Uso del MouseWalker para cuantificar la disfunción locomotora en un modelo de ratón de lesión de la médula espinal

Summary

Se proporciona una tubería experimental para describir cuantitativamente el patrón locomotor de ratones que caminan libremente utilizando la caja de herramientas MouseWalker (MW), que va desde grabaciones de video iniciales y seguimiento hasta análisis posteriores a la cuantificación. Se emplea un modelo de lesión por contusión de la médula espinal en ratones para demostrar la utilidad del sistema MW.

Abstract

La ejecución de programas motores complejos y altamente coordinados, como caminar y correr, depende de la activación rítmica de los circuitos espinales y supraespinales. Después de una lesión de la médula espinal torácica, la comunicación con los circuitos aguas arriba se ve afectada. Esto, a su vez, conduce a una pérdida de coordinación, con un potencial de recuperación limitado. Por lo tanto, para evaluar mejor el grado de recuperación después de la administración de medicamentos o terapias, existe la necesidad de herramientas nuevas, más detalladas y precisas para cuantificar la marcha, la coordinación de las extremidades y otros aspectos finos del comportamiento locomotor en modelos animales de lesión de la médula espinal. A lo largo de los años se han desarrollado varios ensayos para evaluar cuantitativamente el comportamiento de caminar libremente en roedores; Sin embargo, generalmente carecen de mediciones directas relacionadas con las estrategias de marcha por pasos, los patrones de huella y la coordinación. Para abordar estas deficiencias, se proporciona una versión actualizada del MouseWalker, que combina una pasarela de reflexión interna total frustrada (fTIR) con software de seguimiento y cuantificación. Este sistema de código abierto se ha adaptado para extraer varias salidas gráficas y parámetros cinemáticos, y un conjunto de herramientas de post-cuantificación puede ser para analizar los datos de salida proporcionados. Este manuscrito también demuestra cómo este método, aliado con pruebas de comportamiento ya establecidas, describe cuantitativamente los déficits locomotores después de una lesión de la médula espinal.

Introduction

La coordinación efectiva de cuatro extremidades no es exclusiva de los animales cuadrúpedos. La coordinación extremidad anterior-extremidad posterior en humanos sigue siendo importante para realizar varias tareas, como nadar y alteraciones de la velocidad al caminar¹. Varios cinemáticos² y del programa motor ^1,3,4 de las extremidades, así como circuitos de retroalimentación propioceptiva⁵, se conservan entre humanos y otros mamíferos y deben ser considerados al analizar las opciones terapéuticas para los trastornos motores, como la lesión de la médula espinal (LME)

Protocol

Todos los procedimientos de manipulación, quirúrgicos y cuidados postoperatorios fueron aprobados por el Comité Interno Molecular del Instituto de Medicina (ORBEA) y el Comité Portugués de Ética Animal (DGAV) de acuerdo con las directrices de la Comunidad Europea (Directiva 2010/63 / UE) y la ley portuguesa sobre cuidado de animales (DL 113/2013) bajo la licencia 0421/000/000/2022. Para el presente estudio se utilizaron ratones hembra C57Bl/6J de 9 semanas de edad. Se hicieron todos los esfuerzos para minimizar el número de animales y disminuir el sufrimiento de los animales utilizados en el estudio. El script de MATLAB y la versión independiente del software MW son d....

Results

El sistema BMS estándar describe los déficits motores gruesos después de SCI¹⁴. Debido a su naturaleza subjetiva, generalmente se realizan otros ensayos cuantitativos junto con el BMS para producir una evaluación más detallada y fina de la locomoción. Sin embargo, estas pruebas no muestran información específica sobre los ciclos de pasos, los patrones de paso y la coordinación de las extremidades anteriores y posteriores, lo cual es extremadamente importante para comprender cómo el circuito espina.......

Discussion

Aquí, el potencial del método MouseWalker se demuestra mediante el análisis del comportamiento locomotor después de LME. Proporciona nuevos conocimientos sobre alteraciones específicas en los patrones de paso, huella y marcha que de otro modo se perderían en otras pruebas estándar. Además de proporcionar una versión actualizada del paquete MW, las herramientas de análisis de datos también se describen utilizando los scripts de Python suministrados (consulte el paso 5).

Como el MW genera un gra.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
45º Espejo
2 extrusión de aluminio (2 x 2 cm), 16 cm de altura, 1 en cada lado	Extrusión de aluminio Misumi
2 (2 x 2 cm), 23 cm, @ 45° , 1 en cada lado	Extrusión de aluminio Misumi
1 (2 x 2 cm), 83 cm de largo	Espejo Misumi
87 x 23 cm	Proveedor general de vidrios
relleno de cartón negro		de papelería general	Utilizamos 2, uno de 69 x 6 cm y otro de 69 x 3 cm para limitar el reflejo en el espejo
Luz de fondo de fondo
109 x 23 cm plexiglás (0,9525 cm de grosor)Proveedor			de herrajes generales
2 extrusión lateral de aluminio (4 x 4 cm), 20 cm de largo, 1 a cada lado	Misumi
tira de LED multicolor	Proveedor
general papel opaco blanco para cubrir el plexiglás			papelería general
fTIR Base de soporte y postes
2 extrusión de aluminio (4 x 4 cm), 100 cm de altura	Misumi
60 x 30 cm tablero de pruebas métrico	Edmund Optics	#54-641
Tornillos M6 de 12 mm	Edmund Optics
Tuercas hexagonales M6 y wahers	Edmund Optics
fTIR Walkway
109 x 8,5 cm plexiglás (1,2 cm de grosor)	Proveedor		109 x 8,5 cm plexiglás (1,2 cm de grosor)
109 cm de largo Base-canal de aluminio con 1,6 cm de altura x 1,9 cm de profundidad pliegues gruesos (para sujetar el plexiglás)			herrajes generales
2 extrusión lateral de aluminio (4 x 4 cm) 20 cm de longitud, 1 a cada lado	Misumi
relleno de cartón negro	Proveedor de papelería general	utilizamos 2 rellenos en cada lado para cubrir los límites del plexiglás, evitando los bordes brillantes
Cámara de alta velocidad (en un trípode)
Blackfly S USB3	FLIR	#BFS-U3-32S4M-C	Esta es una recomendación. El requisito es grabar al menos 100 fotogramas por segundo
Impactador de Horizonte Infinito	Sistemas de Precisión e Instrumentación, LLC.	#0400
lente
Nikon AF Zoom-Nikkor 24-85mm	Nikon	#1929	Este lente se recomienda, sin embargo, se pueden usar otros lentes. Asegúrese de que contenga una apertura grande (es decir, valores de número F más pequeños) para capturar señales fTIR
Software
MATLAB R2022b	MathWorks
Python 3.9.13	Fundación de Software
Python Anaconda Navigator 2.1.4	Anaconda, Inc.
Spyder 5.1.5			Proyecto Spyder
Muro de pasarela
2 acrílicos rectales grandes de 100 x 15 cm			conveniencia de bricolaje
2 laterales acrilicos trapecios con 6-10 de largo x 15 cm de altura	Cualquier tienda
GitHub Materials>
Nombre de la carpeta	URL
Script Matlat	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Matlab%20Script		MouseWalker script de matlab
Script PCA	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/PCA%20plots		para realizar análisis de componentes principales
Gráficos de datos sin procesar https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Rawdata%20Plots			Script para crear gráficos de datos sin procesar
Análisis de residuos	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Residual_Analysis		Código para calcular residuos a partir de datos sin procesar