Comprensión integral de la alteración de la marcha inducida por la inactividad en roedores
6 de julio de 2022
El presente protocolo describe el seguimiento/evaluación tridimensional del movimiento para representar la alteración del movimiento de la marcha de las ratas después de la exposición a un entorno de desuso simulado.
Nuestro protocolo proporciona un procedimiento integral para determinar los parámetros para el análisis del movimiento articular. Los análisis de movimiento articular a menudo son complicados debido a la falta de una definición completa de los parámetros. Mostramos esquemas estándar de definiciones de parámetros que son universalmente aplicables a campos relacionados.
Para comenzar, abra la aplicación MotionRecorder. Coloque la rata en el cinturón de la cinta de correr. Aumente la velocidad de la correa a 20 centímetros por segundo.
Cuando la rata comienza a caminar normalmente a la velocidad deseada, haga clic en el icono Grabar para iniciar la captura de video. Una vez que se obtengan de 5 a 10 pasos consecutivos, detenga la captura haciendo clic en el icono Grabar. Abra la aplicación 3DCalculator y el archivo de video que se va a analizar.
Recorte el video ajustando la barra deslizante horizontal en la parte superior, para contener suficientes pasos consecutivos. Para capturar los marcadores, arrastre las leyendas del marcador en el modelo de imagen de palo al marcador correspondiente en el video capturado y suelte el botón. Haga clic en el icono Seguimiento automático.
Si el sistema no realiza un seguimiento preciso de los marcadores, o si el proceso de seguimiento se detiene debido a la pérdida del marcador, cambie al modo manual haciendo clic en el icono Manual. Haga clic en la leyenda del marcador que falta en la imagen del palo y en el marcador correspondiente en el video. Abra la aplicación KineAnalyzer y cargue el archivo.
Vaya a Ver y haga clic en el menú Editar maestro de marcadores. Se abrirá la ventana de edición maestra de marcadores. Haga clic en la etiqueta o punto de referencia deseado en la pestaña "marcador", luego haga clic en el color deseado.
Este proceso designa cada marcador a un punto de referencia específico. Luego, en la pestaña link", cree líneas que correspondan a cada extremidad haciendo clic en dos marcadores consecutivamente. Asigne colores a las líneas creadas seleccionando el color deseado en la columna Color.
Defina ángulos en la pestaña angle". Después de nombrar el ángulo, asigne el vector A como línea de referencia y el vector B como la línea móvil, haciendo clic en los marcadores correspondientes a cada punto de referencia. A continuación, defina la dirección del ángulo con un valor en la sección "operar" en la misma pestaña.
A continuación, en la pestaña distancia", defina el parámetro de distancia. Seleccione dos marcadores correspondientes en la sección Configuración de distancia. Seis animales fueron asignados aleatoriamente al grupo de descarga, en el que las extremidades traseras del animal fueron descargadas por la cola durante dos semanas, o al grupo de control, en el que los animales quedaron libres.
Las trayectorias articulares normalizadas para la rodilla y el tobillo durante la fase de postura mostraron que el grupo descargado exhibió más extensiones en la rodilla y el tobillo que el grupo control. Dos semanas después de la descarga, las medidas cuantitativas como el ángulo de la rodilla en la postura media y el ángulo del tobillo del grupo descargado fueron significativamente mayores que las del grupo control. La distancia metatarso-cadera, que es prácticamente equivalente a la altura de la articulación de la cadera en la postura media, también fue considerablemente mayor en el grupo descargado.
Este método dio a los investigadores los fundamentos de cómo determinar los parámetros de movimiento articular. De esta manera, pueden establecer marcos específicos para abordar sus propias preguntas de investigación.
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Descripción general
Este estudio describe un protocolo para el seguimiento del movimiento tridimensional con el fin de analizar las alteraciones de la marcha en ratas tras un entorno simulado de desuso. El protocolo permite un análisis completo del movimiento articular, proporcionando definiciones claras de parámetros aplicables en diversos campos de investigación. Específicamente, examina el impacto de la descarga de las extremidades posteriores sobre los movimientos de la rodilla y el tobillo durante la locomoción.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Análisis del comportamiento
- Biomecánica
Antecedentes
- El análisis del movimiento articular a menudo se ve obstaculizado por parámetros mal definidos.
- Comprender la disfunción de la marcha tras la supresión de carga puede aclarar los efectos del desuso.
- Utiliza un entorno controlado para simular los efectos del desuso sobre la locomoción en ratas.
- Emplea software avanzado de análisis de movimiento para evaluaciones precisas.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un protocolo para rastrear el movimiento articular en un espacio tridimensional.
- Evaluar los efectos de la descarga de las extremidades posteriores sobre la mecánica de la marcha.
- Proporcionar definiciones estandarizadas de parámetros para una aplicabilidad amplia.
Métodos Utilizados
- La plataforma principal utilizada para el seguimiento del movimiento implica un montaje con cinta rodante combinado con la aplicación MotionRecorder.
- El modelo biológico consiste en ratas sometidas a la descarga de las extremidades posteriores durante dos semanas, en comparación con un grupo control.
- No se mencionaron flujos de trabajo de multiómica; el enfoque permanece en el análisis biomecánico.
- Los pasos clave incluyen la grabación en video de la locomoción, el seguimiento de marcadores y el análisis de datos mediante KineAnalyzer.
- La normalización de las trayectorias articulares proporciona información sobre el impacto de la descarga en los ángulos articulares.
Resultados principales
- Los hallazgos indican que el grupo sin carga exhibió una mayor extensibilidad en los ángulos de rodilla y tobillo durante la fase de apoyo.
- Las medidas cuantitativas revelaron aumentos significativos en los ángulos de rodilla y tobillo en comparación con los sujetos de control.
- La distancia metatarso-cadera aumentó significativamente en el grupo sin carga, lo que indica una alteración de la biomecánica debido al desuso.
- Este método permite la determinación precisa de los parámetros del movimiento articular para investigaciones científicas relacionadas.
Conclusiones
- Este estudio demuestra un enfoque sólido para analizar cuantitativamente el movimiento articular en respuesta a condiciones de inactividad.
- Los hallazgos tienen implicaciones para comprender las adaptaciones y déficits biomecánicos tras la inmovilización.
- El método sirve como base para investigaciones adicionales sobre cambios en la marcha y estrategias de rehabilitación.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
El análisis cuantitativo de la marcha en 3D en modelos roedores permite la evaluación objetiva de los cambios neuromusculares y biomecánicos inducidos por la inactividad, apoyando la investigación básica y traslacional temprana. Este enfoque proporciona parámetros estandarizados y reproducibles del movimiento articular, fundamentales para reducir riesgos mecanicistas y aumentar la confianza predictiva en la selección de modelos preclínicos. El método mejora la toma de decisiones en carteras al aclarar el impacto del desuso en la función locomotora y apoyar el avance ajustado al riesgo de hipótesis terapéuticas dirigidas a trastornos neuromusculares.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la interrogación cuantitativa de la función neuromuscular tras el desuso en modelos de roedores relevantes para la enfermedad.
- Apoya la reducción de riesgos mecanicistas al proporcionar parámetros objetivos de movimiento articular para la validación de dianas.
- Facilita la confianza predictiva al vincular dianas neuronales o músculo-esqueléticas con resultados funcionales.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Establece métricas de marcha validadas y reproducibles para el cribado posterior de intervenciones candidatas.
- Normaliza los resultados del análisis del movimiento, favoreciendo el desarrollo de ensayos y la comparabilidad entre estudios.
- Permite la extracción de múltiples parámetros cuantitativos a partir de un único conjunto de datos, aumentando la versatilidad del ensayo.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Alinea métricas preclínicas de la marcha con puntos finales traslacionales relevantes para la investigación neuromuscular y de rehabilitación.
- Apoya la continuidad desde el descubrimiento inicial hasta la validación preclínica mediante lecturas objetivas y cuantitativas.
- Proporciona una base para decisiones de avance ajustadas al riesgo basadas en la concordancia de biomarcadores funcionales.
Integración de la Línea de Procesamiento y Flujo de Trabajo
Este método de análisis del movimiento 3D se integra en la continuidad desde el descubrimiento hasta la fase preclínica al permitir la comprobación de hipótesis, la estandarización de ensayos y la alineación de puntos finales traslacionales.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis sobre cambios neuromusculares inducidos por el desuso y la aclaración de vías.
- Selección: Proporciona métricas cuantitativas y reproducibles de la marcha para la evaluación de compuestos o intervenciones.
- Análisis: Ofrece mediciones de ángulos articulares y distancias para comparaciones estadísticas sólidas entre grupos experimentales.
- Investigación Traducional: Conecta hallazgos preclínicos con puntos finales clínicos de la marcha en la investigación neuromuscular.
- Reutilización Empresarial: Ofrece un flujo de trabajo estandarizado y reutilizable para diversos estudios de la marcha en roedores a través de distintas áreas terapéuticas.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la validación de objetivos neuromusculares.
- Valor operativo: Mejora la estandarización, reproducibilidad y escalabilidad de los flujos de trabajo de análisis de la marcha.
- Valor estratégico: Mejora las decisiones de avance o interrupción de proyectos y la eficiencia del capital al proporcionar lecturas funcionales objetivas.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de programas terapéuticos dirigidos a la disfunción por desuso o neuromuscular.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en captura de movimiento, colocación de marcadores y software de reconstrucción 3D.
- Exige acceso a sistemas de captura de video con múltiples cámaras y aplicaciones especializadas de análisis.
- Necesita la estandarización entre equipos de las definiciones de parámetros y los flujos de trabajo de procesamiento de datos.
- La adaptación a otros modelos de roedores o contextos de enfermedad puede requerir la optimización del protocolo.
- Puede ser necesaria intervención manual si falla el seguimiento automático de marcadores, lo que afecta el rendimiento.
