근육 감각 신경은 proprioceptor 신호에 참여하고 또한 신진 대사 상태 및 상해 관련 이벤트를보고있다. 우리는 스트레치 활성화 근육의 심성에 대한 연구를위한 체외 근육 – 신경 준비 성인 마우스를 설명합니다.
근육 감각 신경은 근육 스핀들와 골지 건 기관은 고유 감각에 필수적인 길이와 힘의 변화를 인코딩에 분포. 구 심성 섬유는 추가의 대사 증강, 온도 및 통각 자극을 포함한 근육 환경의 다른 특성을 모니터링한다. 전반적으로, 감각 신경 세포의 비정상적인 활성화는 운동 장애 또는 만성 통증 증후군으로 이어질 수 있습니다. 우리는 성인 마우스의 스트레치 유발 심성의 답변 체외 연구를위한 신전 심지 longus (EDL) 근육과 신경의 분리를 설명합니다. 감각 활동은 흡입 전극과 신경에서 기록되고 개인의 심성 스파이크 정렬 소프트웨어를 사용하여 분석 할 수 있습니다. 체외 준비가 마취의 잠재적 혼동되거나 변경 근육 관류없는 감각 심성에 잘 조절 공부를 할 수 있습니다. 여기에서 우리는 확인하고 스트레칭 근육 스핀들 심성의 응답을 테스트하기위한 프로토콜을 설명합니다. 중요한 것은,이 혼합물은 또한 약물 응용 프로그램과 마우스에서 강력한 유전 적 접근 방법과 질병 모델의 결합 다음과 같은 근육의 구 심성, 응답 특성의 다른 아형의 연구를 지원합니다.
골격근은 근육 환경에 대한 중요한 정보는 중추 신경계를 제공하는 감각 뉴런에 의해 신경 지배된다. 근육 스핀들은 매우 extrafusal 근육 섬유와 병렬로 위치 intrafusal 근육 섬유로 구성된 캡슐화 된 구조를 전문으로하고 있습니다. 스핀들은 Ia 군과 근육의 길이와 intrafusal 섬유 톤의 변화가 동적으로 분포하는 감마 운동 뉴런 하나에 의해 조절되는 인코딩 II 구 심성 신경 지배를하고 있습니다. 그룹 IB의 구 심성 신경은 근육 섬유과 힘줄 삽입 사이에 위치와 근육의 수축이 중 예를 들어 근육의 힘의 변화에 민감합니다. 그룹 IA, IB 및 II 심성은 적절한 모터 제어에 도움 고유 감각 피드백을 제공합니다. 근육 통하여있는 근육 심성의 추가 인구 (그룹 III 및 IV) 대사 증강, 통각 자극의 존재, 및 근육 온도를 신호하는 역할 <sup> 3. 이러한 근 감각 정보는, 항상성 유지 근육 손상을 예방하고 운동을 조절에 중요하다. 근육 심성은 사전 경험 4를 기반으로 자신의 발사 패턴을 변경할 수 있습니다. 침해 수용체의 활성화는 밸런스 운동 6 문제가 발생할 수 있습니다 만성 통증 상태 오와 근육 proprioceptors에서 비정상적인 신호의 유도로 이어질 수 있습니다. 우리는 (아르 표시 2-4 개월 된 C57BL / 6 마우스의 응답) 남녀 성인 쥐에서 근육 감각 신경 세포의 수용체 엔딩의 반응을 연구하기 위해 체외 준비에 고립 된 근육 신경을 사용합니다. 마우스는 포유 동물의 연구 모델 유전 종입니다. 이 준비는 좌골 신경의 깊은 비골 분기 및 신근 심지 longus (EDL) 근육, 종아리의 측면 부분에있는 비골 그룹의 속근의 분리가 필요합니다. EDL은 종종 근육 수축 특성 7-9을 연구하는 데 사용됩니다, 테가쉽게 ndons은 격리하고 휴식과 합리적인 수축 듀티 사이클 10 적절한 확산 산소 공급을 허용 할 정도로 작은합니다. (인스턴스 가자미근과 경골근의 경우)이 지역의 다른 근육과 비슷한 크기이며 이러한 준비는 쉽게 이러한 근육의 구 심성 신경에서 기록 수정할 수 있습니다. 흡입 전극 근 감각 구 심성 소성을 기록하는 신경의 절단 단부에 배치된다. 개인 식별 뉴런 및 스파이크 정렬 소프트웨어를 사용하여 스파이크 형상에 기초하여 분석 될 수있다. 목욕 또는 신경에 전극을 자극하는 근육 수축을 연상 할 수있다. 근육 길이와 힘 제어 및 상업적으로 입수 한 시스템을 사용하여 측정 할 수있다. 비슷한 체외 준비는 EDL 11 쥐 t에서, 쥐 넷째 lumbrical 발가락 근육 Ia 군과 II 스핀들 심성 (12)와 그룹 III 및 IV 근육 심성을 그룹 III 및 IV 근육 심성을 연구하는 설치류에 사용되었습니다에서마우스 발바닥의 근육 (13) 그.
시험 관내 시스템은 약리학 적 접근성 온도 및 pH를 관류와 같은 물리 화학적 변수의 직접적인 제어의 장점을 갖는다. 시험관 방법은 생체 내에서 잠재적 인 마취와 근육 관류 상태를 혼동 제거합니다. 근육 신경 제제 심성에서 섭동의 직접 반응의 연구 수 있지만, 생체 (14) 또는 예 3 제제로 희생 생체 가능하다 스핀들 민감도 및 다른 집적 응답 감마 원심성 변조를 연구 할 수있는 능력 이 준비에 더 신경 세포 기관이 없다.
이러한 준비는 이전에 램프 배터리 마우스 근육 스핀들 심성의 응답을 특성화하고 뻗어 진동을 유지하는 데 사용하고, 그것은 그 마우스 스핀들 심성 응 답을 결정 하였다ES는 쥐, 고양이, 및 인간과 같은 다른 종에서보고 된 것과 유사 하였다. 마우스 스핀들 심성 응답은 34 ° C 절대 발사 속도 빠른 있었지만, 24 ° C와 34 ° C 목욕 온도 모두에서 유사하게 발견하고 심성 (15)를 변경 빠른 길이에 대응하는 것이 더 수 있었다되었다. 우리는이 제제는 근육 스핀들 심성을 식별하고 연구하는 데 사용되는 방법을 이하 설명한다. 또한, 본 제제는 쉽게 약물 또는 질병 상태 또는 모듬 다른 변수 (예를 들어, 나이, 성별, 유전자 녹아웃)에 응답하여 감각 구 심성 신경의 특성을 비교하기 위해, 다른 근육 심성 아형 (13)의 반응을 연구하기 위해 수정 될 수있다.
이 문서의 목적은 고립 된 마우스 근육 – 신경 준비 근육 스핀들 심성에서 기록하는 방법을 설명하는 것이 었습니다. 우리는 마우스 스핀들 심성 쥐, 고양이와 인간 15 것과 같은 스트레칭과 유사하게 반응 것을 발견했다 및 기타 실험실은 근육과 생체 외 피부 모두에서 감각 뉴런을 연구하는 모델 생물로 쥐를 사용했다 (예 : 3,13 용) .
근육 감각 신경 섬유는 24 ° C와 34 ° C에서 모두 적어도 6-8 시간 동안 녹화 할 수 있습니다. EDL 신경 운반 최소화하기 위해 가능한 한 조직을 처리하기 FHL의 나머지 부분을 사용한다. 절개 후, 조직 목욕 온도와 정상 시냅스 전달은 복구하는 동안 평형을 할 수 있도록 데이터 수집을 시작하기 위해 1 시간 이상을 기다립니다. 이전에는 근육 건강은 최대 파상풍 콘트라 것으로 판단하여이 제조에 사용되는 근육의 부분 집합에 대한 확인되었다근육 생성 ctile 력 실험 (15)의 시작과 끝에서의 다른 사람에 의해보고 된 것과 유사하다.
근육 스핀들 심성은 (그림 3) (그림 2) 수축을 트에 대한 응답으로 발사의 특성을 일시 정지를 찾고뿐만 아니라 길이 변화에 따라 예상되는 순간 주파수가 증가하여 준비 기능적으로 확인되었다. 우리의 경험에 의하면, 제어 조건에서 화재 대부분의 구 심성 신경은 근육 스핀들 심성이다. 이 혼합물 (~ 7mm 최대)에 유지 된 신경의 길이는 근육 심성 아형 13를 식별 심성 전도 속도의 차이를 사용하기에 충분히 길지. 또한, 고양이와 인간과는 달리, 동적 감도 조치 (논의는 윌킨슨 등. 15 참조) 명확하게 마우스에서 Ia 군과 II 심성을 구별 할 수 없었다. 심성의 다른 아형 (즉,., 그룹 III 및 IV) 등 근육 허혈로 노출 욕 pH를 감소, 캡사이신, ATP, 브라 디 키닌 또는 3,13,21-23 같은 물질을 추가하여, 예를 들면,이 혼합물에 추가 기능 테스트를 사용하여 식별 될 수있다 흡입 전극을 사용하여 하나의 근육에서 수집 될 수있는 데이터의 양을 증가시키는 여러 감각 뉴런에서 활성이 한번에 기록 될 수있다. 이 제제는 감각 뉴런 집단 응답 또는 확인 응답의 구 심성 신경에서 섭동의 전체적인 효과를 측정하기 위해 사용될 수있다. 스파이크 모양이 충분히 고유 경우, 4 감각 신경까지 () Spike2 모두 (캠브리지 전자 디자인) 및 LabChart 프로 (AD 악기와 유사하게 수행 한) 소프트웨어에 의해 식별 될 수있다. 뉴런 판별 할 수없는 경우에는, 전극 배치 나 팁 직경의 변화가 용이하게 구현 될 수있다.
체외 위해 준비에 요약하면, 마우스의 근육 – 신경토 오크 다양한 물리 화학적 섭동, 상해 및 질병 모델에 대한 근 감각 구 심성 신경의 응답 특성을 조사하기 위해 이용 될 수있는 간단한 실험적인 접근 방법이다. 또한,이 준비는 이상적으로 형질 전환 동물 및 optogenetic 도구를 포함하여 마우스에서 사용할 수있는 강력한 유전자 도구를 활용하기에 적합합니다.
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by a California State University Program for Education and Research in Biotechnology (CSUPERB) New Investigator Grant (KAW), a grant from Pfizer (WS753098, SH), and an NIH MARC fellowship (#2T34GM008253-21, JAF). The authors would like to thank Michael Sawchuk, Anusha Allawala, Nina Bubalo, Remie Mandawe and Peter Nguyen for their technical support.
Force and Length Controller & Tissue Bath | Aurora Scientific, Inc. | 300C-LR & 809B-IV | |
Masterflex L/S Digital Drive Perfusion Pump & Easy Load II Pump Head | Cole Parmer | EW-07523-80 & EW-77200-60 | |
2 Channel Microelectrode AC Differential Amplifier & Headstage Amplifier | A-M Systems | Model 1800; 700000 & 700500 | |
Simulator | Grass OR Aurora Scientific, Inc. |
S88 OR 701 C |
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Dissecting Microscope | Swift | 892070 | |
Fiber Optic Light Source | Fiberlite | Model 190 | |
Analog to Digital Board | AD Instruments | PL3508/P (PowerLab 8/35) | |
Data Acquisition & Analysis Software | AD Instruments | LabChart Pro 7 | |
Electrode Holder | A-M Systems | 672445 | |
Electrode Glass | Dagan | SA16 | |
Electrode Puller | Sutter Instrument Co. | P-80/PC | |
Microforge | Narishige | MF-9 | |
Isoflourane | MWI Veterinary Supply | 18627 | |
Surgical Tools | |||
Large Dissecting Scissors | Fine Science Tools | 14014-17 | |
Large Forceps | Fine Science Tools | 11000-12 | |
Large Spring Scissors | Fine Science Tools | 15006-09 | |
#5 Forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | |
#55 Forceps | Fine Science Tools | 11255-20 | |
Sharp Scissors | Fine Science Tools | 14059-11 | |
6-0 Silk Suture | Fine Science Tools | 18020-50 | |
Chemicals for Low Calcium- High Magnesium aCSF and SIF (Low Calcium solution is equilibriated with 95% 02/5% C02 gas and pH of 7.4 ± 0.05; SIF is equilibriated with 100% 02 gas and pH of 7.4 ± 0.05) |
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Sodium Chloride | Sigma | S9888-1KG | |
Magnesium Sulfate Heptahydrate | Sigma | 230391-500G | |
Calcium Chloride Dihydrate | Sigma | 223506-500G | |
Sodium Gluconate | Sigma | S2054-500G | |
Sodium Phosphate Monobasic | Sigma | S8282-500G | |
Glucose | Sigma | G5767-500G | |
Sucrose | Sigma | S5016-500G | |
HEPES | Sigma | H3375-250G | |
Potassium Phosphate Monobasic | Sigma | P0662-500G | |
Potassium Chloride | Sigma | P3911-500G | |
Sodium Bicarbonate | Sigma | S6014-500G |