本文介绍了RatWalker系统，该系统通过重新设计MouseWalker装置，以适应大鼠更大的体型和体重。该系统采用全内反射失配（FTIR）技术、高速视频采集以及开源分析软件，用于追踪并量化步态参数。
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本文内容
摘要
摘要
帕金森病（PD）是一种进行性神经退行性疾病，由黑质致密部多巴胺能（DA）神经元的丢失引起。步态异常在帕金森病患者中十分常见，包括手臂摆动减少、行走速度减慢和步幅缩短，且在疾病早期即已出现。因此，在帕金森病动物模型中对运动模式进行定量分析，对于疾病进程中及治疗干预后的表型特征刻画具有重要意义。大多数帕金森病病例为特发性；然而，遗传性帕金森病形式的发现揭示了相关基因突变和变异，例如Pink1和Parkin的功能丧失性突变，这两种蛋白均参与线粒体质量控制，可用于构建动物模型。小鼠在缺失Pink1和Parkin（单独或联合缺失）后对神经退行性变具有抵抗性；而在大鼠中，Pink1缺失（而非Parkin缺失）会导致黑质DA神经元丢失和运动功能障碍。本文报道了傅里叶变换红外成像（FTIR成像）技术的应用，用于检测在出现明显可见运动异常之前，联合缺失Pink1和Parkin的年轻雄性大鼠（2月龄）在自由行走时的步态变化。这些大鼠随着年龄增长（在4–6月龄时）会出现后肢拖行的表型，该表型此前已在Pink1基因敲除（KO）大鼠中被报道。
引言
帕金森病（PD）是最常见的与年龄相关的神经退行性运动障碍，由黑质致密部多巴胺（DA）神经元的丧失引起。黑质DA神经元的丢失及其向纹状体的多巴胺输入减少，导致PD患者出现明显的运动功能障碍1,2。PD患者的特征性运动表现统称为帕金森综合征，包括肌强直、静止性震颤、运动迟缓、姿势不稳和小写症3。此外，步态异常在PD患者中十分常见，并在疾病早期即已出现1,4,5。尽管某些生活方式（如健康饮食和规律锻炼）被认为有助于延缓PD的进展，但目前尚无治愈PD的方法，仅能通过药物缓解症状。因此，仍需进一步研究，以期开发更有效的治疗手段。因此，对PD动物模型步态模式的表征，是评估模型相关性以及针对PD的治疗干预是否能够预防或改善运动功能障碍的关键工具。
已有多种帕金森病（PD）动物模型被用于测试治疗方法，但每种模型均有其局限性。例如，使用神经毒素1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）处理的动物模型，已提供了大量关于黑质多巴胺（DA）神经元丢失及其后续纹状体适应过程的重要信息，并揭示了线粒体在PD发病机制中的作用；然而，MPTP模型....
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方案
所有动物实验均经内布拉斯加大学医学中心机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准。
1. 步态装置
注意：RatWalker 参照 MouseWalker14 设计，其尺寸根据大鼠与小鼠步长的差异按比例调整。该装置由侧面照明背光、行走通道外壳、光波导行走通道、反射镜和相机组成（图 S1）。在行走通道和背光波导的两侧，采用交错排列的 LED 灯带，以适应额外的材料结构。表 S1 列出了构建改进型步态装置所需的材料。
- 使用背光（图 S2）生成动物的轮廓影像，供软件用于确定其位置、运动方向及形态测量特征。背光装置由亚克力扩散板、光波导、反射层和LED灯带分层组成，并安装于标准铝制框架内（表 S1）。
- 使用通道围栏（图 S3）引导动物沿平台行进并将其导向巢穴笼。该围栏由透明亚克力板经二氯甲烷溶剂焊接而成（表 S2）。
- 使用行走通道（图 S4）作为产生发光脚印的介质。该通道由透明亚克力制成，通过侧边LED灯带照明，并固定于铝制角槽中（表 S3）。
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结果
大鼠品系维持
Pink1 和 Parkin 单基因敲除大鼠的构建与鉴定此前已有描述22。Pink1 和 Parkin 单基因敲除大鼠购自 SAGE Labs（现可通过 Envigo 获得）。双基因敲除（DKO）大鼠通过将 Pink1-/- 大鼠与 Parkin-/- 大鼠杂交获得 Pink1+/-/Parkin+/- 子代，再经互交得到 Pink1-/-/Parkin-/- 大鼠（即将通过 Envigo 提供）。为确认 Park6（编码 Pink1 的基因）中 26 bp 的缺失，采用 5'-CCCTGGCTGACTATCCTGAC-3' 为正向引物和 5'-CCACCACCCACTACCACTTACT-3' 为反向引物进行基因型鉴定。对于 Park2（编码 Parkin 的基因）中 5 bp 的缺失，则使用正向引物 .......
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讨论
步态障碍是帕金森病（PD）的典型特征，包括手臂摆动减少、行走速度减慢和步幅缩短，这些症状在疾病早期即可出现1,5。多年来，已发展出多种方法用于观察和记录PD啮齿类动物模型中的足印，以进行步态分析，从最初手动量化足印位置的方法，逐步发展为更敏感、能够捕捉动态参数的自动化方法。一些静态方法包括使用指示剂对啮齿类动物的足爪进行"染色"，使其在走过铺设于通道上的记录介质时留下足迹24,25,26。随后通过人工对残留的足印进行量化分析。这些方法通常与视频录像结合使用，以进行手动运动学评分。近年来，出现了更为自动化的步态模式采集与量化方法15,16，并已有商业化系统可供使用。自动步态量化技术为原本静态的足印增加了时间.......
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披露
作者声明无竞争性财务利益。
致谢
KS 和 HF 感谢迈克尔·J·福克斯帕金森病研究基金会对其帕金森病研究工作的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 铝 | |||
| 1.5” 铝角材（1/8” - 6063) | 尺寸：8' 数量：8 | ||
| 1” 铝制方管（1/16）” - 6063) | 尺寸：8' 数量：4 | ||
| 32号铝板 | 尺寸：10' 数量：1 | ||
| 1” 铝管（1/8” - 6063) | 尺寸：8' 数量：1 | ||
| 丙烯酸树脂 | |||
| 7/32” 透明亚克力板 | 尺寸：4英尺×8英尺' 数量：2 | ||
| 1/8” 白色亚克力板 55%（2447） | 尺寸：4英尺×8英尺' 数量：1 | ||
| 镜像 | |||
| 7/32” 玻璃镜 | 尺寸：60"x12" 数量：1 | ||
| LED | |||
| 5050 LED灯带（绿色） | 尺寸：16.4' 数量：1 | ||
| 5050 LED灯带（红色） | 尺寸：16.4' 数量：1 | ||
| 相机 | |||
| GoPro Hero 6 Black | 数量：1 | ||
| 三脚架 | 尺寸：57" 数量：1 |
参考文献
- Behari, M., et al. Parkinson's disease. Annals of Indian Academy of Neurology. 14, Suppl 1 2-6 (2011).
- Kalia, L. V., Lang, A. E. Parkinson's disease. Lancet. 386 (9996), 896-912 (2015).
- Fahn, S.
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重印与许可
