Uitgebreid begrip van door inactiviteit geïnduceerde gangverandering bij knaagdieren
6 juli 2022
Het huidige protocol beschrijft driedimensionale bewegingstracking / evaluatie om de beweging van ratten weer te geven na blootstelling aan een gesimuleerde onbruikomgeving.
Ons protocol biedt een uitgebreide procedure om parameters voor gezamenlijke bewegingsanalyse te bepalen. Gezamenlijke bewegingsanalyses zijn vaak gecompliceerd vanwege het ontbreken van een uitgebreide definitie van parameters. We tonen standaardschema's van parameterdefinities die universeel toepasbaar zijn op gerelateerde velden.
Open om te beginnen de MotionRecorder-app. Plaats de rat op de loopbandband. Verhoog de bandsnelheid tot 20 centimeter per seconde.
Terwijl de rat normaal begint te lopen met de gewenste snelheid, klikt u op het recordpictogram om de video-opname te starten. Zodra 5 tot 10 opeenvolgende stappen zijn verkregen, stopt u de opname door op het recordpictogram te klikken. Open de 3DCalculator-app en het te analyseren videobestand.
Snijd de video bij door de horizontale schuifbalk bovenaan aan te passen, zodat er voldoende opeenvolgende stappen zijn. Als u de markeringen wilt vastleggen, sleept u de markeringslegendes op het stickafbeeldingsmodel naar de bijbehorende markering op de vastgelegde video en laat u de knop los. Klik op het pictogram Automatisch traceren.
Als het systeem markeringen niet nauwkeurig bijhoudt of als het trackingproces stopt als gevolg van markeringsverlies, schakelt u over naar de handmatige modus door op het pictogram Handmatig te klikken. Klik op de ontbrekende markeringslegende op de stickafbeelding en de bijbehorende markering op de video. Open de KineAnalyzer-app en laad het bestand.
Ga naar Weergave en klik op het menu Markermaster bewerken. Het opent het bewerkingsvenster van het markermaster. Klik op het gewenste label of oriëntatiepunt op het tabblad marker en klik vervolgens op de gewenste kleur.
Dit proces wijst elke markering aan een specifiek oriëntatiepunt aan. Maak vervolgens op het tabblad link lijnen die overeenkomen met elke ledemaat door achtereenvolgens op twee markeringen te klikken. Wijs kleuren toe aan de gemaakte lijnen door de gewenste kleur te selecteren in de kolom Kleur.
Definieer hoeken op het tabblad Hoek". Nadat u de hoek een naam hebt gegeven, wijst u Vector A toe als de referentielijn en Vector B als de bewegende lijn door op de markeringen te klikken die overeenkomen met elk oriëntatiepunt. Definieer vervolgens de richting van de hoek met een waarde in de sectie operate"op hetzelfde tabblad.
Definieer vervolgens op het tabblad afstand de afstandsparameter. Selecteer twee overeenkomstige markeringen in het gedeelte Afstandsinstelling. Zes dieren werden elk willekeurig toegewezen aan de losgroep, waarin de achterpoten van het dier gedurende twee weken door de staart werden uitgeladen, of de controlegroep, waarin de dieren vrij werden gelaten.
De genormaliseerde gewrichtstrajecten voor de knie en enkel tijdens de houdingsfase toonden aan dat de onbelaste groep verdere uitbreidingen in de knie en enkel vertoonde dan de controlegroep. Twee weken na het lossen waren kwantitatieve metingen zoals kniehoek in het midden en enkelhoek van de onbelaste groep significant groter dan die van de controlegroep. De metatarso-heupafstand, die vrijwel gelijk is aan de hoogte van het heupgewricht in het midden, was ook aanzienlijk hoger in de onbelaste groep.
Deze methode gaf onderzoekers de basisprincipes van het bepalen van gezamenlijke bewegingsparameters. Op deze manier kunnen ze specifieke kaders opzetten om hun eigen onderzoeksvragen aan te pakken.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie beschrijft een protocol voor driedimensionale bewegingsanalyse om gangwijzigingen bij ratten te analyseren na een gesimuleerde omgeving van inactiviteit. Het protocol maakt een uitgebreide analyse van gewrichtsbewegingen mogelijk en biedt duidelijke parameterdefinities die toepasbaar zijn in diverse onderzoeksgebieden. Er wordt specifiek gekeken naar de impact van hind limb unloading op knie- en enkelbewegingen tijdens de voortbeweging.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Gedragsanalyse
- Biomechanica
Achtergrond
- Gezamenlijke bewegingsanalyse wordt vaak belemmerd door slecht gedefinieerde parameters.
- Het begrijpen van gangstoornissen na ontlasting kan inzicht geven in de effecten van inactiviteit.
- Maakt gebruik van een gecontroleerde omgeving om de effecten van inactiviteit op de locomotie van ratten te simuleren.
- Maakt gebruik van geavanceerde bewegingsanalyse-software voor nauwkeurige evaluaties.
Doel van de studie
- Om een protocol te ontwikkelen voor het volgen van gewrichtsbewegingen in een driedimensionale ruimte.
- Om de effecten van hind limb unloading op de loopmechanica te beoordelen.
- Om gestandaardiseerde parameterdefinities te bieden voor een brede toepasbaarheid.
Gebruikte methoden
- Het belangrijkste platform dat wordt gebruikt voor bewegingsregistratie bestaat uit een loopbandopstelling in combinatie met de MotionRecorder-app.
- Het biologische model bestaat uit ratten die gedurende twee weken zijn onderworpen aan hind limb unloading, vergeleken met een controlegroep.
- Er zijn geen multi-omics workflows vermeld; de focus blijft liggen op biomechanische analyse.
- De belangrijkste stappen omvatten videoregistratie van de voortbeweging, marker-tracking en data-analyse via KineAnalyzer.
- Normalisatie van gewrichtstrajecten biedt inzicht in de impact van de ontlasting op de gewrichtshoeken.
Belangrijkste resultaten
- De resultaten tonen aan dat de onbelaste groep een grotere extensibiliteit vertoonde in de knie- en enkelhoeken tijdens de standfase.
- Kwantitatieve metingen onthulden significante toenames in de knie- en enkelhoeken vergeleken met de controlegroep.
- De metatarso-heupafstand nam significant toe in de onbelaste groep, wat wijst op veranderde biomechanica als gevolg van inactiviteit.
- Deze methode maakt een nauwkeurige bepaling van gewrichtsbewegingsparameters mogelijk voor aanverwante onderzoeksvragen.
Conclusies
- Deze studie demonstreert een robuuste aanpak voor de kwantitatieve analyse van gewrichtsbewegingen als reactie op inactiviteitscondities.
- De bevindingen hebben implicaties voor het begrijpen van biomechanische adaptaties en tekortkomingen na immobilisatie.
- De methode dient als basis voor verdere onderzoeken naar veranderingen in het gangpatroon en revalidatiestrategieën.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Kwantitatieve 3D-ganganalyse in knaagdiermodellen maakt een objectieve beoordeling mogelijk van door inactiviteit veroorzaakte neuromusculaire en biomechanische veranderingen, wat bijdraagt aan vroege ontdekkingen en translationeel onderzoek. Deze benadering biedt gestandaardiseerde, reproduceerbare parameters voor gewrichtsbewegingen die cruciaal zijn voor mechanistische risicoreductie en voorspellende betrouwbaarheid bij de selectie van preklinische modellen. De methode verbetert de besluitvorming over portfolio's door de impact van immobiliteit op de locomotorische functie te verduidelijken en de risico-gecorrigeerde voortgang van therapeutische hypothesen gericht op neuromusculaire aandoeningen te ondersteunen.
Strategische toepassingen in biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt kwantitatieve analyse van de neuromusculaire functie mogelijk na inactiviteit in ziekte-relevante knaagdiermodellen.
- Ondersteunt mechanische risicoreductie door objectieve gewrichtsbewegingsparameters te leveren voor doelwitvalidatie.
- Faciliteert voorspellend vertrouwen bij het koppelen van neurale of musculoskeletale doelwitten aan functionele uitkomsten.
Screening en assayontwikkeling
- Stelt gevalideerde, reproduceerbare gangmetrieken vast voor downstream screening van kandidaat-interventies.
- Standaardiseert de output van bewegingsanalyses, wat de ontwikkeling van assays en de vergelijkbaarheid tussen studies ondersteunt.
- Maakt de extractie van meerdere kwantitatieve parameters uit een enkele dataset mogelijk, waardoor de veelzijdigheid van de assay toeneemt.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijgt preklinische gangmetrieken uit met translationele eindpunten die relevant zijn voor neuromusculair en revalidatieonderzoek.
- Ondersteunt de continuïteit van vroege ontdekking tot preklinische validatie door objectieve, kwantitatieve uitlezingen mogelijk te maken.
- Biedt een basis voor risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling op basis van de afstemming van functionele biomarkers.
Integratie van pipeline en workflow
Deze 3D-bewegingsanalysemethode integreert in het continuüm van ontdekking tot prekliniek door hypothesetoetsing, standaardisatie van assays en afstemming van translationele eindpunten mogelijk te maken.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetests over door inactivatie geïnduceerde neuromusculaire veranderingen en de verduidelijking van signaalpaden.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve gangmetrieken voor de evaluatie van verbindingen of interventies.
- Analytics: Biedt metingen van gewrichtshoeken en afstanden voor een robuuste statistische vergelijking tussen experimentele groepen.
- Translationeel Onderzoek: Slaat een brug tussen preklinische bevindingen en klinische eindpunten van de gang in neuromusculair onderzoek.
- Enterprise Hergebruik: Biedt een herbruikbare, gestandaardiseerde workflow voor diverse gangstudies bij knaagdieren over verschillende therapeutische gebieden.
Operationele en bedrijfsmatige impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij de validatie van neuromusculaire targets.
- Operationele waarde: Verbeterde standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van workflows voor ganganalyse.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiëntie door het leveren van objectieve functionele read-outs.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering mogelijk van therapeutische programma's gericht op disuse of neuromusculaire disfunctie.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in motion capture, markerplaatsing en 3D-reconstructiesoftware.
- Vereist toegang tot multi-camera videocapturesystemen en gespecialiseerde analyse-applicaties.
- Stelt standaardisatie van parameterdefinities en gegevensverwerkingsworkflows tussen teams noodzakelijk.
- Aanpassing aan andere knaagdiermodellen of ziektecontexten kan protocoloptimalisatie vereisen.
- Handmatige interventie kan nodig zijn als automatische marker-tracking faalt, wat de doorvoer beïnvloedt.
