설치류의 비활동으로 인한 보행 변화에 대한 포괄적인 이해
2022년 7월 6일
본 프로토콜은 시뮬레이션된 불사용 환경에 노출된 후 쥐의 보행 동작 변화를 묘사하기 위한 3차원 동작 추적/평가를 설명합니다.
당사의 프로토콜은 관절 동작 분석을 위한 매개변수를 결정하는 포괄적인 절차를 제공합니다. 관절 운동 분석은 매개 변수에 대한 포괄적 인 정의가 없기 때문에 종종 복잡합니다. 우리는 관련 분야에 보편적으로 적용 할 수있는 매개 변수 정의의 표준 회로도를 보여줍니다.
시작하려면 모션 레코더 앱을 엽니다. 트레드밀 벨트에 쥐를 놓습니다. 벨트 속도를 초당 20cm로 높입니다.
쥐가 원하는 속도로 정상적으로 걷기 시작하면 녹화 아이콘을 클릭하여 비디오 캡처를 시작합니다. 5-10 개의 연속 단계가 확보되면 기록 아이콘을 클릭하여 캡처를 중지하십시오. 3DCalculator 앱과 분석할 동영상 파일을 엽니다.
상단의 가로 슬라이더 막대를 조정하여 비디오를 자르고 충분한 수의 연속 단계를 포함합니다. 마커를 캡처하려면 스틱 그림 모델의 마커 범례를 캡처된 비디오의 해당 마커로 드래그하고 단추를 놓습니다. 자동 추적 아이콘을 클릭합니다.
시스템이 마커를 정확하게 추적하지 못하거나 마커 손실로 인해 추적 프로세스가 중단된 경우 수동 아이콘을 클릭하여 수동 모드로 전환합니다. 스틱 사진에서 누락된 마커 범례와 비디오에서 해당 마커를 클릭합니다. 키네분석기 앱을 열고 파일을 로드합니다.
보기로 이동하여 마커 마스터 편집 메뉴를 클릭합니다. 마커 마스터 편집 창이 열립니다. 마커"탭에서 원하는 레이블이나 랜드 마크를 클릭 한 다음 원하는 색상을 클릭하십시오.
이 프로세스는 각 마커를 특정 랜드마크로 지정합니다. 그런 다음 link"탭에서 두 개의 마커를 연속적으로 클릭하여 각 팔다리에 해당하는 선을 만듭니다. Color 열에서 원하는 색상을 선택하여 생성된 선에 색상을 할당합니다.
각도"탭에서 각도를 정의합니다. 각도의 이름을 지정한 후 각 랜드마크에 해당하는 마커를 클릭하여 벡터 A를 참조선으로, 벡터 B를 이동선으로 지정합니다. 그런 다음 동일한 탭의 "operate"섹션에서 값으로 각도의 방향을 정의하십시오.
다음으로 distance"탭에서 거리 매개 변수를 정의합니다. 거리 설정 섹션에서 두 개의 해당 마커를 선택합니다. 6 마리의 동물은 동물의 뒷다리를 꼬리에 의해 2 주 동안 내리는 하역 그룹 또는 동물을 자유롭게 남겨 둔 대조군에 각각 무작위로 배정되었습니다.
자세 단계에서 무릎과 발목에 대한 정규화 된 관절 궤적은 부하가없는 그룹이 대조군보다 무릎과 발목에서 더 많은 확장을 나타냈다는 것을 보여주었습니다. 하역 2주 후, 중간 자세에서의 무릎 각도와 내리지 않은 그룹의 발목 각도와 같은 정량적 측정은 대조군보다 유의하게 컸습니다. 중간 자세에서 고관절의 높이와 거의 동일한 중족골-엉덩이 거리도 언로드 그룹에서 상당히 높았습니다.
이 방법은 연구자들에게 관절 운동 매개 변수를 결정하는 방법에 대한 기초를 제공했습니다. 이렇게하면 자신의 연구 질문을 해결하기 위해 특정 프레임 워크를 설정할 수 있습니다.
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개요
본 연구는 모의 불사용 환경 이후 쥐의 보행 변화를 분석하기 위한 3차원 동작 추적 프로토콜을 설명합니다. 이 프로토콜은 포괄적인 관절 운동 분석을 가능하게 하며, 다양한 연구 분야에 적용 가능한 명확한 파라미터 정의를 제공합니다. 특히 보행 중 후지 하중 제거가 무릎과 발목 움직임에 미치는 영향을 조사합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 행동 분석
- 생체역학
배경
- 관절 운동 분석은 종종 불분명한 파라미터로 인해 어려움을 겪습니다.
- 하중 제거 후의 보행 기능 장애를 이해하면 불용(disuse)의 영향을 규명할 수 있습니다.
- 통제된 환경을 활용하여 쥐의 이동 능력에 미치는 불용 효과를 시뮬레이션합니다.
- 정밀한 평가를 위해 고급 동작 분석 소프트웨어를 사용합니다.
연구 목적
- 3차원 공간에서 관절 운동을 추적하기 위한 프로토콜을 개발한다.
- 뒷다리 하중 제거가 보행 역학에 미치는 영향을 평가한다.
- 광범위한 적용이 가능하도록 표준화된 파라미터 정의를 제공한다.
사용된 방법
- 모션 트래킹에 사용된 주요 플랫폼은 트레드밀 설정과 MotionRecorder 앱의 조합입니다.
- 생물학적 모델은 2주 동안 후지 하중 제거(hind limb unloading)를 거친 쥐와 대조군으로 구성됩니다.
- 멀티오믹스 워크플로우는 언급되지 않았으며, 생체역학적 분석에 집중합니다.
- 주요 단계에는 보행 영상 녹화, 마커 트래킹 및 KineAnalyzer를 통한 데이터 분석이 포함됩니다.
- 관절 궤적의 정규화는 하중 제거가 관절 각도에 미치는 영향에 대한 통찰을 제공합니다.
주요 결과
- 연구 결과, 비하중 그룹은 입각기 동안 무릎 및 발목 각도에서 더 큰 신전성을 보였습니다.
- 정량적 측정 결과, 대조군에 비해 무릎 및 발목 각도가 유의하게 증가한 것으로 나타났습니다.
- 비하중 그룹에서 중족골-고관절 거리가 유의하게 증가했으며, 이는 불용으로 인한 생체역학적 변화를 나타냅니다.
- 이 방법은 관련 연구 조사를 위해 정밀한 관절 운동 파라미터 결정을 가능하게 합니다.
결론
- 본 연구는 불용 상태에 따른 관절 운동을 정량적으로 분석하기 위한 견고한 접근 방식을 제시합니다.
- 이러한 결과는 고정 후의 생체역학적 적응 및 결손을 이해하는 데 중요한 시사점을 제공합니다.
- 본 방법은 보행 변화 및 재활 전략에 관한 추가 연구의 기초 자료로 활용될 수 있습니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
설치류 모델에서의 정량적 3D 보행 분석은 비활동으로 인해 유도된 신경근 및 생체역학적 변화의 객관적인 평가를 가능하게 하여, 조기 발견 및 중개 연구를 지원합니다. 이러한 접근 방식은 기전적 위험 제거와 전임상 모델 선택의 예측 신뢰도에 결정적인 표준화되고 재현 가능한 관절 운동 파라미터를 제공합니다. 이 방법은 불용이 운동 기능에 미치는 영향을 명확히 하고, 신경근 질환을 표적으로 하는 치료 가설의 위험 조정된 진전을 지원함으로써 포트폴리오 의사결정을 강화합니다.
바이오 제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 질병 관련 설치류 모델에서 불용(disuse) 이후의 신경근 기능을 정량적으로 분석할 수 있습니다.
- 표적 검증을 위한 객관적인 관절 운동 파라미터를 제공함으로써 기전적 리스크 감소(de-risking)를 지원합니다.
- 신경 또는 근골격계 표적과 기능적 결과 간의 연결에 대한 예측 신뢰도를 높여줍니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 후속 후보 중재법 스크리닝을 위해 검증되고 재현 가능한 보행 지표를 설정합니다.
- 동작 분석 결과물을 표준화하여 분석법 개발 및 연구 간 비교 가능성을 지원합니다.
- 단일 데이터 세트에서 여러 정량적 파라미터를 추출할 수 있게 하여 분석법의 다각적 활용도를 높입니다.
중개 및 전임상 연구
- 전임상 보행 지표를 신경근 및 재활 연구와 관련된 중개 연구 종점으로 정렬합니다.
- 객관적이고 정량적인 판독을 가능하게 함으로써 초기 발견부터 전임상 검증까지의 연속성을 지원합니다.
- 기능적 바이오마커 정렬을 기반으로 위험 조정된 진전 결정의 토대를 제공합니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
이 3D 운동 분석 방법은 가설 검증, 분석법 표준화 및 중개 연구 종점 일치를 가능하게 함으로써 발견 단계부터 전임상 단계까지의 연속 과정에 통합됩니다.
- 발견 생물학: 불용성 유도 신경근 변화에 대한 가설 검증 및 경로 규명을 지원합니다.
- 스크리닝: 화합물 또는 중재법 평가를 위해 재현 가능하고 정량적인 보행 지표를 제공합니다.
- 분석: 실험군 간의 강력한 통계적 비교를 위해 관절 각도 및 거리 측정값을 제공합니다.
- 중개 연구: 신경근 연구에서 전임상 결과와 임상 보행 종점 간의 가교 역할을 합니다.
- 기업용 재사용: 다양한 치료 영역에 걸쳐 다양한 설치류 보행 연구를 위한 재사용 가능한 표준화된 워크플로우를 제공합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 신경근 표적 검증에서 예측 신뢰도를 높이고 기전적 모호성을 줄입니다.
- 운영적 가치: 보행 분석 워크플로우의 표준화, 재현성 및 확장성을 향상시킵니다.
- 전략적 가치: 객관적인 기능적 판독값을 제공함으로써 의사결정(go/no-go) 및 자본 효율성을 개선합니다.
- 포트폴리오 영향: 불용성 위축 또는 신경근 기능 장애를 표적으로 하는 치료 프로그램의 위험 조정 우선순위 선정을 가능하게 합니다.
실행 시 고려 사항
- 모션 캡처, 마커 배치 및 3D 재구성 소프트웨어에 대한 전문 지식이 필요합니다.
- 다중 카메라 비디오 캡처 시스템 및 전문 분석 애플리케이션에 대한 접근이 요구됩니다.
- 파라미터 정의 및 데이터 처리 워크플로우의 팀 간 표준화가 필수적입니다.
- 다른 설치류 모델이나 질환 상황에 적용할 경우 프로토콜 최적화가 필요할 수 있습니다.
- 자동 마커 추적에 실패할 경우 수동 개입이 필요할 수 있으며, 이는 처리량에 영향을 줄 수 있습니다.
