This work was supported in part by a Davis Heart and Lung Research Institute Trifit Award, as well as by the Intramural Research Program of the NIH National Institute on Aging.

Este protocolo é aprovado pelo e segue as diretrizes da Ohio State University Institutional Review Board para a investigação seres humanos. É extremamente importante que todos os procedimentos que envolvem equipamentos MR são realizadas por pessoal com formação adequada que aderiram aos mais altos padrões de segurança MR 59. 1. Materiais e Preparação <ol><li> Certifique-se de que todos os materiais necessários estão disponíveis antes do experimento (Figura 2). </li><li> Ligue a bobina 31 P no conector bobina em-quadro no fim da mesa de exame mais próximo para o orifício. Coloque uma grande almofada de espuma triângulo perto da cabeceira da mesa de exames do MR, mas não diretamente sobre a bobina 31 P. Coloque um descanso de cabeça na outra extremidade da mesa de exame MR, mais distante do furo, para o conforto do sujeito. </li></ol> 2. Objecto de posicionamento (Figura 3a) <ol><li> Instrua o assunto mentir supino, pésprimeiro na mesa do MR. Coloque uma almofada de espuma sob os joelhos para apoiar a perna numa posição parcialmente flectida. </li><li> Posicione o motivo perto do lado direito da tabela (o direito do sujeito), a fim de centralizar a coxa esquerda tão de perto ao isocentro ímã possível, garantindo, assim, a homogeneidade B0 ideal no músculo da coxa em exame. Fornecer o assunto com tampões de ouvido e / ou fones de ouvido. </li><li> Posicione a bobina RF 31 P no quadríceps esquerdo aproximadamente no ponto médio entre a patela ea cabeça femoral, e segura para a perna utilizando cintas. Coloque a bobina ao longo da porção lateral da perna, acima do vasto lateral. </li><li> Fixar o óleo para bebé para o aspecto medial da coxa com as mesmas tiras utilizadas para fixar a bobina para a perna. Isso facilita a localização de digitalização. </li><li> Ligam-se as pernas do sujeito em conjunto com uma cinta colocada abaixo da bobina e acima do joelho. Fixe as pernas do sujeito para a mesa de RM com stra adicionalps, um acima do joelho e um meio caminho entre o joelho eo tornozelo. </li><li> Use o guia de luz laser para delinear o centro da bobina e mover a tabela para o isocentro ímã usando este centragem marco. </li></ol> Protocolo 3. Exercício <ol><li> Explique ao assunto que o protocolo de exercício consiste em três fases: uma fase inicial, linha de base; um curto, fase de exercício intenso; e uma fase de recuperação. </li><li> Instrua o assunto para permanecer imóvel e relaxar seus músculos da perna durante a linha de base e recuperação fases da aquisição espectroscopia, a fim de minimizar artefatos de movimento. </li><li> Fornecer uma contagem regressiva para o assunto indicando o início do exercício. Neste ponto, tem o objecto iniciar joelho flexão / extensão tão vigorosamente e tão rapidamente quanto possível contra a resistência das tiras. NOTA: Os músculos do quadríceps são usados ​​para mover a perna esquerda para cima e para baixo, até que seja instruído a parar. </li><li> Terminar o exercício depois de uma queda de 30%na altura do pico de PCR. <ol><li> Observe a altura do pico PCr na janela do visualizador de aquisição, e também visualizá-lo após a conclusão da sequência de exercícios. NOTA: A orientação geral é que uma queda de aproximadamente 30% em PCR altura do pico corresponde a um pico Pi que é 50% da altura do pico de PCR. Se o esgotamento PCr não está ocorrendo rapidamente o suficiente para atingir uma queda de 30% durante a fase de exercício do exame, incentivar o assunto para chutar mais difícil ou mais rápido durante o exercício. NOTA: Cessação de exercício é determinado pelo monitoramento da altura do pico PCr e duração do exercício. Isso pode resultar em um pouco diferentes durações de exercício em pacientes diferentes e pode ser contabilizado na análise. </li></ol></li></ol> 4. Protocolo de digitalização <ol><li> Adquirir um localizador tri-plano para verificar o posicionamento assunto apropriado e identificar a localização da bobina 31 P. NOTA: A sequência de localizador inicia-se automaticamente e centraliza no Índicoposição ated usando o guia de luz laser (passo 2.9) </li><li> Adquirir um segundo localizador tri-avião. <ol><li> Abra a vista fatia nas primeiras imagens localizador Tri plano. NOTA: Este processo pode ser diferente para diferentes sistemas de software e hardware. </li><li> Center e girar a orientação fatia clicando com o botão esquerdo e segurando o grupo fatia. Rode o grupo fatia. Assegure-se que a orientação final de fatias coincide com a posição do óleo para bebé. </li><li> Na janela de rotina a sequência, aumentar o número de fatias para cobrir toda a perna na axial e imagens sagital (Figura 3B). </li></ol></li><li> 31 P espectroscopia sequência: <ol><li> Utilize os seguintes parâmetros de sequência não localizadas pulse-Adquirir: TR: 1000 ms; TE: 0,34 mseg; largura espectral: 2.000 Hz; flip ângulo: 90 graus; pontos de dados adquiridos: 1.024; 4 médias resultantes em uma resolução de tempo de um espectro de cada 6 segundos. </li></ol></li><li> 31 P calço box colocação: <ol><li> Usando um mouse, arrastar o segundo imagens triplane localizador na janela de visualização na parte superior da tela. Arraste a sequência de espectroscopia na janela de protocolo e clique duas vezes para abrir. </li><li> Use a barra de ferramenta de posição para visualizar a voxel calço (selecione o retângulo preto com linhas horizontais). Depois de selecionar essa opção, observar uma caixa verde nas imagens localizador. NOTA: Este é o voxel calço. </li><li> Mova o voxel clicando com o botão esquerdo e segurando o voxel no centro. Alterar o tamanho e rodar a orientação do voxel clicando com o botão esquerdo e segurando o voxel no canto da caixa. Coloque a caixa de calço, de modo a garantir a homogeneidade campo B0 directamente abaixo da bobina e paralela ao plano dos quadríceps. NOTA: Este é adequada para garantir calços dentro da região sensível sob a bobina, a qual é o volume de tecido directamente abaixo do centro da bobina. </li><li> Use as imagens tri-plano localizador para identificar o sensitive região da bobina e ajustar a caixa de calço para englobar esta região dentro do músculo quadriceps. NOTA: A caixa de calço pode ser maior do que a verdadeira cobertura da bobina de superfície, a fim de garantir a homogeneidade B0 dentro da aquisição de dados voxel (Figura 3c). </li><li> Aquisição de teste 31 P: <ol><li> Abra a janela do visualizador de aquisição e selecione o ícone de cabeça na barra de ferramentas de aquisição. Isto irá permitir a visualização da aquisição espectroscopia em tempo real. </li><li> Após a colocação do calço voxel 31P, executar a seqüência para obter um único espectro, clicando no botão &quot;Run&quot; na parte superior da janela do protocolo. </li><li> Examinar a qualidade de calços B0. Observar o espectro resultante na janela de aquisição. Observar um pico de PCr proeminente centrado em 0 ppm e nenhum ruído significativa (Figura 4a, à esquerda). NOTA: Solução de problemas: Se o espectro parece ter ruído, verifique se a caixa de calço é colocado dentro do músculo. de Anúnciosapenas o tamanho e a posição da caixa de calço para melhorar a relação sinal-ruído. Repetir o teste de aquisição, conforme necessário. </li><li> A fim de ver a altura do pico PCr, abrir o espectro na ferramenta de espectroscopia ( &quot;Aplicações&quot; → &quot;Espectroscopia&quot;). Abra a pasta do paciente (ícone da árvore de pastas), selecione a verificação adequada, e clique duas vezes para carregar o espectro. </li></ol></li></ol></li><li> imagem T1 pré-exercício: <ol><li> Obter uma imagem em T1 axial de corte único, no centro de uma bobina. </li></ol></li><li> 31 P aquisição pré-exercício: <ol><li> Copie a sequência do passo 4.4 (que produziu a melhor qualidade espectral) clicando com o botão esquerdo e arrastando a sequência na janela do protocolo. Use esta sequência para todas as medições posteriores. </li><li> Na janela de rotina a sequência, aumentar o número de medições de 1 a 10. selecione Executar para adquirir 10 medições enquanto o assunto está em repouso. </li></ol></li><li> 31 &lt;/ Sup&gt; P aquisição de exercício: NOTA: Tome nota cuidadosa dos horários de início e de exercício final, como isso vai ser importante para a análise. <ol><li> Resto: Aplicar as configurações de calços da verificação anterior e definir a sequência de adquirir 20 medições. Instrua o assunto para começar a retroceder após uma contagem regressiva. Instrua o assunto a permanecer em repouso por 2 medições. </li><li> Exercício: Peça ao sujeito para realizar o exercício de extensão do joelho para ~ 30 segundos (ou o tempo necessário para atingir uma diminuição de 30% no pico de amplitude PCr). Após o sujeito consegue esgotamento PCr suficiente, pedir-lhes para descansar. </li></ol></li><li> 31 P pós-exercício aquisições: <ol><li> Adquirir um adicional de 20 medições em repouso. Certifique-se de que as aquisições pós-exercício começará imediatamente após a sequência de exercícios, sem pausa ou calços (Figura 4a, à direita). NOTA: A subdivisão deste período de recuperação em duas aquisições separadas permite a análise do initial 20 espectros dinâmica durante a aquisição do espectros de segunda 20 dinâmico, permitindo que o operador evite aquisição do período de recuperação completa se o exercício necessita de ser repetida. </li></ol></li><li> Assegurar a qualidade do exercício: <ol><li> Comparar as alturas de pico de PCr no início e no final do exercício. sessões de exercícios de alta qualidade resultar em uma diminuição ~ 30% na concentração de PCR. </li><li> Verificar que a altura do pico de PCR é a mesma no início do repouso e no final de recuperação (tipicamente, &lt;é desejada diferença de 10%). Isto assegura que não havia perda desprezível de homogeneidade campo durante a aquisição. NOTA: Se a repartição PCr é insuficiente, ou se houve uma perda de homogeneidade campo, em seguida, repita a parte de exercícios / recuperação do exame (tendo o cuidado de evitar a fadiga), certifique-se de que a bobina e alças estão bem presos, e estender a duração do exercício e / ou incentivar o exercício mais vigoroso (Figura 4b). NÃOE: Uma comparação das imagens obtidas nas etapas 6 e 11 permite um passo de controle de qualidade adicional para visualizar qualquer deslocamento da coxa e bobina em função do exercício, garantindo assim que o movimento mínima ocorreu durante o protocolo, o que poderia afetar de forma significativa os dados adquiridos . </li></ol></li><li> Seguindo pós-exercício de imagens T1, repita o pré-exercício axial imagem T1 (passo 4.5) usando os mesmos parâmetros de aquisição. <ol><li> Em adição à depleção suficiente de PCr, medir o pH exercício final para garantir que o exercício não induziu a acidose do músculo. </li><li> Executar esta medindo a mudança química entre Pi e PCR (õP i) e usando a seguinte equação 60: pH = 6,77 + log [(õP i -3,29) / (5,68-õP i)] NOTA: O pH deve permanecer superior a 6,8 61. Se a desagregação de PCR é suficiente, mas o pH é demasiado baixo, repetir a sessão de exercício por um curtoer duração e / ou com uma intensidade diminuiu. </li></ol></li><li> Salvando dados: <ol><li> Salve todos os espectros adquiridos como arquivos DICOM e exportá-los para processamento usando JMRUI. </li><li> Se estiver usando um scanner, selecione todas as aquisições de espectroscopia na janela &quot;Navigator&quot;. </li><li> Em &quot;Aplicações&quot;, selecione &quot;Ferramentas Dicom&quot; → &quot;Export MR espectroscopia,&quot; e salvar os arquivos DICOM (* .dcm) para C: / user / MedCom / temp / CDROFFLINE (A ferramenta escolhe automaticamente a localização). </li><li> Em &quot;Transferência&quot;, selecione &quot;Exportar para Off-line.&quot; Guardar para o local desejado. </li></ol></li></ol> 5. Processamento e Análise de Dados 62 <ol><li> Analisar o MR espectros com software JMRUI livremente disponível (versão 5.2; http://www.jmrui.eu/). </li><li> Apodize e fase de deslocar o espectro de assegurar a uniformidade sobre todos os pontos de tempo adquiridas (Figura 5). O pico PCr será centrado umt 0 ppm no espectro. </li><li> Usar o algoritmo AMARES incorporada para quantificar a amplitude do pico de PCR, em cada espectro adquirido. A amplitude de pico representa a concentração da PCR dentro da região sensível da bobina de superfície nesse ponto de tempo particular. </li><li> No software computacional, traçar as concentrações de PCR como uma função do tempo de aquisição. Usando o built-in ferramenta de ajuste de curva software computacional, ajustar os dados do período de recuperação de PCR para a seguinte equação 52, 63: <img alt="equação 1" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq1.jpg" /></li><li> Grave os valores da PCr linha de base ( <img alt="equação 2" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq2.jpg" /> ), O menor PCR ( <img alt="equação 3" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq3.jpg" /> ), E o tempo de recuperação ( <img alt="equação 4" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq4.jpg" /> . </li><li> Assegurar que as condições apropriadas forem atendidas durante o exercise sessão através do cálculo da depleção de PCR, a diferença percentual entre a linha de base de PCr e o menor PCR. sessões de exercício ideais resultar numa 20 - esgotamento de 50%. NOTA: A qualidade do ajustamento de curva pode ser assegurada por meio da verificação de que o valor de R2 é maior do que 0,75. Valores de R 2 são calculados automaticamente pelo software de adaptação. </li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Este documento descreve um protocolo padrão para 31 PMRS exame que permite a medição de série e não-invasivo in vivo da função mitocondrial do músculo esquelético. O protocolo mantém apelo considerável quando se considera a amplitude das investigações que visam a crescente carga de síndrome metabólica e sua morbidade e mortalidade resultante. Este protocolo 31 PMRS requer uma quantidade mínima de tempo scanner e pode ser incorporado em investigações metabólicas abrangentes em indivíduos em qualquer centro com instalações MRS comercialmente disponíveis. Passos críticos dentro do Protocolo Contraindications- Antes de exames de RM, é crucial para a tela temas para potenciais contra-indicações. Para além dos critérios típicos de exclusão MR, o seguinte deve ser considerado antes de implementar este protocolo: 1) do joelho ipsilateral ou quadril implantes (independentemente ocompatibilidade f MR) para evitar artefatos, 2) as condições que restringem o fluxo de sangue ou de fornecimento de oxigênio para os membros inferiores (por exemplo, doença arterial, periférico), 3) uma incapacidade para realizar resistiva exercício de extensão do quadríceps, e 4) uma incapacidade de decúbito dorsal para cerca de 30 min. Movimento artefato redução- O movimento da bobina 31 P com respeito a quadríceps do sujeito e o movimento do objecto da coxa em relação à mesa deve ser minimizado. Certifique-se de que a bobina está bem presa à perna do sujeito e que que as tiras resistivas são firmemente à mesa de exame. Teste isso, garantindo que o calcanhar do sujeito sobe não mais do que 5 pol. De fora da mesa de exame durante o retrocesso e que não há rotação da bobina durante o exercício. Aquisição Exercício QUALIDADE O assunto deve exercer a umChieve, pelo menos, uma depleção de 30% na PCR. Para este protocolo, determinamos que 30 segundos de exercício em indivíduos ambulatoriais e 60 s para indivíduos não-ambulatoriais atinge esta meta. Temos observado que indivíduos não-ambulatoriais exercer menos força por chutar e, portanto, requerem um intervalo mais longo para o esgotamento suficiente. Análisis- Os métodos descritos aqui fornecem um quadro para minimizar a subjetividade e maximizar a automatização. Selecção de parâmetros de entrada de utilizador para a análise dos espectros deve ser feita com cuidado de modo a assegurar reprodutibilidade. Modificações e resolução de problemas Qualidade de Spectrum- Se o espectro parece ter ruído, verifique se a caixa de calço é colocado dentro do músculo. Ajustar o tamanho e a posição da caixa de calço para melhorar a relação sinal-ruído. Repetir o teste de aquisição, conforme necessário. enquantolidade de Exercício-se o exercício resultados iniciais insuficientes em depleção de PCr, há várias modificações que podem ser utilizadas para resolver problemas: 1) as tiras podem ser apertados, para aumentar a resistência; 2) o assunto podem ser instruídos a chutar mais rápido, o que aumenta o esforço; ou 3) a duração do exercício sustentada pode ser aumentada. No entanto, note que o excesso de exercício pode resultar em pH alterado e pode levar a acidose, que pode inibir a cinética de recuperação OXPHOS 61. Isto pode ser evitado através da limitação do tempo de exercício para um máximo de 3 minutos. Limitações da técnica Uma análise de biópsia do músculo permite a medição de características específicas mitocondriais, tais como o teor mitocondrial e tamanho, bem como a taxa de síntese de ATP mitocondrial máxima. No entanto, é importante notar que a medição in vivo utilizando 31 PMRS representa um agregado destes direct medidas, para além de factores extra-mitocondrial, tais como o fornecimento de sangue oxigenado microvascular ao músculo. Assim, em situações em que o estatuto da microcirculação está em causa, devido ao fornecimento de oxigénio reduzido ou outros fatores, não iria fornecer um indicador inequívoco do estado mitocondrial. Pelo contrário, ela iria indicar o estado in vivo da síntese de ATP oxidativo máximo do músculo, que pode reflectir alguma combinação de OXPHOS e questões microvasculares. A limitação do protocolo PMRS exercício 31 detalhado neste trabalho é a falta de padronização da produção do trabalho. Essa falta de padronização simplifica o aparato necessário e, portanto, a implementação deste protocolo. No entanto, se trata à custa de não permitir a avaliação quantitativa de outros parâmetros, tais como a resistência e fadiga, e a sua relação com medidas metabólicas. Como resultado, diferentes níveis de esforço poderia impactar o PCro tempo de recuperação para além da gravidade do defeito subjacente mitocondrial. Pode-se minimizar estes efeitos, garantindo a depleção PCr suficiente e pode padronizar ainda mais o rendimento do trabalho, utilizando ergômetros MR-compatíveis com a resistência ajustável e saídas de trabalho mensuráveis. Importância da Técnica em Matéria de métodos existentes ou alternativos A capacidade para quantificar directamente a função mitocondrial do músculo esquelético é o principal vantagem da técnica PMRS 31 quando comparado com o teste de exercício metabólica padrão. Biópsia muscular invasiva permite medições em fibras individuais 66, embora com os riscos inerentes que a tornam menos atraentes para investigações que requerem avaliação seriada. As abordagens baseadas na espectroscopia de infravermelho próximo 67 pode ser limitada pela profundidade de penetração, particularmente nos doentes obesos, em que tão pouco como 5 mm de gordura atenua a NIRS signal em 20% 68. Além disso, a técnica não se presta para a avaliação multidimensional de músculos e outros sistemas proporcionados por técnicas à base de MR. Além disso, ao contrário dos métodos de biópsias invasivas para quantificar energéticas musculares, esta medida não-invasivo e não-destrutiva permite medidas do estado metabólico no músculo intacto repetida, tornando-se vantajoso para a avaliação das populações de sujeitos e intervenções terapêuticas. Aplicações futuras As aplicações potenciais Depois de dominar esta técnica 31 PMRS incluir a avaliação de doenças com defeitos mitocondriais específicos ou qualquer um de uma ampla variedade de distúrbios metabólicos. Em pacientes com débito cardíaco pobre, as técnicas actuais podem identificar prejudicada a capacidade funcional, mas não é possível estabelecer o nível em que a disfunção ocorre (por exemplo, o músculo esquelético, o coração, ou pulmões). Seria particularmenteinteressante para desenvolver protocolos integrados que combinem 31 PMRS com medidas metabólicas e ensaios cardiopulmonares para identificar as causas da reduzida capacidade de assunto específico, a fim de facilitar a terapias personalizadas. Nós temos exemplos detalhados de terapias específicas importantes e intervenções que possam beneficiar da utilização de marcadores in vivo da função mitocondrial. Um 31 PMRS exercício protocolo padronizado, tal como o descrito acima, é um passo importante para a utilização mais generalizada deste importante no marcador in vivo de músculo esquelético capacidade mitocondrial em ambos os estudos básicos e intervenção.

O objetivo deste trabalho é apresentar um método reprodutível para medir de forma não invasiva in vivo a função mitocondrial do músculo esquelético em indivíduos que possuem uma ampla gama de habilidades. disfunção mitocondrial aberrante é uma indicação de uma ampla gama de síndromes metabólicas e doenças genéticas, a partir de condições comuns, tais como o envelhecimento e a diabetes de doenças raras tais como a ataxia de Friedreich. Síndrome metabólica e disfunção mitocondrial A síndrome metabólica foi mostrado para interromper a função mitocondrial, deprimir OXPHOS músculo esquelético, e levar ao armazenamento de lípidos ectópica em músculos esqueléticos 1, 2. Organelas tão crítica que regulam a homeostase metabólica e energia, as mitocôndrias são implicados na fisiopatologia da obesidade 3, 4, 5 resistência à insulina </sup&gt;, Diabetes mellitus tipo 2 (DM2) 6, 7, relacionada com a diabetes micro- 8, 9, 10, 11 e complicações macrovasculares 12, 13 e doença hepática gordurosa não alcoólica (DHGNA) 14, 15, 16, entre outros .Insulin resistência é caracterizada por profundas mudanças na atividade mitocondrial do músculo esquelético, incluindo diminuição da taxa mitocondrial do ácido tricarboxílico (TCA) de fluxo, taxa de síntese de ATP e citrato sintase e NADH: O 2 actividade de oxidoredutase 5. Uma hipótese é que estas alterações pode ser devido à acumulação de ácidos gordos livres (FFA) metabólitos no músculo, que são marcadamente aumentada durante a obesidade e outras obesidade-rdoenças exaltados 2, 17. A exposição de músculo de FFAs elevados e intermediários lipídicos podem diminuir a expressão de genes na via oxidativa lipídica, bem como o ciclo de TCA e de electrões da cadeia de transporte de carga (ETC) 18. Esta redução de capacidade OXPHOS músculo esquelético mitocondrial na definição de uma sobrecarga lipídica é acompanhado por um declínio no quantitativa (conteúdo e biogênese das mitocôndrias) 19 e função qualitativa das mitocôndrias do músculo esquelético 20. Expondo o músculo esquelético e os miócitos para FFAs conduz a resistência severa à insulina, e aumento da absorção de FFA no músculo é associado à resistência à insulina em humanos e roedores 21. A ceramida intermediários lipídicos e diacilglicerol (DAG) foram mostrados para inibir directamente a via de sinalização de insulina, alterando a actividade de cinases, tais como a proteína-quinase C e Protein quinase B 21. Consequentemente, as moléculas derivadas de lípidos parecem desempenhar um papel importante no desenvolvimento de resistência à insulina muscular esquelético e DMT2. No entanto, ainda não está claro se as mudanças na capacidade mitocondrial são uma causa ou uma consequência da resistência à insulina 22. Ataxia e Disfunção Mitocondrial de Friedrich Diminuição OXPHOS também podem surgir de defeitos genéticos. Ataxia de Friedrich (FA), a forma mais comum de ataxia hereditária, é uma desordem genética causada por uma mutação no frataxin gene (FXN), resultando na acumulação de ferro intra-mitocondrial, a produção de espécies de oxigénio reactivo, e anomalias da fosforilação oxidativa 23, 24, 25, 26. Esta importante descoberta conduziu ao desenvolvimento de terapias específicas, which objectivo de melhorar a função mitocondrial ao nível sub-celular. Apesar deste conhecimento, tem havido desenvolvimento limitada in vivo, os biomarcadores reprodutíveis para FA investigação clínica. Na verdade, uma barreira crítica na avaliação eficaz de terapias-alvo em FA é a incapacidade de acompanhar as mudanças na função mitocondrial. medidas funcionais atuais, por exemplo, pode identificar diminuição do débito cardíaco; no entanto, eles são incapazes de determinar o nível em que a disfunção ocorre (Figura 1). O desenvolvimento de um marcador fiável da função mitocondrial que pode ser utilizado para identificar e avaliar a progressão da doença na ataxia de Friedrich é crucial para avaliar o impacto mecânico relevante de terapias específicas. OXPHOS prejudicada e disfunção cardíaca função mitocondrial aberrante, adquirida ou genética, pode contribuir para o desenvolvimento ou progressão de cardidisfunção AC. Nas condições de sobrecarga de pressão e a insuficiência cardíaca, a energia primária preferência substrato interruptores de FFA em glicose. Isto é associado com diminuição da atividade ETC e fosforilação oxidativa 27. A fisiopatologia do bioenergética mitocondrial na disfunção cardíaca pode ser diferente, consoante a origem primária da lesão mitocondrial. Diabetes e síndrome metabólica resulta em anormalidades mitocondriais em miocárdio, tais como biogênese prejudicada e metabolismo de ácidos graxos, que levam a flexibilidade reduzida substrato, a eficiência energética, e, eventualmente, disfunção diastólica 28, 29. Em FA, por outro lado, uma deficiência resulta em acumulação frataxin ferro mitocondrial significativa em cardiomiócitos 30, 31. Acumulação de ferro conduz à produção de radicais livres através da reacção de Fenton 32 &lt;/ Sup&gt; e aumenta a chance de danos livre de cardiomiócitos induzida por radicais. Acúmulo de ferro intra-mitocondrial está também associada a um aumento da sensibilidade ao estresse oxidativo e uma capacidade oxidativa reduzida 30, 31. Acúmulo de ferro e subsequente função mitocondrial aberrante, devido à deficiência de frataxina, pode, portanto, ser responsável por a energética cardíaca comprometida e cardiomiopatia observadas na FA 33, 34. É também interessante notar que a capacidade oxidativa reduzida em mitocôndrias do músculo esquelético é paralela à intolerância ao exercício e a redução da capacidade metabólica na insuficiência cardíaca (HF) 35. Medição da capacidade OXPHOS músculo esquelético, tal como aqui descrito, é facilmente implementável e robusto; juntamente com o significado da OXPHOS músculo esquelético em HF, estas características fazem dele um biomarcador atraente em estudos abrangentes de ouvirdoença de t 36. OXPHOS prejudicada ea disfunção cardíaca que o acompanha não é um aspecto inconsequente de metabólica e doença mitocondrial. Indivíduos com diabetes e doença metabólica estão em maior risco de desenvolver doença cardiovascular e têm excesso de mortalidade após infarto do miocárdio (MI) 37, 38, 39, 40, 41; mais da metade dos indivíduos FA tem cardiomiopatia, e muitos morrem de arritmia cardíaca ou insuficiência cardíaca 42. Assim, a quantificação de OXPHOS reduzida não só poderia permitir a detecção e tratamento da disfunção cardíaca precoce, mas ele também pode aliviar um fardo clínico importante nestas doenças. terapias direcionadas para aumentar diretamente a capacidade OXPHOS é uma área promissora para melhorar o tratamento de assuntos, wheterap a causa de disfunção metabólica é genética ou adquirida. Actualmente, o desenvolvimento de novas drogas que aliviam tanto a função mitocondrial anormal 43 ou corrigir o defeito genético primário 44 pode melhorar a característica bioenergética demente de FA alvo. No caso de disfunção mitocondrial adquirida, o aumento da actividade física pode melhorar a função mitocondrial 45, 46, 47. 31 Fósforo espectroscopia de ressonância magnética como biomarcador não invasivo da função mitocondrial Independentemente da terapia testada, uma integrada na avaliação in vivo da bioenergética do músculo esquelético é uma ferramenta fundamental para avaliar o impacto das intervenções dirigidas, especialmente em indivíduos com intolerância ao exercício grave ou incapacidade de se submeter metabo convencionaltestes lic. Espectroscopia de ressonância magnética sintonizado de fósforo (31 PMRS), um núcleo endógena encontrado em vários substratos de alta energia no interior das células em todo o corpo, tem sido utilizada para quantificar a capacidade oxidativa mitocondrial usando uma variedade de abordagens, incluindo em-íman protocolos de exercício de recuperação e estimulação muscular protocolos 48. Os protocolos de exercícios de recuperação dependem de uma variedade de aparelhos que variam em complexidade de ergômetros MRI-compatíveis que regulam e medir carga de trabalho para simples configurações de correias e almofadas permitindo tipo explosão resistiva e exercício quase estático. Um dos principais objetivos de qualquer um destes protocolos é produzir um desequilíbrio de energia para os quais a demanda por trifosfato de adenosina (ATP) é inicialmente recebida através da quebra enzimática da fosfocreatina (PCr), através da creatina quinase reacção 49. Após interrupção do exercício, a taxa de produção de ATP é dominado por Pho oxidativosphorylation e representa o máximo de capacidade in vivo das mitocôndrias 50. Além disso, OXPHOS durante a recuperação pós-exercício pode ser descrita por uma reação velocidade de primeira ordem 51. A recuperação pós-exercício da PCr pode, portanto, ser quantificada pela instalação de uma constante de tempo exponencial (τ PCr), com menores valores de τ PCr representando maior capacidade para a síntese de ATP oxidativo. Esforços significativos foram feitos para validar 31 PMRS contra ex vivo e medidas mais diretas de OXPHOS e demonstrar o potencial de aplicabilidade clínica desta técnica 52, 53, 54, 55. Notavelmente, o protocolo descrito no presente trabalho pode ser implementado em scanners clinicamente disponíveis, e isto tem sido amplamente validado como um biomarcador não invasivo Ofunção mitocondrial f 56. No entanto, um protocolo PMRS exercício 31 otimizado para aplicação em indivíduos com diferentes gravidades do comprometimento neuromuscular ou mobilidade não tem sido bem estabelecida 57. Um bem definida, protocolo de exercício amplamente aplicável e 31 PMRS técnica seria particularmente útil na avaliação de doenças com alterações fundamentais na função mitocondrial. Vários estudos anteriores têm explorado as aplicações de técnicas não invasivas para quantificar a função mitocondrial em indivíduos. Por exemplo, estas técnicas têm mostrado OXPHOS alterada em indivíduos com diabetes tipo 2 36. Lodi et ai. primeiro testada a viabilidade das técnicas PMRs em indivíduos com FA e verificou que 1) o defeito genético fundamental na FA prejudica OXPHOS músculo esquelético e 2) o número de tripleto GAA repete é inversamente proporcional ao músculo esquelético óXPHOS 33. Mais recentemente, Nachbauer et ai. PMRS usado como uma medida de desfecho secundário em um teste de drogas FA com 7 indivíduos. PCr tempos de recuperação foram significativamente mais longa em indivíduos em relação aos controles, reafirmando trabalho anterior de Lodi e indicando que os efeitos da expressão aberrante frataxin em FA pode resultar em um declínio na capacidade mitocondrial que é detectável através de técnicas PMRs 58. Métodos confiáveis para definir adequadamente em função do músculo esquelético vivo em um, o custo-benefício, e de maneira reprodutível viável são fundamentais para melhorar os resultados dos pacientes em uma série de doenças que afetam a função mitocondrial. Este trabalho descreve um procedimento robusto para a obtenção da capacidade oxidativa máxima vivo do músculo esquelético usando 31 PMRS. O protocolo de exercício de imã em é bem tolerado por indivíduos que abrangem uma ampla gama de física e functional habilidades e oferece uma configuração simplificada assunto usando o equipamento barato e amplamente disponível.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="883">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">1.5 T MR Scanner</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:251px;">manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:331px;">10 cm 31P transmit-receive coil, 1.5T compatible</td>
			<td style="width:165px;">PulseTeq</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">3 fl oz Baby Oil</td>
			<td style="width:165px;">Johnson &#38; Johnson</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">Foam triangle cushion (Knee)</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">(3) plastic buckle resistive straps; table to table</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">(1) plastic buckle resistive strap; self-connecting</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy: a tool for measuring in vivo mitochondrial oxidative phosphorylation capacity in human skeletal muscle

Skeletal muscle mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity, which is critically important in health and disease, can be measured in vivo and noninvasively in humans via phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy (31PMRS). However, the approach has not been widely adopted in translational and clinical research, with variations in methodology and limited guidance from the literature. Increased optimization, standardization, and dissemination of methods for in vivo 31PMRS would facilitate the development of targeted therapies to improve OXPHOS capacity and could ultimately favorably impact cardiovascular health. 31PMRS produces a noninvasive, in vivo measure of OXPHOS capacity in human skeletal muscle, as opposed to alternative measures obtained from explanted and potentially altered mitochondria via muscle biopsy. It relies upon only modest additional instrumentation beyond what is already in place on magnetic resonance scanners available for clinical and translational research at most institutions. In this work, we outline a method to measure in vivo skeletal muscle OXPHOS. The technique is demonstrated using a 1.5 Tesla whole-body MR scanner equipped with the suitable hardware and software for 31PMRS, and we explain a simple and robust protocol for in-magnet resistive exercise to rapidly fatigue the quadriceps muscle. Reproducibility and feasibility are demonstrated in volunteers as well as subjects over a wide range of functional capacities.

Estudo reprodutibilidade Seis voluntários (4 homens e 2 mulheres, idade média: 24,5 ± 6,2 anos) com nenhum coração auto-reportados, metabólica ou doença mitocondrial foram submetidos a sessões do exercício técnica e de imagem 31 PMRS descrito em 2 dias diferentes dentro de 1 semana para avaliar técnica reprodutibilidade (Figura 6a). Os estudos realizados em voluntários normais confirmar a reprodutibilidade do estudo 31 PMRS na quantificação da função mitocondrial. A análise de Bland-Altman da PCr tempo de recuperação demonstra uma diferença desvio padrão médio de 1,03 4,83 seg e um coeficiente entre-ensaios de variação de 4,66 (Figura 6b). Não há alterações para o protocolo de aquisição ou análise descrita na seção métodos eram obrigados a obter dados de boa qualidade, conforme descrito na etapa 4 do protocolo. estes resÜLTS demonstrar a reprodutibilidade das técnicas de aquisição e análise descritos no presente trabalho. Avaliação técnica em participantes não-ambulatoriais com Ataxia de Friedrich Quatro participantes (2 homens e 2 mulheres, idade média: 35) foram submetidos a uma única sessão de exercício técnica e de imagem 31 PMRS descrito neste trabalho para avaliar a sua viabilidade em uma população não-ambulatorial com FA. Estes indivíduos foram capazes de realizar os exercícios de ímã para a obtenção de esgotamento suficiente de PCr para ajustar os parâmetros de recuperação apresentado no passo 5.6. No entanto, os tempos mais tempo de exercício (60-90 seg) foram necessárias para suficientemente esgotar os níveis de PCR. Além disso, as oscilações de todo o ajuste que foram causados pela perda progressiva do controle muscular, o que é característico da doença, foram observados (Figura 7). Por estas subjects, usamos duas tiras resistivas adicionais entre os joelhos e os tornozelos, dando um total de três tiras, para limitar o movimento indesejado. Estes resultados demonstram a viabilidade da técnica de aquisição e análise de obter tempos de recuperação de PCr em indivíduos não-ambulatório. No entanto, as modificações necessárias para obter dados de boa qualidade indicam que mais estudos de avaliação e de normalização são necessárias. Estudo de viabilidade Nove voluntários sem doença cardiovascular auto-relatado e 15 indivíduos que se refere a um programa de reabilitação cardíaca e prevenção secundária (CRSP) foram incluídos em um conselho de revisão institucional local (IRB) estudo -aprovado. Obtivemos alguns valores clínicos como indicadores de saúde cardiovascular e gravidade da síndrome metabólica. A fração de ejeção do ventrículo esquerdo foi preservada em indivíduos CRSP (56 10%). a maximum capacidade de esforço cardiovascular, medidos antes de iniciar CRSP, foi semelhante em indivíduos com e sem diabetes (3,05 0,6 contra 3,4 0,8 equivalentes metabólicos METs, p = 0,4). Antes de iniciar CRSP, cada participante inscrito foi submetido à técnica 31 PMRS exercício e de imagem, descrito neste trabalho, ea imagem quantificação de gordura intramuscular, descrito anteriormente 64. A constante de tempo de recuperação de PCR foi maior (41,9 contra 32,1 1,4 7,4 seg, p = 0,05), e a percentagem de gordura intramuscular era mais elevada em indivíduos CRSP em comparação com controlos (2,9 contra 8,7 2,54 0,6%, p &lt;0,001). A percentagem de gordura intramuscular era semelhante em indivíduos CRSP com e sem diabetes (p = 0,4), e a constante de tempo de recuperação de PCr tendiam a ser mais longas em indivíduos com diabetes contra naqueles sem diabetes e nos controlos (p = 0,03 para as tendências entre grupos). Preliminares de dados de acompanhamento sugerem uma melhora consideravelmente pior emMET pós-CRSP em indivíduos com diabetes, em comparação com aqueles sem (delta = 1,0 0,8 contra 4,0 2,4, p = 0,06; Figura 8). Estes resultados demonstram a viabilidade desta técnica para quantificar as diferenças de OXPHOS músculo esquelético entre indivíduos com e sem doença metabólica conhecida. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig1.jpg" /> Figura 1. As mitocôndrias, músculo esquelético, e Sistemas cardiopulmonares. Uma representação da ligação entre a mitocôndria, músculo esquelético, o débito cardíaco, ventilação e capacidade funcional é mostrado. Reproduzido de Milani et al 65. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig2.jpg" /> Figura 2. Materiais. Os materiais necessários incluem: 1) uma almofada de triângulo, <strong&gt; 2) a 10 cm 31 bobina de transmissor-receptor de superfície sintonizado-P, 3) a tabela até à mesa que conectam tiras resistivas, 4) uma cinta resistiva auto-ligação, e 5) uma pequena garrafa de óleo de bebê. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54977/54977fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig3.jpg" /> Figura 3. Posicionamento. A) Os indivíduos são gravadas em decúbito dorsal, os pés primeiro. A bobina 31 P é colocado sobre os quadríceps esquerdo. tiras resistivas são colocados acima e abaixo do joelho e ligado à mesa. Uma única correia é utilizado para ligar em conjunto as duas pernas acima do joelho. B) O posicionamento fatia é mostrada para o segundo localizador. Note-se que as fatias são centradas no locação da garrafa óleo de bebê, e fatias cobrir os quadríceps inteiras. C) A colocação caixa de calço para 31 PMRS é mostrado. Este volume é colocada directamente por baixo da bobina nos quadríceps e abrange uma profundidade que assegura sinal suficiente e apropriado calços dentro da área da superfície da bobina. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig4.jpg" /> Figura 4. Aquisição de Dados. A) A aquisição representativa 31 P em repouso é mostrado. O PCr é o grande pico único, e não há o mínimo de ruído (à esquerda). A aquisição típica durante a parte do exercício dos resultados do protocolo em dois grandes picos, Pi e PCR (direita). Como o exercício progride, os picos Pi e PCR irá aumentar e diminuir, respectivamente. B) A comparação da altura do pico PCr em repouso e pós-exercício deve revelar, pelo menos, uma diminuição% ~ 30. este c<html> ÁLCULO deve ser feito no console do scanner, a fim de garantir a conclusão bem sucedida do estudo exercício. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig5.jpg" /> Figura 5. Análise. A correção de fase e apodization de um espectro representativo é mostrado. A) Um espectro de matéria-mostrando um pico un-faseada e presença de ruído que obscurece os picos. B) Um espectro exibir 0 th - e 1 de correção de fase -order. O pico PCr localizado na frequência central é facilmente identificável, mas outros picos de metabólitos ainda são obscurecidos. C) O espectro após apodização com uma forma de linha de Lorentz, resultando numa redução no ruído e melhor visualização dos 3 picos de ATP e o PDE e Pi pico. Este espectro está pronto para o pico quantificação com a ferramenta AMARES.<html> files / ftp_upload / 54977 / 54977fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig6.jpg" /> Figura 6. 31 PMRS em indivíduos saudáveis. A) Esta figura mostra a recuperação da phosphocreatine PCr) concentração (após seu esgotamento com o rápido exercício de extensão do joelho quase estático. A linha representa o ajuste da função de recuperação exponencial descrito na etapa 5.6, com o tempo de recuperação τ constante mostrado; Esta constante de tempo é um biomarcador bem estabelecido de função oxidativa mitocondrial. B) A análise de Bland-Altman do 31 PMRS técnica de reprodutibilidade demonstra uma diferença desvio padrão médio de 1,03 4,83 segundos para o tempo de recuperação PCr entre os ensaios; o coeficiente de variação é de 4,66.https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54977/54977fig6large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig7.jpg" /> Figura 7. 31 PMRS em indivíduos não-ambulatório. A curva representativa de recuperação de PCr do 31 PMRS exame de um sujeito não-ambulatorial é mostrado. Note-se que um esgotamento PCr de 64% foi alcançado com este protocolo de exercício. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54977/54977fig7large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig8.jpg" /> Figura 8. 31 PMRS em indivíduos CRSP. Uma comparação da PCR RECOVvezes ery demonstra a capacidade sequencialmente mais pobre oxidativa mitocondrial no controle, não-diabéticos e diabéticos. As barras de erro representam o desvio padrão.

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Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

This work demonstrates the feasibility of an in vivo phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy (31PMRS) technique to quantify mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity in human skeletal muscle.

Fósforo-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: uma ferramenta para medir<em&gt; In Vivo</em&gt; Capacidade mitocondrial fosforilação oxidativo no músculo esquelético humano

Skeletal muscle mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity, which is critically important in health and disease, can be measured in vivo ...

phosphorus-31-magnetic-resonance-spectroscopy-tool-for-measuring-vivo

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

11.6K visualizações.  The Ohio State University. This work demonstrates the feasibility of an in vivo phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy (31PMRS) technique to quantify mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity in human skeletal muscle. 

Vídeo: Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

In Vivo Canine Muscle Function Assay

We describe a minimally-invasive and reproducible method to measure canine pelvic limb muscle strength and muscle response to repeated eccentric 
contractions. The pelvic limb of an anesthetized dog is immobilized in a stereotactic frame to align the tibia at a right angle to the femur. Adhesive wrap affixes the 
paw to a pedal mounted on the shaft of a servomotor to measure torque. Percutaneous nerve stimulation activates pelvic limb muscles of the paw to either push (extend) or 
pull (flex) against the pedal to generate isometric torque. Percutaneous tibial nerve stimulation activates tibiotarsal extensor muscles. Repeated eccentric (lengthening) 
contractions are induced in the tibiotarsal flexor muscles by percutaneous peroneal nerve stimulation. The eccentric protocol consists of an initial isometric contraction 
followed by a forced stretch imposed by the servomotor. The rotation effectively lengthens the muscle while it contracts, e.g., an eccentric contraction. During 
stimulation flexor muscles are subjected to an 800 msec isometric and 200 msec eccentric contraction. This procedure is repeated every 5 sec. To avoid fatigue, 4 min rest 
follows every 10 contractions with a total of 30 contractions performed.

In Vivo Canine Muscle Function Assay

We describe a minimally-invasive and painless method to measure canine hindlimb muscle strength and muscle response to repeated eccentric contractions.

Em função Assay Canine Muscle Vivo

We describe a minimally-invasive and reproducible method to measure canine pelvic limb muscle strength and muscle response to repeated eccentric 
...

Medicina

Skeletal Muscle Gender Dimorphism from Proteomics

Gross contraction in skeletal muscle is primarily determined by a relatively small number of contractile proteins, however this tissue is also remarkably adaptable to environmental factors1 such as hypertrophy by resistance exercise and atrophy by disuse. It thereby exhibits remodeling and adaptations to stressors (heat, ischemia, heavy metals, etc.)2,3. Damage can occur to muscle by a muscle exerting force while lengthening, the so-called eccentric contraction4. The contractile proteins can be damaged in such exertions and need to be repaired, degraded and/or resynthesized; these functions are not part of the contractile proteins, but of other much less abundant proteins in the cell. To determine what subset of proteins is involved in the amelioration of this type of damage, a global proteome must be established prior to exercise5 and then followed subsequent to the exercise to determine the differential protein expression and thereby highlight candidate proteins in the adaptations to damage and its repair. Furthermore, most studies of skeletal muscle have been conducted on the male of the species and hence may not be representative of female muscle. 
In this article we present a method for extracting proteins reproducibly from male and female muscles, and separating them by two-dimensional gel electrophoresis followed by high resolution digital imaging6. This provides a protocol for spots (and subsequently identified proteins) that show a statistically significant (p &lt; 0.05) two-fold increase or decrease, appear or disappear from the control state. These are then excised, digested with trypsin and separated by high-pressure liquid chromatography coupled to a mass spectrometer (LC/MS) for protein identification (LC/MS/MS)5. This methodology (Figure 1) can be used on many tissues with little to no modification (liver, brain, heart etc.).

A straight-forward set of methods to isolate and determine the identity of the most abundant proteins expressed in skeletal muscle. About 800 spots are discerned on a two-dimensional gel from 10 mg muscle; this allows for the determination of gender-specific protein expression. These methods will give equivalent results in most tissues.

Dimorfismo Sexo músculo esquelético de Proteomics

Gross contraction in skeletal muscle is primarily determined by a relatively small number of contractile proteins, however this tissue is also remarkably ...

Multi-modal Imaging of Angiogenesis in a Nude Rat Model of Breast Cancer Bone Metastasis Using Magnetic Resonance Imaging, Volumetric Computed Tomography and Ultrasound

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell proliferation in the bone marrow cavity as well as for interaction of tumor and bone cells resulting in local bone destruction. Our aim was to develop a model of experimental bone metastasis that allows in vivo assessment of angiogenesis in skeletal lesions using non-invasive imaging techniques.
For this purpose, we injected 105 MDA-MB-231 human breast cancer cells into the superficial epigastric artery, which precludes the growth of metastases in body areas other than the respective hind leg1. Following 25-30 days after tumor cell inoculation, site-specific bone metastases develop, restricted to the distal femur, proximal tibia and proximal fibula1. Morphological and functional aspects of angiogenesis can be investigated longitudinally in bone metastases using magnetic resonance imaging (MRI), volumetric computed tomography (VCT) and ultrasound (US).
MRI displays morphologic information on the soft tissue part of bone metastases that is initially confined to the bone marrow cavity and subsequently exceeds cortical bone while progressing. Using dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) functional data including regional blood volume, perfusion and vessel permeability can be obtained and quantified2-4. Bone destruction is captured in high resolution using morphological VCT imaging. Complementary to MRI findings, osteolytic lesions can be located adjacent to sites of intramedullary tumor growth. After contrast agent application, VCT angiography reveals the macrovessel architecture in bone metastases in high resolution, and DCE-VCT enables insight in the microcirculation of these lesions5,6. US is applicable to assess morphological and functional features from skeletal lesions due to local osteolysis of cortical bone. Using B-mode and Doppler techniques, structure and perfusion of the soft tissue metastases can be evaluated, respectively. DCE-US allows for real-time imaging of vascularization in bone metastases after injection of microbubbles7.
In conclusion, in a model of site-specific breast cancer bone metastases multi-modal imaging techniques including MRI, VCT and US offer complementary information on morphology and functional parameters of angiogenesis in these skeletal lesions.

In the pathogenesis of bone metastasis, angiogenesis is a crucial process and therefore represents a target for imaging and therapy. Here, we present a rat model of site-specific breast cancer bone metastasis and describe strategies to non-invasively image angiogenesis in vivo using magnetic resonance imaging, volumetric computed tomography and ultrasound.

Multi-modal de imagem de angiogênese em um modelo de rato nu de Câncer de mama utilizando a ressonância magnética, tomografia computadorizada volumétrica e ultra-som

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell ...

Tibial Nerve Transection - A Standardized Model for Denervation-induced Skeletal Muscle Atrophy in Mice

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of denervation-induced skeletal muscle atrophy in rodents. Although originally developed and used extensively in the rat due to its larger size, the tibial nerve in mice is big enough that it can be easily manipulated with either crush or transection, leaving the peroneal and sural nerve branches of the sciatic nerve intact and thereby preserving their target muscles. Thus, this model offers the advantages of inducing less morbidity and impediment of ambulation than the sciatic nerve transection model and also allows investigators to study the physiologic, cellular and molecular biologic mechanisms regulating the process of muscle atrophy in genetically engineered mice. The tibial nerve supplies the gastrocnemius, soleus and plantaris muscles, so its transection permits the study of denervated skeletal muscle composed of fast twitch type II fibers and/or slow twitch type I fibers. Here we demonstrate the tibial nerve transection model in the C57Black6 mouse. We assess the atrophy of the gastrocnemius muscle, as a representative muscle, at 1, 2, and 4 weeks post-denervation by measuring muscle weights and fiber type specific cross-sectional area on paraffin-embedded histologic sections immunostained for fast twitch myosin.

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of skeletal muscle atrophy. The model surgical protocol is described and demonstrated in C57Black6 mice. &#160;

Secção do nervo tibial - um modelo padronizado para denervação induzida por atrofia muscular em ratos

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of denervation-induced skeletal muscle atrophy in rodents. ...

Human Skeletal Muscle Biopsy Procedures Using the Modified Bergstr&#246;m Technique

The percutaneous biopsy technique enables researchers and clinicians to collect skeletal muscle tissue samples. The technique is safe and highly effective. This video describes the percutaneous biopsy technique using a modified Bergstr&#246;m needle to obtain skeletal muscle tissue samples from the vastus lateralis of human subjects. The Bergstr&#246;m needle consists of an outer cannula with a small opening (&#8216;window&#8217;) at the side of the tip and an inner trocar with a cutting blade at the distal end. Under local anesthesia and aseptic conditions, the needle is advanced into the skeletal muscle through an incision in the skin, subcutaneous tissue, and fascia. Next, suction is applied to the inner trocar, the outer trocar is pulled back, skeletal muscle tissue is drawn into the window of the outer cannula by the suction, and the inner trocar is rapidly closed, thus cutting or clipping the skeletal muscle tissue sample. The needle is rotated 90&#176;&#160;and another cut is made. This process may be repeated three more times. This multiple cutting technique typically produces a sample of 100-200 mg or more in healthy subjects and can be done immediately before, during, and after a bout of exercise or other intervention. Following post-biopsy dressing of the incision site, subjects typically resume their activities of daily living right away and can fully participate in vigorous physical activity within 48-72 hr. Subjects should avoid heavy resistance exercise for 48 hr to reduce the risk of herniation of the muscle through the incision in the fascia.

The purpose of this video is to present the modified Bergstr&#246;m skeletal muscle biopsy technique on human subjects.

Procedimentos de biópsia de músculo esquelético humano, utilizando a técnica Bergström Modificado

The percutaneous biopsy technique enables researchers and clinicians to collect skeletal muscle tissue samples. The technique is safe and highly ...

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of living systems. Neuromuscular diseases often exhibit a temporally varying, spatially heterogeneous, and multi-faceted pathology. The goal of this protocol is to characterize this pathology using qMRI methods. The MRI acquisition protocol begins with localizer images (used to locate the position of the body and tissue of interest within the MRI system), quality control measurements of relevant magnetic field distributions, and structural imaging for general anatomical characterization. The qMRI portion of the protocol includes measurements of the longitudinal and transverse relaxation time constants (T1 and T2, respectively). Also acquired are diffusion-tensor MRI data, in which water diffusivity is measured and used to infer pathological processes such as edema. Quantitative magnetization transfer imaging is used to characterize the relative tissue content of macromolecular and free water protons. Lastly, fat-water MRI methods are used to characterize fibro-adipose tissue replacement of muscle. In addition to describing the data acquisition and analysis procedures, this paper also discusses the potential problems associated with these methods, the analysis and interpretation of the data, MRI safety, and strategies for artifact reduction and protocol optimization.

Neuromuscular diseases often exhibit a temporally varying, spatially heterogeneous, and multi-faceted pathology. The goal of this protocol is to characterize this pathology using non-invasive magnetic resonance imaging methods.

Quantitativa Ressonância Magnética da doença do músculo esquelético

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of ...

Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome

Percutaneous muscle biopsy using the Weil-Blakesley conchotome is well established in both clinical and research practice. It is a safe, effective and well tolerated technique. The Weil-Blakesley conchotome has a sharp biting tip with a 4 - 6 mm wide hollow. It is inserted through a 5 - 10 mm skin incision and can be maneuvered for controlled tissue penetration. The tip is opened and closed within the tissue and then rotated through 90 -180&#176; to cut the muscle. The amount of muscle obtained following repeated sampling can vary from 20 mg to 290 mg which can be processed for both histology and molecular studies. The wound needs to be kept dry and vigorous physical activity kept to a minimum for approximately 72 hr although normal levels of activity can restart immediately following the procedure. This procedure is safe and effective when close attention is paid to the selection of subjects, full asepsis and post procedure care. &#160;Both right and left vastus lateralis are suitable for biopsy dependent on participant preference.

Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome

This video demonstrates the technique of percutaneous muscle biopsy of the human vastus lateralis using the Weil-Blakesley conchotome.

Humano<em&gt; vasto lateral</em&gt; Biópsia de músculo esquelético Usando o Weil-Blakesley Conchotome

Percutaneous muscle biopsy using the Weil-Blakesley conchotome is well established in both clinical and research practice. It is a safe, effective and ...

Depletion of Mouse Cells from Human Tumor Xenografts Significantly Improves Downstream Analysis of Target Cells

The use of in vitro cell line models for cancer research has been a useful tool. However, it has been shown that these models fail to reliably mimic patient tumors in different assays1. Human tumor xenografts represent the gold standard with respect to tumor biology, drug discovery, and metastasis research 2-4. Tumor xenografts can be derived from different types of material like tumor cell lines, tumor tissue from primary patient tumors4 or serially transplanted tumors. When propagated in vivo, xenografted tissue is infiltrated and vascularized by cells of mouse origin. Multiple factors such as the tumor entity, the origin of xenografted material, growth rate and region of transplantation influence the composition and the amount of mouse cells present in tumor xenografts. However, even when these factors are kept constant, the degree of mouse cell contamination is highly variable.
Contaminating mouse cells significantly impair downstream analyses of human tumor xenografts. As mouse fibroblasts show high plating efficacies and proliferation rates, they tend to overgrow cultures of human tumor cells, especially slowly proliferating subpopulations. Mouse cell derived DNA, mRNA, and protein components can bias downstream gene expression analysis, next-generation sequencing, as well as proteome analysis 5. To overcome these limitations, we have developed a fast and easy method to isolate untouched human tumor cells from xenografted tumor tissue. This procedure is based on the comprehensive depletion of cells of mouse origin by combining automated tissue dissociation with the benchtop tissue dissociator and magnetic cell sorting. Here, we demonstrate that human target cells can be can be obtained with purities higher than 96% within less than 20 min independent of the tumor type.

Human tumor xenografts are vascularized and infiltrated by cells of mouse origin during the growth phase in vivo. To circumvent the bias caused by these contaminating cells during downstream analysis, we developed a method allowing for comprehensive depletion of all mouse cells by magnetic cell sorting.

Depleção de células do rato de xenoenxertos de tumor humano Melhora Significativamente Análise Downstream de células alvo

The use of in vitro cell line models for cancer research has been a useful tool. However, it has been shown that these models fail to reliably mimic ...

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of cerebral malaria can be difficult. We present an experimental mouse model of cerebral malaria that shares multiple features of the human disease, including edema and microvascular pathology. Using magnetic resonance imaging (MRI), we can detect and track the blood-brain barrier disruption, edema development, and subsequent brain swelling. We describe multiple MRI techniques that can visualize these pertinent pathological changes. Thus, we show that MRI represents a valuable tool to visualize and track pathological changes, such as edema, brain swelling, and microvascular pathology, in vivo.

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

We describe a mouse model of experimental cerebral malaria and show how inflammatory and microvascular pathology can be tracked in vivo using magnetic resonance imaging.

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology em um Modelo de Malária Cerebral Experimental Usando Ressonância Magnética

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging at 7 Tesla

CMR at an ultra-high field (magnetic field strength B0&#160;&#8805; 7 Tesla) benefits from the signal-to-noise ratio (SNR) advantage inherent at higher magnetic field strengths and potentially provides improved signal contrast and spatial resolution. While promising results have been achieved, ultra-high field CMR is challenging due to energy deposition constraints and physical phenomena such as transmission field non-uniformities and magnetic field inhomogeneities. In addition, the magneto-hydrodynamic effect renders the synchronization of the data acquisition with the cardiac motion difficult. The challenges are currently addressed by explorations into novel magnetic resonance technology. If all impediments can be overcome, ultra-high field CMR may generate new opportunities for functional CMR, myocardial tissue characterization, microstructure imaging or metabolic imaging. Recognizing this potential, we show that multi-channel radio frequency (RF) coil technology tailored for CMR at 7 Tesla together with higher order B0 shimming and a backup signal for cardiac triggering facilitates high fidelity functional CMR. With the proposed setup, cardiac chamber quantification can be accomplished in examination times similar to those achieved at lower field strengths. To share this experience and to support the dissemination of this expertise, this work describes our setup and protocol tailored for functional CMR at 7 Tesla.

The sensitivity gain inherent to ultrahigh field magnetic resonance holds promise for high spatial resolution imaging of the heart. Here, we describe a protocol customized for functional cardiovascular magnetic resonance (CMR) at 7 Tesla using an advanced multi-channel radio-frequency coil, magnetic field shimming and a triggering concept.

Ressonância magnética cardíaca na Tesla 7

CMR at an ultra-high field (magnetic field strength B0&#160;&#8805; 7 Tesla) benefits from the signal-to-noise ratio (SNR) advantage inherent at higher ...