Тестирование мышц in vitro - Википедия - In vitro muscle testing

В пробирке мышечное тестирование это метод, используемый для характеристики свойств живого мышца ткань после удаления ткани из организма. Это позволяет проводить более обширную и точную количественную оценку свойств мышц, чем in vivo тестирование. В пробирке мышечное тестирование предоставило основную часть научных знаний о структуре и физиологии мышц, а также о том, как и то, и другое связано с работоспособностью организма.

Изоляция ткани для In vitro Тестирование

После того, как подходящее животное было выбрано для экспериментов, независимо от того, используется ли оно для определенной двигательной функции (т. Е. лягушки для прыжков) или определенного вида животного, чтобы ответить на вопрос исследования, конкретная мышца определяется на основе ее in vivo функция и распределение типа волокна. Во-первых, после этического одобрения и, если необходимо, одобрения правительства, животное гуманно усыпляют. Гуманные методы жертвоприношения различаются в зависимости от страны, при этом наиболее подходящий метод выбирается на основе этического одобрения и уровня квалификации исследователя. Следует соблюдать ряд дополнительных критериев, чтобы гарантировать, что животное полностью мертво без возможности выздоровления, включая прекращение кровотока за счет удаления сердца из системы кровообращения и / или полного разрушения головного и спинного мозга. После этого обычно быстро получают общие измерения морфологии животных, такие как длина животного, масса тела животного и другие биомеханические маркеры, которые могут иметь значение. После сбора животное затем соответствующим образом подготавливают для взятия целевой мышцы. В изолированных мышцах это, как правило, мышцы задних конечностей, например камбаловидная мышца или EDL млекопитающих, или плантарис или iliotibialis амфибий. Другие мышцы, которые были исследованы в in vitro условия включают диафрагму и сосочковая мышца.

Для успешной изоляции скелетных мышц требуются определенные условия. Ткань должна быть изолирована в часто изменяемом, охлажденном Раствор Рингера или же Решение Кребса-Хенселейта чтобы обеспечить замедление метаболических условий, отсюда необходимость в охлажденной рассекающей среде и для предотвращения гибели ткани из-за недостатка субстратов в среде, следовательно, необходимо часто менять растворы. Раствор для препарирования должен постоянно насыщаться кислородом с соответствующей концентрацией кислорода и углекислого газа для обрабатываемой ткани. Обычно ткани не млекопитающих готовят в газообразном растворе, через который барботируют 98% кислорода, 2% углекислого газа, а ткани млекопитающих в растворе барботируют 95% кислорода, 5% диоксида углерода. Требуется микроскоп с подходящим уровнем увеличения из-за сноровки, необходимой для изоляции мышц. Внешний волоконно-оптический источник света также полезен для обеспечения достаточного количества света без выделения тепла.

Не существует правильного подхода к подготовке мышц к тестированию, если мышца не повреждена во время подготовки, мышечно-сухожильный блок не поврежден и есть что-то, что можно использовать для закрепления мышцы в испытательном стенде. Кусочки кости можно оставить на проксимальном и / или дистальном конце скелетных мышц для фиксации. Кроме того, для обертывания сухожилия мышцы можно использовать шелковые нити или зажимы из алюминиевой Т-образной фольги, чтобы обеспечить как поддержку сухожилию, так и использовать для фиксации в механической установке.

Оборудование

В пробирке Для мышечного тестирования обычно требуется двухрежимный серводвигатель, который может как контролировать, так и обнаруживать изменения силы и длины. Если двухрежимная система недоступна, можно использовать независимый датчик силы и рычаг двигателя. Один конец образца ткани закрепляется на месте с помощью иглы, если она зашита, или зажима типа «крокодил», если она изготовлена ​​зажимами из алюминиевой Т-образной фольги, а другой конец прикрепляется к серводвигателю. Вся мышца купается в Раствор Рингера или же Решение Кребса-Хенселейта с пропусканием кислорода, чтобы ткани оставались живыми и метаболически активными. Раствор нагревают, обычно с помощью внешнего нагревателя / охлаждающей водяной бани, до температуры, соответствующей тестируемой мышце. Мышцы стимулируются к сокращению, подавая электрический ток либо на нерв, который иннервирует мышцу, либо через платиновые электроды, помещенные в циркулирующий раствор, чтобы вызвать реакцию всей мышцы. Серводвигатель обнаруживает изменения силы и / или длины из-за сокращение мышц. Уровень стимуляции часто устанавливается на уровень, обеспечивающий максимальное моторный блок набор персонала. Серводвигатель может быть запрограммирован на поддержание заданной силы, позволяя мышце изменять длину, и наоборот, или мышца может подвергаться более сложным испытаниям, например, в рабочие петли. Когда перистые мышцы используются, сономикрометрия часто используется для точного определения длины волокна во время теста.

Шкала

В пробирке мышечное тестирование можно проводить на любом уровне организации мышц - целые группы мышцы (при условии, что они имеют общее прикрепление или происхождение, как в четырехглавой мышце человека), единственная мышца, «пучок» мышечные волокна, одиночное мышечное волокно, одиночная миофибрилла, одиночная саркомер, а кардиомиоцит или даже полусаркомера. Мышечные волокна могут быть неповрежденными или могут быть «сняты с кожи», при этом удаляется клеточная мембрана, саркоплазматический ретикулум и цитоплазма, что обеспечивает больший доступ к сократительным компонентам саркомера.

Типичные протестированные свойства

Обычно тестируются несколько свойств, и в данном эксперименте часто используется подмножество этих свойств, включая время подергивания, тетаническую силу, соотношение силы и длины, соотношение силы и скорости, рабочие петли, усталостные испытания, частота сварки и энергетические затраты.

На месте

Гибридный подход между in vitro и in vivo недавно использовался, называется на месте, при котором организм подвергается терминальной анестезии, и in vivo тесты проводятся с мышцами, все еще прикрепленными к организму. Это обеспечивает поддержание нужной температуры в мышцах и достаточное снабжение кровью питательных веществ и кислорода, но процедура более сложная, и некоторые тесты могут быть невозможны.

Тестирование одиночного волокна

Разновидность

В пробирке мышечные тесты почти никогда не используются у людей, за исключением небольших участков мышц, удаленных с помощью биопсии или во время хирургического вмешательства по поводу других заболеваний. Как правило, тестирование у млекопитающих и птиц труднее из-за высокой температуры и потребности мышц в кислороде, что приводит к быстрой гибели клеток после удаления мышечной ткани из организма. Скелетные мышцы млекопитающих обычно тестируются при температуре ~ 25 ° C, чтобы продлить протокол тестирования на максимально возможный срок. Температура испытания ~ 37 ° C также может использоваться во время тестирования целых изолированных скелетных мышц млекопитающих, чтобы лучше воспроизводить температуру, обнаруженную в in vivo. Кроме того, важно учитывать термическую специализацию скелетных мышц, при этом мышцы кора более восприимчивы к изменениям механических характеристик при небольших изменениях температуры, чем периферические мышцы. [1] У эктотермных животных (рептилии, амфибии, рыбы и беспозвоночные) мышечная ткань может выживать вне организма в течение часов или даже дней, в зависимости от температуры и организма. Многие эксперименты проводятся при температуре 0 ° C или около нее, чтобы продлить срок службы мышцы. Кроме того, у рыб и земноводных можно отделить одно мышечное волокно, сохранив его неповрежденным, но у других видов это обычно невозможно.

Преимущества изолированного тестирования мышц

Недостатки изолированного тестирования мышц

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Джеймс, Роб С .; Таллис, Джейсон; Ангиллетта, Майкл Дж. (2015). «Региональная термическая специализация у млекопитающих: температура влияет на выходную мощность основной мышцы больше, чем периферической мышцы у взрослых мышей (Mus musculus)». Журнал сравнительной физиологии B. 185 (1): 135–142. Дои:10.1007 / s00360-014-0872-6. PMID  25403362.