Avaliação da Função Membro Anterior após Unilateral Cervical SCI usando tarefas Novel: Membro Passo alternância, instabilidade postural e Pasta Manipulação
16 de setembro de 2013
Três novos testes comportamentais (membro anterior passo a alternância, teste instabilidade postural, teste de manipulação de massas) para avaliar a função do membro torácico após lesão medular cervical em roedores são descritos.
O objetivo geral deste procedimento é avaliar os déficits funcionais e a recuperação após lesão medular cervical. Isso é feito primeiro treinando os animais para se sentirem confortáveis durante o manuseio e dentro do ambiente de teste. Em seguida, os ratos são avaliados quanto à sua capacidade de alternar para pisar nos membros.
Em seguida, os animais são testados quanto à sua capacidade de responder às mudanças do centro de gravidade e ajustar sua postura adequadamente. Finalmente, a função de quatro patas e quatro membros é analisada durante uma tarefa de manuseio motor fino, que exige que os animais comam macarrão. Em última análise, podem ser obtidos resultados que mostram diferenças no déficit após lesão medular cervical, o que permite que os animais sejam agrupados com base em seus déficits funcionais que se correlacionam com suas diferenças anatômicas.
A principal vantagem dos métodos descritos aqui sobre outros métodos existentes, como a análise de pegadas, é que é muito mais simples de usar e não requer equipamentos ou softwares caros. Esses métodos fornecem informações sobre a recuperação funcional após lesão na medula espinhal, mas também podem ser usados para outros modelos de doenças, como doença de Parkinson, acidente vascular cerebral ou outros distúrbios neurológicos que causam déficit motor Os animais usados neste estudo terão uma lesão lateral da medula espinhal C3 C quatro duas a três semanas antes da cirurgia. Aclimatar os animais ao manuseio e ao ambiente de teste coberto com lixa para evitar escorregões, órteses ou arrasto de quatro membros.
O teste de alternância de passos de quatro membros determina se o animal doa o uso de seus membros anteriores, e este teste pode ser realizado diariamente antes de começar, garantir que o animal pare de lutar e que seus músculos estejam relaxados. Em seguida, segure o animal em uma mesa em uma postura de sustentação de peso apenas para membros anteriores ou em uma posição de carrinho de mão com o corpo a quase 90 graus em relação à mesa. Quando o animal parecer relaxado em suas mãos, empurre-o para frente para se mover ao longo da superfície da mesa.
Determine e registre se o rato alterna o uso dos membros anteriores enquanto se move pela superfície. Repita este teste pelo menos duas vezes enquanto segura o animal com uma mão e depois duas vezes enquanto o segura. Por outro lado.
Se o rato demonstrou com sucesso a alternância de passos, execute o teste novamente introduzindo uma espera de cinco segundos após o primeiro passo para determinar se o padrão de alternância permanece após um atraso. Anote os resultados e registre-os na súmula. O teste de instabilidade postural examina a distância que o animal leva para dar um passo com o membro anterior para recuperar o equilíbrio.
Semelhante ao teste de alternância, o animal deve liberar a tensão em seus músculos antes de começar a usar uma mesa coberta com lixa, permitir que o animal adote a posição do carrinho de mão com o corpo em um ângulo de quase 90 graus em relação à mesa, levemente contido um quatro membros contra o tronco do animal e alinhar seu nariz com a linha zero vista de cima. Em seguida, mova o rato para frente. Isso mudará o centro de gravidade do animal e o estimulará a dar um passo para recuperar o equilíbrio.
Determine a nova posição do nariz após o rato pisar duas vezes e use a média desses dois passos como a distância necessária para acionar um passo. Registre os resultados na folha de pontuação do teste de instabilidade postural fornecida no protocolo de texto. Teste cada membro cinco vezes.
O teste de manuseio de macarrão medirá o tempo que leva para comer um pedaço padrão de macarrão e a preferência da pata durante cada sessão, uma a duas semanas antes da cirurgia, dará ao rato cinco a seis pedaços de fios de espaguete fino de 4,0 centímetros todos os dias em sua gaiola doméstica para prepará-lo para as medições de linha de base. Em seguida, coloque o rato em uma câmara de teste e coloque pedaços de macarrão perto da frente da câmara, onde o uso de seus membros possa ser facilmente observado. Em seguida, registre o tempo que leva para comer cada pedaço de macarrão.
Permita que o animal coma pelo menos três pedaços por sessão. Se o animal fizer uma pausa enquanto come, pause o tempo. Também reiniciar o tempo em que o animal volta a comer.
Uma vez que o rato tenha mostrado um tempo consistente de comer macarrão por pelo menos três dias durante o treinamento, o animal está pronto para o registro de linha de base para coletar dados coloque pedaços de macarrão no chão perto da frente da câmara usando a folha de pontuação de manuseio de macarrão fornecida no protocolo de texto para registrar o tempo que o rato leva para comer um pedaço de macarrão, quais para membros foram usados e as posições dos para membros como mostrado aqui. Usando o teste de alternância de passos do membro anterior. Após a lesão medular cirúrgica, apenas 50% dos animais foram capazes de alternar o uso de seus membros anteriores e 50% dos alternadores bem-sucedidos foram capazes de alternar o uso de seus membros após um atraso de cinco segundos.
Correlacionando os achados com estudos anatômicos revelou que os alternadores têm uma área significativamente maior de trato espinhal cortical poupado e coluna dorsal no lado lesional contr, indicando que o teste de alternância do passo do membro pode predizer a gravidade da lesão, bem como a unilateralidade das lesões. O uso deste teste permitirá a separação dos grupos com base na gravidade da lesão. Por exemplo, quatro medições da escala locomotora dos membros podem ser separadas com base na gravidade da lesão para resultados mais claros.
Aqui, os dados coletados do teste de instabilidade postural mostram alterações nos membros lesionais e contralesionais após lesão medular. Lesões unilaterais da medula espinhal podem causar alterações não apenas no membro acometido e/ou acometido, mas também no membro não acometido. O uso do teste de instabilidade postural após lesão medular cervical demonstrou que houve um efeito significativo do estado da lesão.
Além disso, o deslocamento do membro foi significativamente maior no lado lesional do IPS dos animais lesionados em comparação com os animais com cirurgia simulada. Embora a distância de deslocamento no contral lesional para o membro tenha sido muito menor em comparação com os animais simulados, conforme mostrado nesta figura em pontos de tempo crônicos após a lesão, tanto os animais simulados quanto os do grupo lesionado levaram tempo semelhante para comer macarrão. No entanto, enquanto os animais simulados e os alternadores lesionados comeram macarrão usando ambas as patas durante o período de teste, uma porcentagem menor de não alternadores gravemente feridos foi capaz de usar seus membros anteriores lesionados ips para comer macarrão.
Esses testes podem ser realizados em menos de cinco minutos por rato, se realizados corretamente. Os testes comportamentais descritos aqui podem ser usados em combinação com outros testes comportamentais existentes, como testes de preferência de pata de cilindro de falha do pé e para testes de escala locomotiva de membros para avaliar completamente a lesão Ipsy do animal, bem como contral lesional para função do membro após lesão da medula espinhal cervical.
Visão Geral
Este artigo descreve três novos testes comportamentais projetados para avaliar a função dos membros anteriores após lesão da medula espinhal cervical em roedores. Esses testes incluem o teste de alternância de passos dos membros anteriores, o teste de instabilidade postural e o teste de manipulação de pasta, que avaliam coletivamente os déficits funcionais e a recuperação.
Principais Componentes do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Avaliação comportamental
- Lesão da medula espinhal
Fundamentos
- Lesões da medula espinhal cervical podem levar a déficits motores significativos.
- Métodos existentes para avaliar a função dos membros anteriores podem ser complexos e requerem equipamentos caros.
- Novos métodos mais simples são necessários para avaliar a recuperação em modelos animais.
- Testes comportamentais podem fornecer insights sobre a recuperação funcional e correlacionar com diferenças anatômicas.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver e validar novos testes comportamentais para avaliar a função dos membros anteriores após lesão da medula espinhal.
- Fornecer uma alternativa mais simples aos métodos existentes.
- Analisar a recuperação funcional e os déficits em modelos de roedores.
Métodos Utilizados
- Teste de alternância de passos dos membros anteriores para avaliar o uso dos membros.
- Teste de instabilidade postural para medir a recuperação do equilíbrio.
- Teste de manipulação de pasta para avaliar habilidades motoras finas e preferência de pata.
- Coleta e análise de dados para correlacionar resultados comportamentais com achados anatômicos.
Principais Resultados
- 50% dos animais demonstraram alternância dos membros anteriores após a lesão.
- Diferenças significativas na recuperação do equilíbrio foram observadas entre animais lesionados e sham.
- Os testes comportamentais efetivamente previram a severidade da lesão e os déficits funcionais.
- Os resultados indicam que tanto os membros prejudicados quanto os não prejudicados são afetados por lesões unilaterais.
Conclusões
- Os novos testes comportamentais fornecem um método confiável para avaliar a função dos membros anteriores após lesão da medula espinhal.
- Esses testes podem ser usados para agrupar animais com base em déficits funcionais.
- Os insights obtidos podem auxiliar na compreensão dos processos de recuperação em vários distúrbios neurológicos.
Perguntas Frequentes
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.
