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Multiscale Passive Mechanical Characterization of Rodent Skeletal Muscle - 03/10/23

Doi : 10.1016/j.irbm.2023.100800 
Philippe Pouletaut a, Yoann Tatarenko a, d, Mashhour K. Chakouch a, Meng Li b, Venus Joumaa b, John R. Hawse c, Walter Herzog b, Simon Chatelin d, Sabine F. Bensamoun a,
a Sorbonne University, Université de Technologie de Compiègne, CNRS UMR 7338, Biomechanics and Bioengineering, Compiègne, France 
b University of Calgary, Faculty of Kinesiology, Human Performance Laboratory, Calgary, Alberta, Canada 
c Department of Biochemistry and Molecular Biology, Mayo Clinic, Rochester, MN, USA 
d ICube, CNRS UMR 7357, University of Strasbourg, Strasbourg, France 

Correspondence and requests for materials should be addressed to S.F.B. Université de Technologie de Compiègne (UTC), Laboratoire Biomécanique et Bioingénierie - UMR CNRS 7338, Rue Roger Couttolenc, CS 60319, 60203 Compiègne cedex, France.Université de Technologie de Compiègne (UTC)Laboratoire Biomécanique et Bioingénierie - UMR CNRS 7338Rue Roger CouttolencCS 60319Compiègne cedex60203France

Abstract

Purpose

To experimentally measure selected passive properties of skeletal muscle at three different scales (macroscopic scale: whole muscle, microscopic scale: single skinned fiber, and submicron scale: single myofibril) within the same animal model (mice), and to compare a primarily slow-twitch fiber muscle (soleus) and a primarily fast-twitch fiber muscle (extensor digitorum longus, EDL) for each scale.

Methods

Healthy 3 months old wild-type C57BL6 mice were used. To characterize each scale, soleus (N = 11), EDL (N = 9), slow fibers (N = 17), fast fibers (N = 16), and myofibrils from soleus (N = 11) and EDL (N = 11) were harvested. Passive mechanical (ramp, relaxation) tests were applied at each scale to compare the passive properties (Young's modulus, static and dynamic stresses) within a given scale, across scales and between muscle types.

Results

The soleus and EDL showed significant passive mechanical differences at the macroscopic scale while no variation was observed between both tissues at the microscopic and submicron scales. The results highlight the importance of the scale that is used to mechanically characterize a multiscale tissue.

Conclusion

The present work will allow for a better understanding of the multiscale passive mechanical properties for two muscles with vastly differing physiological and metabolic properties. This study provides referent data to the body of literature that can be built upon in future work.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Comparison of elastic properties for slow and fast-twitch muscles at three scales.
Significant passive mechanical differences only observed at the macroscopic scale.
Characterization of passive mechanical behavior at the macro/micro/submicron scales.
This study provides referent data to the multiscale muscle literature.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Mice, Elastic properties, Myofibril, Fiber, Soleus/EDL


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