Comprensione completa dell'alterazione dell'andatura indotta dall'inattività nei roditori
6 luglio 2022
Il presente protocollo descrive il tracciamento / valutazione del movimento tridimensionale per rappresentare l'alterazione del movimento dell'andatura dei ratti dopo l'esposizione a un ambiente di disuso simulato.
Il nostro protocollo fornisce una procedura completa per determinare i parametri per l'analisi del movimento articolare. Le analisi del movimento congiunto sono spesso complicate a causa della mancanza di una definizione completa dei parametri. Mostriamo schemi standard di definizioni di parametri che sono universalmente applicabili ai campi correlati.
Per iniziare, apri l'app MotionRecorder. Posizionare il topo sulla cintura del tapis roulant. Aumentare la velocità del nastro a 20 centimetri al secondo.
Mentre il topo inizia a camminare normalmente alla velocità desiderata, fai clic sull'icona Registra per avviare l'acquisizione video. Una volta ottenuti da 5 a 10 passaggi consecutivi, interrompere l'acquisizione facendo clic sull'icona Registra. Apri l'app 3DCalculator e il file video da analizzare.
Ritaglia il video regolando la barra di scorrimento orizzontale in alto, in modo da contenere un numero sufficiente di passaggi consecutivi. Per acquisire i marcatori, trascinate le legende dei marcatori sul modello stick-picture sul marcatore corrispondente sul video acquisito e rilasciate il pulsante. Fare clic sull'icona Traccia automatica.
Se il sistema non traccia accuratamente i marcatori o il processo di tracciamento si interrompe a causa della perdita dei marcatori, passare alla modalità manuale facendo clic sull'icona Manuale. Fai clic sulla legenda del marcatore mancante sull'immagine stilizzata e sul marcatore corrispondente sul video. Apri l'app KineAnalyzer e carica il file.
Vai su Visualizza e fai clic sul menu Modifica master marcatore. Si aprirà la finestra di modifica principale del marcatore. Fare clic sull'etichetta o sul punto di riferimento desiderato nella scheda "marcatore", quindi fare clic sul colore desiderato.
Questo processo designa ogni marcatore a un punto di riferimento specifico. Quindi, nella scheda "link", crea linee che corrispondono a ciascun arto facendo clic su due marcatori consecutivamente. Assegnare colori alle linee create selezionando il colore desiderato dalla colonna Colore.
Definire gli angoli nella scheda angolo. Dopo aver nominato l'angolo, assegna il vettore A come linea di riferimento e il vettore B come linea in movimento, facendo clic sugli indicatori corrispondenti a ciascun punto di riferimento. Quindi definite la direzione dell'angolo con un valore nella sezione operate" nella stessa scheda.
Quindi, nella scheda distanza", definire il parametro distanza. Selezionare due indicatori corrispondenti nella sezione Impostazione distanza. Sei animali ciascuno è stato assegnato in modo casuale al gruppo di scarico, in cui gli arti posteriori dell'animale sono stati scaricati dalla coda per due settimane, o al gruppo di controllo, in cui gli animali sono stati lasciati liberi.
Le traiettorie articolari normalizzate per il ginocchio e la caviglia durante la fase di posizione hanno mostrato che il gruppo scaricato ha mostrato ulteriori estensioni nel ginocchio e nella caviglia rispetto al gruppo di controllo. Due settimane dopo lo scarico, le misure quantitative come l'angolo del ginocchio nella posizione centrale e l'angolo della caviglia del gruppo scaricato erano significativamente maggiori di quelle del gruppo di controllo. Anche la distanza metatarso-anca, che è praticamente equivalente all'altezza dell'articolazione dell'anca a metà posizione, era considerevolmente più alta nel gruppo scaricato.
Questo metodo ha fornito ai ricercatori i fondamenti di come determinare i parametri di movimento articolare. In questo modo possono impostare quadri specifici per affrontare le proprie domande di ricerca.
Visualizza la trascrizione completa e accedi a migliaia di video scientifici
Panoramica
Questo studio descrive un protocollo per il tracciamento del movimento tridimensionale al fine di analizzare le alterazioni della deambulazione nei ratti dopo un ambiente di inattività simulato. Il protocollo consente un'analisi completa del movimento articolare, fornendo definizioni chiare dei parametri applicabili in diversi campi di ricerca. Esamina in particolare l'impatto dello scarico degli arti posteriori sui movimenti del ginocchio e della caviglia durante la locomozione.
Componenti Chiave dello Studio
Ambito Scientifico
- Neuroscienze
- Analisi del comportamento
- Biomeccanica
Sfondo
- L'analisi del movimento articolare è spesso ostacolata da parametri poco definiti.
- Comprendere la disfunzione della deambulazione dopo un periodo di scarico può chiarire gli effetti dell'inattività.
- Utilizza un ambiente controllato per simulare gli effetti dell'inattività sulla locomozione del ratto.
- Impiega un software avanzato di analisi del movimento per valutazioni precise.
Scopo dello studio
- Sviluppare un protocollo per il tracciamento del movimento articolare in uno spazio tridimensionale.
- Valutare gli effetti dell'immobilizzazione degli arti posteriori sulla meccanica della deambulazione.
- Fornire definizioni standardizzate dei parametri per un'ampia applicabilità.
Metodi Utilizzati
- La piattaforma principale utilizzata per il tracciamento del movimento prevede un sistema con tapis roulant abbinato all'app MotionRecorder.
- Il modello biologico consiste in ratti sottoposti a scarico dell'arto posteriore per due settimane, confrontati con un gruppo di controllo.
- Non sono stati menzionati flussi di lavoro multi-omici; l'attenzione rimane sull'analisi biomeccanica.
- I passaggi chiave includono la registrazione video della locomozione, il tracciamento dei marker e l'analisi dei dati tramite KineAnalyzer.
- La normalizzazione delle traiettorie articolari fornisce informazioni sull'impatto dello scarico sugli angoli articolari.
Risultati principali
- I risultati indicano che il gruppo non sollecitato ha mostrato una maggiore estensibilità degli angoli al ginocchio e alla caviglia durante l'appoggio.
- Misure quantitative hanno rivelato aumenti significativi degli angoli al ginocchio e alla caviglia rispetto ai soggetti del gruppo di controllo.
- La distanza metatarso-anca è aumentata significativamente nel gruppo non sollecitato, indicando alterazioni della biomeccanica dovute all'inattività.
- Questo metodo consente la determinazione precisa dei parametri del movimento articolare per ulteriori indagini di ricerca.
Conclusioni
- Questo studio dimostra un approccio solido per analizzare quantitativamente il movimento articolare in risposta a condizioni di inattività.
- I risultati hanno implicazioni per la comprensione degli adattamenti e dei deficit biomeccanici successivi all'immobilizzazione.
- Il metodo costituisce una base per ulteriori indagini sui cambiamenti della deambulazione e sulle strategie di riabilitazione.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale Direttiva
L'analisi quantitativa della deambulazione in 3D nei modelli rodentici consente una valutazione oggettiva dei cambiamenti neuromuscolari e biomeccanici indotti dall'inattività, sostenendo la scoperta precoce e la ricerca traslazionale. Questo approccio fornisce parametri standardizzati e riproducibili del movimento articolare, fondamentali per ridurre i rischi meccanicistici e per ottenere una previsione affidabile nella selezione dei modelli preclinici. Il metodo migliora il processo decisionale nei portafogli di ricerca chiarificando l'impatto della disuso sulla funzione locomotoria e sostenendo l'avanzamento ponderato rispetto ai rischi di ipotesi terapeutiche mirate ai disturbi neuromuscolari.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Permette un'analisi quantitativa della funzione neuromuscolare dopo il disuso in modelli murini rilevanti per la malattia.
- Supporta la riduzione del rischio meccanicistico fornendo parametri oggettivi del movimento articolare per la validazione delle molecole bersaglio.
- Facilita una previsione affidabile nell'associare bersagli neurali o muscoloscheletrici a risultati funzionali.
Sviluppo di screening e saggi
- Stabilisce metriche di andatura validate e riproducibili per lo screening successivo di interventi sperimentali.
- Standardizza gli output dell'analisi del movimento, favorendo lo sviluppo di saggi e la comparabilità tra studi.
- Consente l'estrazione di multipli parametri quantitativi da un singolo insieme di dati, aumentando la versatilità del saggio.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea metriche precliniche della deambulazione a endpoint traslazionali rilevanti per la ricerca neuromuscolare e riabilitativa.
- Permette una continuità dalla fase iniziale di scoperta fino alla validazione preclinica, consentendo letture oggettive e quantitative.
- Fornisce una base per decisioni di avanzamento con rischio calibrato, basate sull'allineamento di biomarcatori funzionali.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo metodo di analisi del movimento 3D si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica, consentendo la verifica delle ipotesi, la standardizzazione dei saggi e l'allineamento degli endpoint traslazionali.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi sui cambiamenti neuromuscolari indotti dal non utilizzo e la chiarificazione dei percorsi coinvolti.
- Screening: Fornisce metriche quantitative e riproducibili dell'andatura per la valutazione di composti o interventi.
- Analisi: Offre misurazioni degli angoli articolari e delle distanze per confronti statistici solidi tra gruppi sperimentali.
- Ricerca traslazionale: Collega i risultati preclinici agli endpoint clinici dell'andatura nella ricerca neuromuscolare.
- Riutilizzo aziendale: Offre un flusso di lavoro standardizzato e riutilizzabile per diversi studi sull'andatura in roditori in vari ambiti terapeutici.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella validazione di bersagli neuromuscolari.
- Valore operativo: Migliora la standardizzazione, la riproducibilità e la scalabilità dei flussi di lavoro nell'analisi della deambulazione.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di avanzamento o interruzione dei progetti e l'efficienza nell'uso del capitale fornendo letture funzionali oggettive.
- Impatto sul portafoglio: Permette una priorizzazione dei programmi terapeutici mirati alla disuso o al malfunzionamento neuromuscolare in base al rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche nell'acquisizione del movimento, nel posizionamento dei marker e nel software di ricostruzione 3D.
- Richiede l'accesso a sistemi di acquisizione video con più telecamere e applicazioni specializzate per l'analisi.
- Necessita di una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro per le definizioni dei parametri e i flussi di elaborazione dei dati.
- L'adattamento ad altri modelli di roditori o contesti patologici potrebbe richiedere un'ottimizzazione del protocollo.
- Potrebbe essere necessario un intervento manuale in caso di fallimento del tracciamento automatico dei marker, con conseguente impatto sulla produttività.
