소설 작업을 사용하여 일방적 경부 SCI 후 앞다리의 기능을 평가 : 사지 스텝 교대, 자세 불안정 및 파스타 처리
2013년 9월 16일
설치류의 자궁 경부 척수 손상 후 앞다리의 기능을 평가하기위한 세 가지 새로운 행동 검사 (앞다리 스텝 교대, 자세 불안정 시험, 파스타 처리 시험)에 설명되어 있습니다.
이 절차의 전반적인 목표는 경추 척수 손상 후 기능 결손과 회복을 평가하는 것입니다. 이것은 먼저 동물을 다루는 동안과 테스트 환경 내에서 편안하게 지낼 수 있도록 동물을 훈련시킴으로써 달성됩니다. 다음으로, 쥐는 사지 밟기를 번갈아 가며 할 수 있는 능력을 평가합니다.
그런 다음 동물들이 무게 중심의 변화에 반응하고 자세를 적절하게 조정하는 능력을 테스트합니다. 마지막으로, 동물이 파스타를 먹어야 하는 미세 운동 처리 작업 중에 4개의 발과 4개의 팔다리 기능을 분석합니다. 궁극적으로, 경추 척수 손상 후 결손의 차이를 보여주는 결과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 동물의 해부학적 차이와 상관관계가 있는 기능적 결손을 기반으로 동물을 그룹화할 수 있습니다.
풋프린트 게이트 분석과 같은 다른 기존 방법에 비해 여기에 설명된 방법의 주요 장점은 사용이 훨씬 간단하고 값비싼 장비나 소프트웨어가 필요하지 않다는 것입니다. 이러한 방법은 척수 손상 후 기능 회복에 대한 통찰력을 제공하지만 파킨슨병, 뇌졸중 또는 운동 결핍을 유발하는 기타 신경 장애와 같은 다른 질병 모델에도 사용할 수 있습니다.이 연구에 사용된 동물은 수술 2-3주 전에 C3 C 4개의 측면 척수 손상을 겪게 됩니다. 동물을 다루고 사포로 덮인 테스트 환경에 적응시켜 네 팔다리가 미끄러지거나 버팀대가 잡히거나 끌리는 것을 방지합니다.
네 다리 단계 교대 테스트는 동물이 모두 앞다리를 사용하는지 여부를 결정하며, 이 테스트는 시작하기 전에 매일 수행할 수 있으며 동물이 몸부림을 멈추고 근육이 이완되었는지 확인합니다. 다음으로, 동물을 앞다리로만 체중을 지탱하는 자세로 테이블 위에 올려 놓거나 몸을 테이블과 거의 90도 각도로 하여 손수레 자세를 취합니다. 동물이 손에서 편안해 보이면 동물을 앞으로 밀어 테이블 표면을 따라 움직입니다.
쥐가 표면을 가로질러 이동하는 동안 앞다리를 번갈아 사용하는지 여부를 확인하고 기록합니다. 한 손으로 동물을 잡은 상태에서 이 테스트를 최소 두 번 반복한 다음 동물을 잡은 동안 두 번 반복합니다. 다른 한편으로는.
쥐가 단계 교대를 성공적으로 보여주면 첫 번째 단계 후 5초 동안 대기하여 테스트를 다시 수행하여 지연 후에도 교대 패턴이 유지되는지 확인합니다. 결과를 기록하고 점수 시트에 기록합니다. 자세 불안정성 검사는 동물이 균형을 되찾기 위해 앞다리로 한 걸음 내딛는 데 걸리는 거리를 검사합니다.
교대 실험과 유사하게, 동물은 사포로 덮인 탁자를 사용하기 시작하기 전에 근육의 긴장을 풀어야 하고, 동물이 몸을 테이블과 거의 90도 각도로 잡고 손수레 자세를 취할 수 있도록 해야 하며, 동물의 몸통에 팔다리 하나를 가볍게 고정하고 위에서 볼 때 코를 0선에 맞춰야 합니다. 다음으로 쥐를 앞으로 이동시킵니다. 이것은 동물의 무게 중심을 이동하고 균형을 되찾기 위해 발을 내딛도록 자극합니다.
쥐가 두 번 걸음 한 후 코의 새로운 위치를 결정하고이 두 걸음의 평균을 걸음을 트리거하는 데 필요한 거리로 사용합니다. 텍스트 프로토콜에 제공된 자세 불안정성 테스트 점수 시트에 결과를 기록합니다. 각 팔다리를 5회 테스트합니다.
파스타 취급 테스트는 표준 파스타 한 조각을 먹는 데 걸리는 시간과 수술 1-2주 전에 각 세션 동안 발 선호도를 측정하고, 쥐에게 매일 4.0cm 가닥의 얇은 스파게티 5-6가닥을 집 케이지에서 주어 기준선 측정을 준비할 수 있도록 합니다. 다음으로, 쥐를 실험실에 넣고 파스타 조각을 실험실의 앞쪽 근처에 놓아 팔다리를 사용하는 것을 쉽게 관찰할 수 있습니다. 그런 다음 파스타 한 조각을 먹는 데 걸리는 시간을 기록하십시오.
동물이 세션당 최소 3개를 먹도록 허용합니다. 동물이 먹는 동안 멈췄다면 타이밍을 멈춥니다. 또한 동물이 먹기 시작할 때 타이밍을 다시 시작합니다.
쥐가 훈련 중 최소 3일 동안 일관된 파스타 먹는 시간을 보여주면, 동물은 데이터를 수집하기 위한 기준선 기록을 할 준비가 된 것입니다: 텍스트 프로토콜에 제공된 파스타 처리 점수 시트를 사용하여 챔버 앞쪽 근처의 바닥에 파스타 조각을 놓고, 쥐가 파스타 한 조각을 먹는 데 걸리는 시간을 기록합니다. 사지에 대해 사용되었으며 여기에 표시된 바와 같이 사지에 대한 위치가 사용되었습니다. 앞다리 스텝 교대 테스트를 사용합니다. 외과적 척수 손상 후, 동물의 50%만이 앞다리를 번갈아 사용할 수 있었고 성공적인 교류 발전기의 50%는 5초 지연 후 팔다리를 번갈아 사용할 수 있었습니다.
연구 결과와 해부학적 연구를 연관시킨 결과, 교류 발전기는 병변 쪽의 대뇌피질 척추 및 등쪽 기둥이 상당히 더 넓다는 것을 밝혀냈으며, 이는 사지 단계 교대 검사가 병변의 편측성뿐만 아니라 병변의 중증도를 예측할 수 있음을 나타냅니다. 이 검사를 사용하면 병변의 중증도에 따라 그룹을 구분할 수 있습니다. 예를 들어, 병변의 중증도에 따라 4개의 사지 운동 척도 측정을 분리하여 보다 명확한 결과를 얻을 수 있습니다.
여기서, 자세 불안정성 검사에서 수집된 데이터는 척수 손상 후 ips, 병변 및 반대 병변 사지의 변화를 보여줍니다. 척수의 편측성 병변은 손상된 사지 및/또는 영향을 받은 사지뿐만 아니라 손상되지 않은 사지에도 변화를 일으킬 수 있습니다. 경추 척수 손상 후 자세 불안정성 검사를 사용하여 병변 상태가 유의한 영향을 미친다는 것을 입증했습니다.
또한, 사지 변위는 가짜 수술을 받은 동물에 비해 부상당한 동물의 IPS 병변 쪽에서 훨씬 더 길었다. 사지에 대한 contral 병변의 변위 거리는 부상 후 만성 시점에서 이 그림에서 볼 수 있듯이 가짜 동물에 비해 훨씬 짧았지만, 가짜 동물과 병변 그룹의 동물 모두 파스타를 먹는 데 비슷한 시간이 걸렸습니다. 그러나, 가짜 동물과 병변이 있는 교류 발전기 모두 실험 기간 동안 양쪽 발을 사용하여 파스타를 먹었지만, 심하게 부상을 입은 비 교류 발전기의 소수는 파스타를 먹기 위해 앞다리 병변을 사용할 수 있었습니다.
이러한 검사는 올바르게 수행되면 쥐 한 마리당 5분 이내에 수행할 수 있습니다. 여기에 설명된 행동 검사는 발 결함 실린더 발 선호도 검사와 같은 기존의 다른 행동 검사와 함께 사용할 수 있으며, 경추 척수 손상 후 사지 기능에 대한 contral 병변뿐만 아니라 동물의 Ipsy 병변을 완전히 평가하기 위한 사지 기관차 척도 검사에 사용할 수 있습니다.
개요
이 기사는 설치류의 경추 척수 손상 후 전지 사용 기능을 평가하기 위해 설계된 세 가지 새로운 행동 검사법을 설명합니다. 이 검사법에는 전지 발걸음 교대 검사, 자세 불안정성 검사 및 파스타 취급 검사가 포함되어 기능적 결핍 및 회복을 종합적으로 평가합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 행동 평가
- 척수 손상
배경
- 경추 척수 손상은 중요한 운동 결핍으로 이어질 수 있습니다.
- 기존의 전지 기능 평가 방법은 복잡하고 고가의 장비가 필요할 수 있습니다.
- 동물 모델에서 회복을 평가하기 위한 더 간단한 방법이 필요합니다.
- 행동 검사는 기능적 회복에 대한 통찰력을 제공하고 해부학적 차이와 상관관계가 있을 수 있습니다.
연구 목적
- 척수 손상 후 전지 기능을 평가하기 위한 새로운 행동 검사법을 개발하고 검증합니다.
- 기존 방법보다 더 간단한 대안을 제공합니다.
- 설치류 모델에서 기능적 회복 및 결핍을 분석합니다.
사용된 방법
- 전지 사용을 평가하기 위한 전지 발걸음 교대 검사.
- 균형 회복을 측정하기 위한 자세 불안정성 검사.
- 미세 운동 기술 및 발 선호도를 평가하기 위한 파스타 취급 검사.
- 행동 결과를 해부학적 발견과 상관관계를 설정하기 위한 데이터 수집 및 분석.
주요 결과
- 동물의 50%가 손상 후 전지 발걸음 교대를 보였습니다.
- 병변 및 위약 처리된 동물 간에 균형 회복에 중요한 차이가 관찰되었습니다.
- 행동 검사는 병변 심각도 및 기능적 결핍을 효과적으로 예측했습니다.
- 결과는 일측 병변에 의해 손상된 부분과 비손상된 부분이 모두 영향을 받는다는 것을 나타냅니다.
결론
- 새로운 행동 검사법은 척수 손상 후 전지 기능을 평가하기 위한 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다.
- 이 검사법은 기능적 결핍에 따라 동물을 그룹화하는 데 사용할 수 있습니다.
- 얻은 통찰력은 다양한 신경학적 질환의 회복 과정을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
Assessing forelimb function after cervical spinal cord injury is critical for evaluating neurotherapeutic candidates in preclinical discovery. The novel behavioral tests described provide sensitive, low-cost readouts that enable mechanistic de-risking of interventions targeting motor recovery. These tools support target validation by correlating functional outcomes with anatomical lesion severity, improving predictive confidence in early-stage programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to forelimb motor function and pathway integrity after cervical SCI.
- Operational Value: Provides quantitative, reproducible behavioral endpoints to de-risk target engagement in rodent models.
- Predictive Value: Supports lesion severity stratification, allowing for more precise grouping of animals based on functional deficit correlates with spared corticospinal tract area.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates standardized, equipment-free readouts (step alternation, postural displacement, pasta handling time) suitable for high-throughput functional screening.
- Operational Value: Facilitates assay standardization across laboratories due to simplicity and minimal training requirements.
- Scalability: Enables repeated longitudinal testing (<5 minutes per rat) to monitor recovery trajectories in therapeutic studies.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Demonstrates sensitivity to unilateral lesion effects, revealing bilateral motor impairment patterns relevant to human cSCI.
- Translational Continuity: Supports cross-species extrapolation by linking behavioral deficits to anatomical spared tissue measures.
- Risk-Adjusted Advancement: Allows stratification of preclinical cohorts by functional severity, reducing variability in treatment response assessments.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead optimization, offering functional phenotyping that complements histological and electrophysiological endpoints in SCI models.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on neural repair mechanisms by quantifying forelimb use, balance recovery, and fine motor dexterity.
- Screening: Delivers quantitative, repeatable outputs that enable comparison of compound effects on motor function across treatment groups.
- Analytics: Provides correlative data with anatomical lesions (e.g., spared corticospinal tract), enhancing biomarker-like utility for target engagement.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical phases by enabling functional grouping of animals based on injury severity, improving study power.
- Enterprise Reuse: Represents a platform-capable behavioral suite applicable across neurological disease models involving motor deficit, such as stroke or Parkinson’s.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing false positives through functional lesion stratification.
- Operational Value: Eliminates need for expensive equipment or complex software, lowering barrier to adoption across discovery sites.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by enabling early detection of lack of functional recovery in therapeutic candidates.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of preclinical candidates based on functional recovery profiles in relevant disease-relevant systems.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent handling and behavioral neuroscience to ensure consistent test administration.
- Dependent on standardized environmental setup (e.g., sandpaper-surfaced tabletop) to prevent slipping and ensure motor expression.
- Necessitates cross-team alignment on scoring criteria for step alternation, postural displacement, and paw preference to maintain data integrity.
- Adaptation across model systems may require validation of baseline motor performance in non-SCI models (e.g., aged rats, disease models).
- Practical limitation: Tests measure relative functional change and are not absolute indicators of recovery; best used alongside complementary endpoints.
