Method Article

Wykorzystanie MouseWalker do ilościowego określenia dysfunkcji lokomotorycznej w mysim modelu urazu rdzenia kręgowego

DOI:

10.3791/65207

⸱

March 24th, 2023

 ,  ,  ,  ,  , 
1Instituto de Medicina Molecular João Lobo Antunes, Faculdade de Medicina da Universidade de Lisboa, 2iNOVA4Health, NOVA Medical School|Faculdade de Ciências Médicas, NMS|FCM, Universidade Nova de Lisboa, 3Instituto de Histologia e Biologia do Desenvolvimento, Faculdade de Medicina da Universidade de Lisboa

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dostarczono eksperymentalny potok do ilościowego opisu wzorca lokomotorycznego swobodnie chodzących myszy za pomocą zestawu narzędzi MouseWalker (MW), począwszy od wstępnych nagrań wideo i śledzenia, a skończywszy na analizie po kwantyfikacji. W celu wykazania użyteczności systemu MW wykorzystano model kontuzji rdzenia kręgowego u myszy.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wykonywanie złożonych i wysoce skoordynowanych programów motorycznych, takich jak chodzenie i bieganie, zależy od rytmicznej aktywacji obwodów rdzeniowych i nadrdzeniowych. Po urazie rdzenia kręgowego w odcinku piersiowym komunikacja z obwodami nadrzędnymi jest upośledzona. To z kolei prowadzi do utraty koordynacji, przy ograniczonym potencjale regeneracyjnym. W związku z tym, aby lepiej ocenić stopień powrotu do zdrowia po podaniu leków lub terapii, konieczne jest opracowanie nowych, bardziej szczegółowych i dokładnych narzędzi do ilościowego określania chodu, koordynacji kończyn i innych drobnych aspektów zachowania lokomotorycznego w zwierzęcych modelach uszkodzenia rdzenia kręgowego. Na przestrzeni lat opracowano kilka testów do ilościowej oceny zachowań gryzoni podczas swobodnego chodzenia; Jednak zwykle brakuje im bezpośrednich pomiarów związanych ze strategiami chodu krokowego, wzorcami śladów stóp i koordynacją. Aby zaradzić tym niedociągnięciom, udostępniono zaktualizowaną wersję MouseWalker, która łączy w sobie chodnik z całkowitym wewnętrznym odbiciem (fTIR) z oprogramowaniem do śledzenia i kwantyfikacji. Ten system o otwartym kodzie źródłowym został przystosowany do wyodrębniania kilku graficznych wyników i parametrów kinematycznych, a zestaw narzędzi do post-kwantyfikacji może służyć do analizy dostarczonych danych wyjściowych. Manuskrypt ten pokazuje również, w jaki sposób ta metoda, w połączeniu z już ustalonymi testami behawioralnymi, ilościowo opisuje deficyty lokomotoryczne po urazie rdzenia kręgowego.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Efektywna koordynacja czterech kończyn nie jest unikalna dla czworonogów. Koordynacja kończyn przednich i tylnych u ludzi pozostaje ważna dla wykonania kilku zadań, takich jak pływanie i zmiany prędkości podczas chodzenia1. Różne kinematyki kończyn2 i program motoryczny1,3,4, a także proprioceptywne obwody sprzężenia zwrotnego5, są zachowane między ludźmi a innymi ssakami i powinny być brane pod uwagę przy analizie opcji terapeutycznych zaburzeń motorycznych, takich jak uraz rdzenia kręgowego (SCI)

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszystkie procedury związane z obsługą, chirurgią i opieką pooperacyjną zostały zatwierdzone przez Wewnętrzny Komitet Molekularny Instituto de Medicina (ORBEA) i Portugalską Komisję Etyki Zwierząt (DGAV) zgodnie z wytycznymi Wspólnoty Europejskiej (Dyrektywa 2010/63/UE) i portugalskim prawem o opiece nad zwierzętami (DL 113/2013) na podstawie licencji 0421/000/000/2022. Do niniejszego badania wykorzystano samice myszy C57Bl/6J w wieku 9 tygodni. Dołożono wszelkich starań, aby zminimalizować liczbę zwierząt i zmniejszyć cierpienie zwierząt wykorzystanych w badaniu. Skrypt MATLAB i samodzielna wersja oprogramowania MW są open-source i są dostępne pod adresem GitHub

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Standardowy system BMS opisuje deficyty motoryczne po SCI14. Ze względu na jego subiektywny charakter, inne testy ilościowe są zwykle wykonywane równolegle z BMS, aby uzyskać bardziej szczegółową i precyzyjną ocenę lokomocji. Jednak testy te nie pokazują konkretnych informacji na temat cykli krokowych, wzorców kroków i koordynacji kończyn przednich i tylnych, co jest niezwykle ważne w zrozumieniu, w jaki sposób obwody rdzeniowe zachowują funkcję i dostosowują się do niepełnego SCI. W tej sekcji po.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W tym przypadku potencjał metody MouseWalker jest demonstrowany poprzez analizę zachowań lokomotorycznych po SCI. Dostarcza nowych informacji na temat konkretnych zmian w krokach, śladach stóp i wzorcach chodu, które w przeciwnym razie zostałyby pominięte w innych standardowych testach. Oprócz dostarczenia zaktualizowanej wersji pakietu MW, narzędzia do analizy danych są również opisane za pomocą dostarczonych skryptów Pythona (patrz krok 5).

Ponieważ MW generuje duży zbiór danych i zbiór para.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy dziękują Laurze Tucker i Natasie Loncarevic za ich komentarze na temat manuskryptu i wsparcie udzielone przez Zakład Gryzoni Instituto de Medicina Molecular João Lobo Antunes. Autorzy pragną podziękować za wsparcie finansowe ze strony Prémios Santa Casa Neurociências - Prize Melo e Castro for Spinal Cord Injury Research (MC-36/2020) dla L.S. i C.S.M. Prace te były wspierane przez Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) (PTDC/BIA-COM/0151/2020), iNOVA4Health (UIDB/04462/2020 i UIDP/04462/2020) oraz LS4FUTURE (LA/P/0087/2020) na rzecz C.S.M. L.S. było wspierane przez umowę z indywidualnym kierownikiem projektu CEEC (2021.02253.CEECIND). Projekt A.F.I. był w....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
45º Lustro 
2 profil aluminiowy (2 x 2 cm), wysokość 16 cm, 1 z każdej stronyprofil aluminiowy Misumi
2 (2 x 2 cm), 23 cm, @ 45° , 1 z każdej stronyaluminiowy Misumi
1 (2 x 2 cm), długość 83 cmMisumi
87 x 23 cm Ogólnydostawca szkła 
Wypełniacz z czarnego kartonu artykułów papierniczychUżyliśmy 2, jednego o wymiarach 69 x 6 cm, a drugiego o wymiarach 69 x 3 cm, aby ograniczyć odbicie od lustra
< mocny > Podświetlenie tła< / mocne>
pleksi 109 x 23 cm (grubość 0,9525 cm)Ogólny dostawca
2 boczne profile aluminiowe (4 x 4 cm), o długości 20 cm, po 1 z każdej stronyMisumi
wielokolorowa taśma LEDOgólny dostawca
biały nieprzezroczysty papier do pokrycia pleksyOgólny dostawca
fTIR Podstawa nośna i słupki
2 profil aluminiowy (4 x 4 cm), wysokość 100 cmMisumi
60 x 30 cm metryczna płyta stykowaEdmund Optics #54-641
M6 12 mmEdmund Optics 
Nakrętki sześciokątne M6 i waheryEdmund Optics 
Chodnik fTIR 
109 x 8,5 cm pleksy (1,2 cm grubości)Ogólny dostawca109 x 8,5 cm pleksi (1,2 cm grubości)
109 cm długości Aluminiowy kanał Base-U z grubymi fałdami o wysokości 1,6 cm x głębokości 1,9 cm (do trzymania pleksy)Ogólny dostawca
2 boczne profile aluminiowe (4 x 4 cm) o długości 20 cm, po 1 z każdej stronyMisumi
Wypełniacz z czarnego kartonu artykułów papierniczychużyliśmy 2 wypełniaczy z każdej strony, aby zakryć granice pleksy, unikając jasnych krawędzi
M6 12 mmEdmund Optics 
High Speed camera (na statywie)
Blackfly S USB3FLIR#BFS-U3-32S4M-CTo jest zalecenie. Wymagane jest nagrywanie co najmniej 100 klatek na sekundę
Infinite Horizon Impactor 
Impaktor Infinite Horizon Systemy precyzyjne i oprzyrządowanie, LLC.#0400
Obiektyw
Nikon AF Zoom-Nikkor 24-85mmNikon#1929Ten obiektyw jest zalecany, jednak można użyć innego obiektywu. Upewnij się, że zawiera dużą aperturę (tj. mniejsze wartości przysłony), aby przechwytywać sygnały fTIR
Software
MATLAB R2022bMathWorks
Python 3.9.13 Python Software Foundation
Anaconda Navigator 2.1.4Anaconda, Inc.
Spyder 5.1.5 projektu Spyder
Walkway wall 
2 duże akrylowe retagular o wymiarach 100 x 15 cmKażdy sklep
2 Trapezowe akrylowe boczne o długości 6-10 x wysokości 15 cmDowolny sklep
GitHub Materials
Nazwa folderuURL
Boxplotshttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/BoxplotsSkrypt do tworzenia wykresów skrzynkowych
Dokumentyhttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/DocsDodatkowe dokumenty
Mapa cieplnahttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/HeatmapsSkrypt do tworzenia mapy cieplnej
Skrypt Matlathttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Matlab%20ScriptMouseWalker skrypt matlab
PCAhttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/PCA%20plotsSkrypt do wykonywania analizy głównych składowych
Wykresy surowych danychhttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Rawdata%20PlotsSkrypt do tworzenia wykresów danych
pierwotnych Analiza reszthttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Residual_AnalysisKod do obliczania reszt na podstawie danych pierwotnych
profil Lustro Ogólny dostawca sprzętusprzętu artykułów piśmienniczych sprzętu sprzętuOgólny dostawca Współtwórcy spożywczy z brikolażem spożywczy z brikolażem

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Frigon, A. The neural control of interlimb coordination during mammalian locomotion. Journal of Neurophysiology. 117 (6), 2224-2241 (2017).
  2. Grillner, S. Biological pattern generation: The cellular and computational logic of networks in motion.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

MouseWalker SystemSpinal Cord InjuryLocomotor DysfunctionGait QuantificationMouse ModelMotor CoordinationKinematic AnalysisBehavioral AssaysOpen Source ToolsFootprint Patterns

Related Articles