소설 작업을 사용하여 일방적 경부 SCI​​ 후 앞다리의 기능을 평가 : 사지 스텝 교대, 자세 불안정 및 파스타 처리

본 절차의 전반적인 목적은 경추 척수 손상 후의 기능적 결손 및 회복 정도를 평가하는 것입니다. 이를 위해 먼저 동물들이 핸들링과 테스트 환경에 익숙해지도록 훈련시킵니다. 그 다음, 쥐의 사지 보행 교대 능력을 평가합니다.

그 다음으로, 동물들이 무게 중심의 변화에 반응하고 그에 맞춰 자세를 적절히 조절할 수 있는지 테스트합니다. 마지막으로, 동물이 파스타를 먹어야 하는 미세 운동 조작 과제를 통해 네 발 및 네 사지의 기능을 분석합니다. 궁극적으로, 경추 척수 손상 후 결손 정도의 차이를 보여주는 결과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 해부학적 차이와 상관관계가 있는 기능적 결손에 따라 동물들을 그룹화할 수 있습니다.

풋프린트 게이트 분석과 같은 기존의 다른 방법들과 비교하여 여기에 설명된 방법들의 주요 장점은 사용법이 훨씬 간단하며 고가의 장비나 소프트웨어가 필요하지 않다는 점입니다. 이러한 방법들은 척수 손상 후의 기능적 회복에 대한 통찰을 제공하며, 파킨슨병, 뇌졸중 또는 운동 결손을 유발하는 기타 신경계 질환과 같은 다른 질병 모델에도 적용될 수 있습니다. 본 연구에 사용되는 동물은 수술 2~3주 전에 C3-C4 외측 척수 손상을 유도합니다. 동물이 핸들링 및 테스트 환경에 적응하도록 하며, 이때 테스트 환경은 네 다리가 미끄러지거나 버티거나 끌리는 것을 방지하기 위해 사포로 덮여 있어야 합니다.

사지 보행 교대 테스트는 동물이 전지를 모두 사용하는지 확인하는 테스트이며, 동물이 발버둥을 멈추고 근육이 이완된 상태인지 확인하기 위해 매일 실험 시작 전에 실시할 수 있습니다. 다음으로, 동물의 몸이 테이블과 거의 90도 각도가 되도록 하여 테이블 위에서 전지만으로 체중을 지탱하는 자세 또는 외바퀴 손수레(wheelbarrow) 자세로 잡습니다. 동물이 손안에서 이완된 것처럼 보이면, 동물을 앞으로 밀어 테이블 표면을 따라 이동하게 합니다.

쥐가 표면을 가로질러 이동하는 동안 앞다리를 교대로 사용하는지 확인하고 기록하십시오. 한 손으로 동물을 잡은 상태에서 이 테스트를 최소 2회 반복한 다음, 다른 쪽 손으로 잡은 상태에서 다시 2회 반복하십시오.

쥐가 단계 교대를 성공적으로 수행했다면, 첫 번째 단계 후에 5초의 대기 시간을 두어 지연 후에도 교대 패턴이 유지되는지 확인하기 위해 테스트를 다시 실시하십시오. 결과를 확인하고 스코어 시트에 기록하십시오. 자세 불안정성 테스트는 동물이 균형을 되찾기 위해 전지로 발걸음을 옮기는 데 걸리는 거리를 측정합니다.

교차 보행 테스트와 마찬가지로, 사포가 깔린 테이블을 사용하여 동물이 움직이기 시작하기 전 근육의 긴장을 풀어주어야 합니다. 동물의 몸이 테이블과 거의 90도 각도가 되도록 외바퀴 수레 자세(wheelbarrow position)를 취하게 하고, 한쪽 앞다리를 몸통 쪽으로 가볍게 고정한 뒤 위에서 보았을 때 코가 제로 라인(zero line)에 맞도록 정렬합니다. 다음으로 쥐를 앞으로 이동시킵니다. 이렇게 하면 동물의 무게 중심이 이동하며 균형을 잡기 위해 발을 내디디도록 자극됩니다.

쥐가 두 번 발을 내디딘 후 코의 새로운 위치를 결정하고, 이 두 단계의 평균값을 단계 트리거에 필요한 거리로 사용하십시오. 결과를 텍스트 프로토콜에 제공된 자세 불안정성 테스트 기록지에 기록하십시오. 각 사지당 5회씩 테스트하십시오.

파스타 핸들링 테스트를 통해 표준 크기의 파스타 조각을 먹는 데 걸리는 시간과 각 세션 동안의 앞발 선호도를 측정합니다. 수술 1~2주 전, 기초 측정값을 준비하기 위해 쥐의 홈 케이지에 4.0 centimeter 길이의 얇은 스파게티 가닥 5~6개를 매일 제공하십시오. 그다음, 쥐를 테스트 챔버에 넣고 쥐의 앞발 사용을 쉽게 관찰할 수 있도록 챔버 앞쪽에 파스타 조각들을 배치하십시오. 이후 각 파스타 조각을 먹는 데 걸리는 시간을 기록하십시오.

동물이 세션당 최소 세 조각의 먹이를 먹게 합니다. 동물이 먹는 도중 멈추면 타이머를 일시 중지하십시오. 또한 동물이 다시 먹기 시작할 때 타이머를 다시 시작하십시오.

훈련 중 쥐가 최소 3일 동안 일정한 파스타 섭취 시간을 보이면, 기저선 기록을 위한 데이터 수집 준비가 된 것입니다. 텍스트 프로토콜에 제공된 파스타 취급 기록지를 사용하여 챔버 앞쪽 바닥에 파스타 조각을 놓으십시오. 쥐가 파스타 한 조각을 먹는 데 걸리는 시간, 사용된 전지(forelimbs) 및 여기에서 보여주는 전지의 위치를 기록하십시오. 전지 교차 보행 테스트(forelimb step alternation test)를 사용하십시오. 수술적 척수 손상 후, 동물들의 50%만이 전지의 교차 사용이 가능했으며, 교차 사용에 성공한 개체 중 50%는 5초의 지연 시간 후에도 사지의 교차 사용이 가능했습니다.

해당 결과와 해부학적 연구를 연관 지어 분석한 결과, 교차 보행 그룹(alternators)은 병변 반대측의 피질척수경로 및 후주(dorsal column)의 보존 영역이 유의미하게 더 넓은 것으로 나타났으며, 이는 사지 보행 교차 검사가 병변의 심각도뿐만 아니라 병변의 일측성 여부까지 예측할 수 있음을 시사합니다. 이 검사를 활용하면 병변의 심각도에 따라 그룹을 구분할 수 있습니다. 예를 들어, 보다 명확한 결과를 얻기 위해 병변의 심각도에 따라 사지 운동 기능 척도(four limb locomotor scale) 측정값을 구분하여 분석할 수 있습니다.

여기서는 자세 불안정성 테스트(postural instability test)를 통해 수집한 데이터가 척수 손상 후 동측, 병변측 및 대측 사지에서 나타나는 변화를 보여줍니다. 척수의 편측성 병변은 손상되었거나 영향을 받은 사지뿐만 아니라 손상되지 않은 사지에도 변화를 일으킬 수 있습니다. 경수 손상 후 자세 불안정성 테스트를 시행한 결과, 병변 상태에 따른 유의미한 영향이 있음이 입증되었습니다.

또한, 손상된 동물의 IPS 병변 측 전지의 변위는 가짜 수술을 받은 동물에 비해 유의하게 더 길었습니다. 이 그림의 손상 후 만성 시점에서 나타난 바와 같이, 대측 병변 전지의 변위 거리는 가짜 수술 동물에 비해 훨씬 짧았으나, 가짜 수술 동물과 병변 그룹 동물 모두 파스타를 먹는 데 소요된 시간은 비슷했습니다. 하지만 가짜 수술 동물과 병변 교대 보행 동물은 테스트 기간 동안 양쪽 앞발을 모두 사용하여 파스타를 먹은 반면, 심하게 손상된 비교대 보행 동물의 경우 ips 병변 전지를 사용하여 파스타를 먹을 수 있었던 비율이 더 낮았습니다.

정확하게 수행할 경우, 이 테스트들은 쥐 한 마리당 5분 이내에 완료할 수 있습니다. 여기서 설명한 행동 테스트는 foot fault cylinder paw preference 테스트와 같은 다른 기존 행동 테스트 및 limb locomotive scale 테스트와 병행하여 사용하여, 경수 손상 후 동물의 contralateral 및 ipsilateral limb 기능을 충분히 평가하는 데 활용할 수 있습니다.