Compréhension globale de l’altération de la démarche induite par l’inactivité chez les rongeurs
6 juillet 2022
Le présent protocole décrit le suivi/évaluation tridimensionnel des mouvements pour décrire l’altération du mouvement de la démarche des rats après exposition à un environnement de désuétude simulé.
Notre protocole fournit une procédure complète pour déterminer les paramètres de l’analyse des mouvements articulaires. Les analyses de mouvement articulaire sont souvent compliquées en raison de l’absence de définition complète des paramètres. Nous montrons des schémas standard de définitions de paramètres qui sont universellement applicables aux champs connexes.
Pour commencer, ouvrez l’application MotionRecorder. Placez le rat sur la ceinture du tapis roulant. Augmentez la vitesse de la courroie à 20 centimètres par seconde.
Lorsque le rat commence à marcher normalement à la vitesse souhaitée, cliquez sur l’icône Enregistrer pour démarrer la capture vidéo. Une fois 5 à 10 étapes consécutives obtenues, arrêtez la capture en cliquant sur l’icône Enregistrer. Ouvrez l’application 3DCalculator et le fichier vidéo à analyser.
Recadrez la vidéo en ajustant la barre de défilement horizontale en haut, pour contenir un nombre suffisant d’étapes consécutives. Pour capturer les marqueurs, faites glisser les légendes des marqueurs sur le modèle d’image en bâton vers le marqueur correspondant sur la vidéo capturée, puis relâchez le bouton. Cliquez sur l’icône Trace automatique.
Si le système ne suit pas les marqueurs avec précision ou si le processus de suivi s’arrête en raison d’une perte de marqueurs, passez en mode manuel en cliquant sur l’icône Manuel. Cliquez sur la légende du marqueur manquant sur l’image du bâton et sur le marqueur correspondant sur la vidéo. Ouvrez l’application KineAnalyzer et chargez le fichier.
Allez dans Affichage, puis cliquez sur le menu Modifier le maître des marqueurs. Il ouvrira la fenêtre d’édition du marqueur principal. Cliquez sur l’étiquette ou le point de repère souhaité sur l’onglet marqueur, puis cliquez sur la couleur souhaitée.
Ce processus désigne chaque marqueur à un point de repère spécifique. Ensuite, sur l’onglet lien, créez des lignes qui correspondent à chaque membre en cliquant sur deux marqueurs consécutivement. Attribuez des couleurs aux lignes créées en sélectionnant la couleur souhaitée dans la colonne Couleur.
Définissez les angles sur l’onglet angle. Après avoir nommé l’angle, attribuez le vecteur A comme ligne de référence et le vecteur B comme ligne mobile, en cliquant sur les marqueurs correspondant à chaque point de repère. Définissez ensuite la direction de l’angle avec une valeur dans la section operate"du même onglet.
Ensuite, dans l’onglet distance, définissez le paramètre distance. Sélectionnez deux marqueurs correspondants dans la section Réglage de la distance. Six animaux ont chacun été assignés au hasard soit au groupe de déchargement, dans lequel les membres postérieurs de l’animal ont été déchargés par la queue pendant deux semaines, soit au groupe témoin, dans lequel les animaux ont été laissés libres.
Les trajectoires articulaires normalisées pour le genou et la cheville pendant la phase de posture ont montré que le groupe déchargé présentait d’autres extensions du genou et de la cheville que le groupe témoin. Deux semaines après le déchargement, les mesures quantitatives telles que l’angle du genou à mi-position et l’angle de la cheville du groupe déchargé étaient significativement supérieures à celles du groupe témoin. La distance métatarse-hanche, qui est pratiquement équivalente à la hauteur de l’articulation de la hanche à mi-position, était également considérablement plus élevée dans le groupe non chargé.
Cette méthode a donné aux chercheurs les principes fondamentaux de la détermination des paramètres de mouvement articulaire. De cette façon, ils peuvent mettre en place des cadres spécifiques pour répondre à leurs propres questions de recherche.
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Aperçu
Cette étude décrit un protocole de suivi du mouvement tridimensionnel permettant d'analyser les modifications de la démarche chez le rat après exposition à un environnement de désutilisation simulé. Ce protocole facilite une analyse complète du mouvement articulaire et fournit des définitions claires de paramètres applicables dans divers domaines de recherche. Il examine spécifiquement l'impact du déchargement des membres postérieurs sur les mouvements du genou et de la cheville pendant la locomotion.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Analyse du comportement
- Biomécanique
Contexte
- L'analyse du mouvement articulaire est souvent entravée par des paramètres mal définis.
- La compréhension des troubles de la démarche après une période de non-utilisation peut éclairer les effets du désusage.
- Utilise un environnement contrôlé pour simuler les effets du désusage sur la locomotion chez le rat.
- Emploie un logiciel avancé d'analyse du mouvement pour des évaluations précises.
Objectif de l'étude
- Développer un protocole permettant de suivre le mouvement articulaire dans un espace tridimensionnel.
- Évaluer les effets du déchargement des membres postérieurs sur la mécanique de la démarche.
- Fournir des définitions normalisées des paramètres afin d'assurer une applicabilité étendue.
Méthodes utilisées
- La plateforme principale utilisée pour le suivi du mouvement repose sur un dispositif de tapis roulant associé à l'application MotionRecorder.
- Le modèle biologique est constitué de rats soumis à une suspension des membres postérieurs pendant deux semaines, comparés à un groupe témoin.
- Aucun workflow multiomique n'a été mentionné ; l'accent est mis sur l'analyse biomécanique.
- Les étapes clés incluent l'enregistrement vidéo de la locomotion, le suivi des marqueurs et l'analyse des données à l'aide de KineAnalyzer.
- La normalisation des trajectoires articulaires permet d'obtenir des informations sur l'impact de la décharge sur les angles articulaires.
Résultats principaux
- Les résultats indiquent que le groupe non sollicité a présenté une extensibilité accrue des angles du genou et de la cheville pendant l'appui.
- Les mesures quantitatives ont révélé des augmentations significatives des angles du genou et de la cheville par rapport aux sujets témoins.
- La distance métatarso-iliaque a augmenté de manière significative dans le groupe non sollicité, indiquant une modification de la biomécanique due à la désutilisation.
- Cette méthode permet la détermination précise des paramètres du mouvement articulaire pour des recherches connexes.
Conclusions
- La présente étude démontre une approche robuste pour analyser quantitativement le mouvement articulaire en réponse à des conditions d'inutilisation.
- Les résultats ont des implications pour la compréhension des adaptations et des déficits biomécaniques après une immobilisation.
- La méthode constitue une base pour de futures recherches sur les modifications de la démarche et les stratégies de réadaptation.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
L'analyse quantitative de la marche en 3D chez les modèles rongeurs permet une évaluation objective des changements neuromusculaires et biomécaniques induits par l'inactivité, soutenant ainsi la découverte précoce et la recherche translationnelle. Cette approche fournit des paramètres normalisés et reproductibles des mouvements articulaires, essentiels pour réduire les incertitudes mécanistiques et renforcer la prévisibilité dans le choix des modèles précliniques. La méthode améliore la prise de décision stratégique en clarifiant l'impact du désusage sur la fonction locomotrice et en soutenant l'avancement, ajusté au risque, d'hypothèses thérapeutiques ciblant les troubles neuromusculaires.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Découverte précoce et validation des cibles
- Permet une analyse quantitative de la fonction neuromusculaire après une période d'inutilisation dans des modèles rongeurs pertinents pour la maladie.
- Facilite la réduction des risques mécanistiques en fournissant des paramètres objectifs de mouvement articulaire pour la validation des cibles.
- Renforce la confiance prédictive dans l'association entre des cibles neuronales ou musculosquelettiques et des résultats fonctionnels.
Développement de tests et criblage
- Établit des métriques de démarche validées et reproductibles pour le criblage en aval d'interventions candidates.
- Standardise les sorties d'analyse du mouvement, soutenant le développement de tests et la comparabilité entre études.
- Permet l'extraction de plusieurs paramètres quantitatifs à partir d'un seul jeu de données, augmentant la polyvalence du test.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les métriques de la démarche préclinique avec des critères traductibles pertinents pour la recherche neuromusculaire et en réadaptation.
- Permet une continuité allant de la découverte précoce à la validation préclinique en fournissant des lectures objectives et quantitatives.
- Offre une base pour des décisions d'avancement ajustées au risque, fondées sur l'alignement de biomarqueurs fonctionnels.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Cette méthode d'analyse du mouvement 3D s'intègre dans la continuité découverte-préclinique en permettant la vérification d'hypothèses, la standardisation des tests et l'alignement des critères d'évaluation translationnels.
- Biologie de la découverte : Permet la vérification d'hypothèses concernant les modifications neuromusculaires induites par l'inactivité et la clarification des voies impliquées.
- Évaluation : Fournit des paramètres quantitatifs reproductibles de la démarche pour l'analyse de composés ou d'interventions.
- Analytique : Propose des mesures des angles articulaires et des distances permettant des comparaisons statistiques solides entre groupes expérimentaux.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre les résultats précliniques et les critères cliniques de la démarche dans la recherche neuromusculaire.
- Réutilisation en entreprise : Offre un flux de travail standardisé et réutilisable pour diverses études de la démarche chez les rongeurs dans différents domaines thérapeutiques.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la validation des cibles neuromusculaires.
- Valeur opérationnelle : Renforce la standardisation, la reproductibilité et la scalabilité des protocoles d'analyse de la démarche.
- Valeur stratégique : Améliore les décisions de poursuite ou d'abandon et l'efficacité du capital en fournissant des indicateurs fonctionnels objectifs.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des programmes thérapeutiques ciblant l'inactivité ou les dysfonctionnements neuromusculaires.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en capture de mouvement, en placement de marqueurs et en logiciels de reconstruction 3D.
- Exige un accès à des systèmes de capture vidéo multicaméra et à des applications d’analyse spécialisées.
- Implique une standardisation interéquipes des définitions des paramètres et des flux de traitement des données.
- L’adaptation à d’autres modèles de rongeurs ou à d’autres contextes pathologiques peut nécessiter une optimisation du protocole.
- Une intervention manuelle peut être requise en cas d’échec du suivi automatique des marqueurs, ce qui affecte le débit d’analyse.
