Using the MouseWalker to Quantify Locomotor Dysfunction in a Mouse Model of Spinal Cord Injury
2023年3月24日
An experimental pipeline to quantitatively describe the locomotor pattern of freely walking mice using the MouseWalker (MW) toolbox is provided, ranging from initial video recordings and tracking to post-quantification analysis. A spinal cord contusion injury model in mice is employed to demonstrate the usefulness of the MW system.
In this study, we use a mouse model of spinal cord injury to uncover ways of promoting repair of the spinal cord that could lead to effective locomotor and functional sensory recovery. With a mouse walker, we can move a step forward into a more quantitative analysis of spinal cord recovery by combining several graphical outputs and kinematic parameters with a set of post-quantification tools. High quality video cameras and sophisticated software packages allow a more direct and quantitative description of motor activity.
The mouse walker is a good example of this. Currently two main challenges exist. First, the ability of laboratories to implement these technologies in their experimental pipeline.
And second, to reduce the time and steps from video recordings to data generation. We realized that standard protocols were insufficient to describe all locomotive deficits we see after spinal cord injury. We also found that the mouse walker helped us measure coordination, one of the hardest parameters to assess in standard tests.
Here, not only is the software free and open source, but the hardware is also easy to assemble with uncomplicated materials. We also provide open source tools to analyze the mouse walker data. The mouse walker is a valuable method for studying other motor related or motor dysfunctions, not just spinal cord injury.
It can also be used in combination with already established behavior protocols.
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概述
本研究介绍了一种利用MouseWalker（MW）工具箱对自由行走小鼠的运动模式进行定量分析的实验流程。该研究采用脊髓挫伤模型，以展示MW系统在评估脊髓损伤后运动功能恢复方面的应用价值。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 行为分析
- 脊髓损伤研究
背景
- 评估运动功能障碍对于理解脊髓损伤至关重要。
- 常规方案通常不足以描述复杂的运动功能障碍。
- MouseWalker 系统能够实现更定量和图形化的分析。
- 在常规测试中协调性测量较为困难，因此需要先进的工具。
研究目的
- 通过定量的运动功能评估，增进对脊髓功能恢复的理解。
- 利用 MouseWalker 作为测量小鼠运动活动与协调能力的有效工具。
- 简化从视频录制到数据分析的数据生成流程。
使用的方法
- 用于分析自由行走小鼠运动模式的 MouseWalker 工具箱。
- 以评估恢复指标为重点的脊髓损伤小鼠模型。
- 结合先进的软件和视频分析工具。
- 标准协议和开源工具有助于促进数据分析。
主要结果
- 证明了MouseWalker能够有效测量协调性，而协调性在标准测试中是一个难以评估的参数。
- 提供了关于脊髓损伤后运动功能缺陷及恢复过程的定量分析见解。
- 通过展示该方法适用于多种运动功能障碍，验证了其方法的有效性，表明其具有更广泛的应用价值。
结论
- 该研究强调了MouseWalker是研究运动相关功能障碍的一种有价值的方法。
- 该方法提高了对运动恢复机制的定量理解。
- 其意义延伸至脊髓损伤以外的其他运动功能障碍研究领域。
常见问题
行业重要性概述
使用 MouseWalker 系统进行定量步态分析，通过精确测量运动功能障碍及恢复情况，弥补了脊髓损伤临床前研究中的关键空白。该技术增强了对治疗效果评估的预测可靠性，并为运动功能恢复的靶点验证提供了有力支持。将详细的运动学输出整合到发现流程中，有助于做出基于风险调整的推进决策和项目优先级筛选。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 能够客观验证针对运动环路修复的治疗假设。
- 通过可量化的运动功能和协调性指标，提供功能性靶点的验证。
- 通过区分干预后的细微表型变化，支持预测的可信度。
筛选与检测方法开发
- 制备经过验证的动物模型，用于神经再生化合物的下游筛选。
- 标准化步态与协调性检测方法，以确保可重复性及跨研究间的可比性。
- 生成适用于高通量筛选和数据驱动分级的定量输出结果。
转化与临床前研究
- 将脊髓损伤模型中的临床前终点与疾病相关的功能结局相匹配。
- 通过整合行为学和运动学数据，促进从发现到临床前验证的连续性研究。
- 提供可靠的运动功能恢复定量读数，支持基于风险评估的推进决策。
流程与工作流整合
MouseWalker 系统适用于从早期发现到临床前研究的连续过程，能够实现假设验证、靶点确认以及运动功能恢复策略的转化评估。
- Discovery Biology：通过量化脊髓环路干预的功能性结果，支持机制性风险降低。
- 筛选：提供可重复、定量的步态与协调性指标，用于化合物评估。
- 分析：提供运动学与图形化输出，用于实验组间的统计学比较。
- 转化研究：通过将动物模型输出与临床运动终点对齐，连接发现阶段与临床前阶段。
- 企业级复用：提供一个开源、可扩展的平台，可适应多种运动功能障碍研究。
运营与企业影响
- 科学价值：提高运动功能恢复研究的预测可信度，降低机制上的模糊性。
- 操作价值：增强运动行为检测的标准化、可重复性和可扩展性。
- 战略价值：通过提供可靠的 功能性终点指标，支持决策推进或终止项目，提升资金使用效率。
- 项目组合影响：实现对神经再生及运动功能恢复项目的基于风险调整的优先级排序。
实施注意事项
- 需要具备行为神经科学和定量数据分析的专业知识。
- 需要高质量的视频采集设备以及兼容的分析软件基础设施。
- 要求跨团队的标准化操作，以确保实验方案的一致性和数据的可比性。
- 可适用于多种运动功能障碍的啮齿类动物模型，且硬件复杂性较低。
- 依赖于严谨的实验设计，以确保获得有意义的统计结果。
