采用新型任务评估前肢功能单侧颈脊髓损伤后:肢体步交替，姿势不稳和面食处理
2013年9月16日
三个新的行为测试（前肢步交替，姿势不稳测试，面食处理试验）颈脊髓损伤的啮齿类动物后评估前肢的功能进行了描述。
该程序的总体目标是评估颈脊髓损伤后的功能缺陷和恢复。这是通过首先训练动物在处理和测试环境中感到舒适来实现的。接下来，评估大鼠交替进行肢体踏步的能力。
然后测试动物对重心变化的反应能力和适当调整姿势的能力。最后，在精细运动处理任务中分析了四只爪子和四肢的功能，这需要动物吃意大利面。最终，可以获得显示颈脊髓损伤后缺陷差异的结果，这允许根据与其解剖差异相关的功能缺陷对动物进行分组。
与其他现有方法（例如足迹门分析）相比，此处描述的方法的主要优点是它使用起来要简单得多，并且不需要昂贵的设备或软件。这些方法为脊髓损伤后的功能恢复提供了见解，但它们也可用于其他疾病模型，例如帕金森病、中风或其他导致运动缺陷的神经系统疾病本研究中使用的动物将在手术前两到三周发生 C3 C 四外侧脊髓损伤。使动物适应用砂纸覆盖的处理和测试环境，以防止四肢滑倒、支撑或拖拽。
四肢步交替测试确定动物是否全部捐献使用其前肢，并且该测试可以在开始前每天进行，以确保动物停止挣扎并且其肌肉放松。接下来，将动物以仅前肢的负重姿势或独轮车姿势固定在桌面上，使其身体与桌子成近 90 度角。一旦动物在您的手中显得放松，就向前推动动物以沿着桌面表面移动。
确定并记录大鼠在表面移动时是否交替使用前肢。用一只手握住动物至少重复此测试两次，然后握住动物重复两次。另一方面。
如果大鼠成功演示了步骤交替，则通过在第一步后引入 5 秒的等待来确定延迟后是否仍然存在交替模式来再次进行测试。记下结果并将其记录在评分表中。姿势不稳定性测试检查动物用前肢迈出一步以恢复平衡所需的距离。
与交替测试类似，动物在开始使用覆盖有砂纸的桌面之前应释放肌肉的紧张感，让动物采用独轮车姿势，身体与桌子成近 90 度角，轻轻地将四肢束缚在动物的躯干上，并将其鼻子与从上方看到的零线对齐。接下来，将老鼠向前移动。这将改变动物的重心并刺激它迈步以恢复平衡。
确定大鼠走两步后鼻子的新位置，并将这两步的平均值用作触发一步所需的距离。将结果记录在文本协议中提供的姿势不稳测试评分表上。每个肢体测试五次。
意大利面处理测试将测量在每次治疗期间吃一块标准意大利面所需的时间和爪子偏好，手术前一到两周，每天在笼子里给大鼠五到六条 4.0 厘米的薄意大利面条，为基线测量做准备。接下来，将大鼠放入测试室中，并将意大利面块放在测试室前部附近，以便很容易观察到其用于四肢的用途。然后记录吃掉每块意大利面所需的时间。
让动物每次至少吃三块。如果动物在进食时暂停，则暂停计时。还要重新开始动物恢复进食的时间。
一旦大鼠在训练期间表现出至少三天的一致意大利面进食时间，动物就可以进行基线记录以收集数据，使用文本协议中提供的意大利面处理评分表将意大利面片放在靠近腔室前部的地板上，记录大鼠吃一块意大利面所需的时间， which for limbs 和 for limbs 的位置，如下所示。使用前肢步变换试验。在手术脊髓损伤后，只有 50% 的动物能够交替使用前肢，50% 的成功交流发电机能够在 5 秒延迟后交替使用四肢。
将研究结果与解剖学研究相关联，发现交流发电机在相对病变侧的备用皮质脊髓束和背柱面积明显更高，这表明肢体阶梯交替试验可以预测病变的严重程度以及病变的单侧。使用该测试将允许根据病变的严重程度进行分组。例如，可以根据病变的严重程度将四个肢体运动量表测量值分开，以获得更清晰的结果。
在这里，从姿势不稳测试中收集的数据显示脊髓损伤后 ips、病变和对病变肢体的变化。脊髓的单侧病变不仅会导致受损和/或受影响的肢体发生变化，还会导致非受损肢体发生变化。颈脊髓损伤后使用姿势不稳试验表明病变状态有显着影响。
此外，与假手术的动物相比，受伤动物 IPS 病变侧的肢体移位明显更长。虽然在受伤后的慢性时间点，与如图所示的假动物相比，肢体副病变上的移位距离要短得多，但假动物和病变组的动物吃意大利面的时间相似。然而，虽然假动物和受损的交流发电机在测试期间都用两只爪子吃意大利面，但一小部分严重受伤的非交流发电机能够使用他们的 ips 病变前肢吃意大利面。
如果执行得当，每只大鼠可以在不到 5 分钟的时间内完成这些测试。此处描述的行为测试可以与其他现有的行为测试结合使用，例如足部故障圆柱爪偏好测试，以及用于肢体运动量表测试，以全面评估动物的 Ipsy 病变，以及颈脊髓损伤后肢体功能的 Conl 病变。
概述
本文描述了三种新的行为测试，旨在评估啮齿动物颈部脊髓损伤后的前肢功能。这些测试包括前肢步态交替测试、姿势不稳定性测试和面条处理测试，这些测试共同评估功能缺陷和恢复。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 行为评估
- 脊髓损伤
背景
- 颈部脊髓损伤可能导致严重的运动缺陷。
- 现有的评估前肢功能的方法可能复杂且需要昂贵的设备。
- 需要新的更简单的方法来评估动物模型中的恢复。
- 行为测试可以提供关于功能恢复的见解，并与解剖学差异相关联。
研究目的
- 开发和验证新的行为测试以评估脊髓损伤后的前肢功能。
- 提供现有方法的更简单替代方案。
- 分析啮齿动物模型中的功能恢复和缺陷。
使用的方法
- 前肢步态交替测试以评估肢体使用。
- 姿势不稳定性测试以测量平衡恢复。
- 面条处理测试以评估精细运动技能和爪子偏好。
- 数据收集和分析以将行为结果与解剖学发现相关联。
主要结果
- 50%的动物在受伤后表现出前肢交替。
- 在损伤和假手术动物之间观察到平衡恢复的显著差异。
- 行为测试有效预测了病变严重程度和功能缺陷。
- 结果表明，受损和未受损的肢体都受到单侧病变的影响。
结论
- 新的行为测试为评估脊髓损伤后的前肢功能提供了可靠的方法。
- 这些测试可用于根据功能缺陷对动物进行分组。
- 获得的见解可以帮助理解各种神经系统疾病中的恢复过程。
常见问题
Executive Industry Relevance
Assessing forelimb function after cervical spinal cord injury is critical for evaluating neurotherapeutic candidates in preclinical discovery. The novel behavioral tests described provide sensitive, low-cost readouts that enable mechanistic de-risking of interventions targeting motor recovery. These tools support target validation by correlating functional outcomes with anatomical lesion severity, improving predictive confidence in early-stage programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to forelimb motor function and pathway integrity after cervical SCI.
- Operational Value: Provides quantitative, reproducible behavioral endpoints to de-risk target engagement in rodent models.
- Predictive Value: Supports lesion severity stratification, allowing for more precise grouping of animals based on functional deficit correlates with spared corticospinal tract area.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates standardized, equipment-free readouts (step alternation, postural displacement, pasta handling time) suitable for high-throughput functional screening.
- Operational Value: Facilitates assay standardization across laboratories due to simplicity and minimal training requirements.
- Scalability: Enables repeated longitudinal testing (<5 minutes per rat) to monitor recovery trajectories in therapeutic studies.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Demonstrates sensitivity to unilateral lesion effects, revealing bilateral motor impairment patterns relevant to human cSCI.
- Translational Continuity: Supports cross-species extrapolation by linking behavioral deficits to anatomical spared tissue measures.
- Risk-Adjusted Advancement: Allows stratification of preclinical cohorts by functional severity, reducing variability in treatment response assessments.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead optimization, offering functional phenotyping that complements histological and electrophysiological endpoints in SCI models.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on neural repair mechanisms by quantifying forelimb use, balance recovery, and fine motor dexterity.
- Screening: Delivers quantitative, repeatable outputs that enable comparison of compound effects on motor function across treatment groups.
- Analytics: Provides correlative data with anatomical lesions (e.g., spared corticospinal tract), enhancing biomarker-like utility for target engagement.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical phases by enabling functional grouping of animals based on injury severity, improving study power.
- Enterprise Reuse: Represents a platform-capable behavioral suite applicable across neurological disease models involving motor deficit, such as stroke or Parkinson’s.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing false positives through functional lesion stratification.
- Operational Value: Eliminates need for expensive equipment or complex software, lowering barrier to adoption across discovery sites.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by enabling early detection of lack of functional recovery in therapeutic candidates.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of preclinical candidates based on functional recovery profiles in relevant disease-relevant systems.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent handling and behavioral neuroscience to ensure consistent test administration.
- Dependent on standardized environmental setup (e.g., sandpaper-surfaced tabletop) to prevent slipping and ensure motor expression.
- Necessitates cross-team alignment on scoring criteria for step alternation, postural displacement, and paw preference to maintain data integrity.
- Adaptation across model systems may require validation of baseline motor performance in non-SCI models (e.g., aged rats, disease models).
- Practical limitation: Tests measure relative functional change and are not absolute indicators of recovery; best used alongside complementary endpoints.
