlamaya yardımcı olur.

"Avatar", In vivo Gerinim ve Aktivasyon Kullanılarak Modifiye Edilmiş Bir Ex vivo Çalışma Döngüsü Deneyi

Daha fazla video keşfet