Utilizzo di MouseWalker per quantificare la disfunzione locomotoria in un modello murino di lesione del midollo spinale

Summary

Viene fornita una pipeline sperimentale per descrivere quantitativamente il modello locomotore dei topi che camminano liberamente utilizzando il toolbox MouseWalker (MW), che va dalle registrazioni video iniziali e dal tracciamento all'analisi post-quantificazione. Un modello di lesione da contusione del midollo spinale nei topi viene impiegato per dimostrare l'utilità del sistema MW.

Abstract

L'esecuzione di programmi motori complessi e altamente coordinati, come camminare e correre, dipende dall'attivazione ritmica dei circuiti spinali e sovraspinali. Dopo una lesione del midollo spinale toracico, la comunicazione con i circuiti a monte è compromessa. Questo, a sua volta, porta a una perdita di coordinazione, con un potenziale di recupero limitato. Quindi, per valutare meglio il grado di recupero dopo la somministrazione di farmaci o terapie, vi è la necessità di nuovi strumenti più dettagliati e accurati per quantificare l'andatura, la coordinazione degli arti e altri aspetti fini del comportamento locomotore in modelli animali di lesioni del midollo spinale. Diversi saggi sono stati sviluppati nel corso degli anni per valutare quantitativamente il comportamento di camminata libera nei roditori; Tuttavia, di solito mancano misurazioni dirette relative alle strategie di andatura, ai modelli di impronta e alla coordinazione. Per ovviare a queste carenze, viene fornita una versione aggiornata del MouseWalker, che combina una passerella di riflessione interna totale frustrata (fTIR) con un software di tracciamento e quantificazione. Questo sistema open-source è stato adattato per estrarre diversi output grafici e parametri cinematici, e una serie di strumenti di post-quantificazione può essere per analizzare i dati di output forniti. Questo manoscritto dimostra anche come questo metodo, unito a test comportamentali già stabiliti, descriva quantitativamente i deficit locomotori a seguito di lesioni del midollo spinale.

Introduction

L'efficace coordinazione di quattro arti non è esclusiva degli animali quadrupedi. La coordinazione degli arti anteriori-posteriori nell'uomo rimane importante per svolgere diversi compiti, come il nuoto e le alterazioni della velocità mentre si cammina¹. Varie cinematiche degli arti² e del programma motorio ^1,3,4, così come i circuiti di feedback propriocettivo⁵, sono conservati tra l'uomo e altri mammiferi e dovrebbero essere considerati quando si analizzano le opzioni terapeutiche per i disturbi motori, come la lesione del midollo spinale (SCI)

Protocol

Tutte le procedure di trattamento, chirurgiche e post-operatorie sono state approvate dal Comitato Interno Molecolare dell'Instituto de Medicina (ORBEA) e dal Comitato Portoghese di Etica degli Animali (DGAV) in conformità con le linee guida della Comunità Europea (Direttiva 2010/63/UE) e la legge portoghese sulla cura degli animali (DL 113/2013) con licenza 0421/000/000/2022. Per il presente studio sono stati utilizzati topi femmina C57Bl/6J di 9 settimane. Sono stati fatti tutti gli sforzi per ridurre al minimo il numero di animali e per ridurre la sofferenza degli animali utilizzati nello studio. Lo script MATLAB e la versione standalone del software MW sono open-s....

Results

Il sistema BMS standard descrive i deficit motori lordi dopo SCI¹⁴. A causa della sua natura soggettiva, altri saggi quantitativi vengono generalmente eseguiti insieme al BMS per produrre una valutazione più dettagliata e fine della locomozione. Tuttavia, questi test non riescono a mostrare informazioni specifiche sui cicli di passi, sui modelli di passo e sulla coordinazione degli arti anteriori-posteriori, che è estremamente importante per capire come i circuiti spinali mantengono la funzione e .......

Discussion

Qui, il potenziale del metodo MouseWalker è dimostrato analizzando il comportamento locomotore dopo SCI. Fornisce nuove informazioni su specifiche alterazioni nei modelli di passo, impronta e andatura che altrimenti sarebbero sfuggite ad altri test standard. Oltre a fornire una versione aggiornata del pacchetto MW, gli strumenti di analisi dei dati sono descritti anche utilizzando gli script Python forniti (vedere il passaggio 5).

Poiché il MW genera un ampio set di dati e una raccolta di para.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
45º Specchio
2 estrusione di alluminio (2 x 2 cm), altezza 16 cm, 1 su ciascun lato	Misumi
2 estrusione di alluminio (2 x 2 cm), 23 cm, @ 45° , 1 su ciascun lato	Misumi
1 estrusione di alluminio (2 x 2 cm), 83 cm di lunghezza	Misumi
87 x 23 cm specchio	Fornitore generale di vetro
Riempitivo in cartone nero		di cancelleria generale	Ne abbiamo usati 2, uno con 69 x 6 cm e un altro con 69 x 3 cm per limitare il riflesso sullo specchio
Retroilluminazione
109 x 23 cm plexiglass (0,9525 cm di spessore)	Fornitore
2 estrusi laterali in alluminio (4 x 4 cm), lunghi 20 cm, 1 per lato	Misumi
Striscia LED multicolore			di hardware generico
carta opaca bianca per coprire il plexyglass			cancelleria generale
fTIR Base di supporto e montanti
2 estrusione di alluminio (4 x 4 cm), altezza 100 cm	Misumi
60 x 30 cm breadboard metrica	Edmund Optics	#54-641
Viti M6 12 mm	Edmund Optics
Dadi esagonali M6 e waher	Edmund Optics
fTIR Passerella
109 x 8,5 cm di plexiglass (1,2 cm di spessore)	Fornitore		109 x 8,5 cm di plexiglass (1,2 cm di spessore)
109 cm di lunghezza in alluminio con canali a U di base con pieghe spesse di 1,6 cm di altezza x 1,9 cm di profondità (per contenere il plexyglass)	Fornitore
2 estrusi laterali di alluminio (4 x 4 cm) lunghezza 20 cm, 1 su ciascun lato	Misumi
Riempitivo in cartone nero	Fornitore di cancelleria generale	abbiamo utilizzato 2 riempitivi su ciascun lato per coprire i limiti del plexyglass, evitando bordi luminosi
Fotocamera ad alta velocità (su un treppiede)
Blackfly S USB3	FLIR	#BFS-U3-32S4M-C	Questa è una raccomandazione. Il requisito è quello di registrare almeno 100 fotogrammi al secondo
Infinite Horizon Impactor
Impatto dell'orizzonte infinito	Sistemi e strumentazione di precisione, LLC.	#0400
Lens
Nikon AF Zoom-Nikkor 24-85mm	Nikon	#1929	Questo obiettivo è consigliato, tuttavia è possibile utilizzare altri obiettivi. Assicurati che contenga un'ampia apertura (ad esempio, valori F-stop più piccoli), per acquisire segnali fTIR
Software
MATLAB R2022b	MathWorks
Python 3.9.13	Fondazione
Anaconda Navigator 2.1.4	Anaconda, Inc.
Spyder 5.1.5	Collaboratori del progetto Spyder
Muro della passerella
2 grandi acrilici rettangolari con 100 x 15 cm	Qualsiasi minimarket
2 laterali acrilici trapeziani con 6-10 di lunghezza x 15 cm di altezza	Qualsiasi minimarket
GitHub Materiali
Nome cartella	URL
Boxplots	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Boxplots		Script per creare Boxplots
Docs	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Docs		Documenti aggiuntivi
Heatmap	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Heatmaps		Script per creare heatmap
Script Matlat	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Matlab%20Script		MouseWalker script matlab
PCA	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/PCA%20plots		Script per eseguire l'analisi delle componenti principali
Grafici di dati grezzi	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Rawdata%20Plots		Script per creare grafici di dati grezzi
Analisi dei residui	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Residual_Analysis		Codice per calcolare i residui dai dati grezzi