Compreensão abrangente da alteração da marcha induzida pela inatividade em roedores
6 de julho de 2022
O presente protocolo descreve o rastreamento/avaliação de movimento tridimensional para descrever a alteração do movimento da marcha de ratos após a exposição a um ambiente simulado de desuso.
Nosso protocolo fornece um procedimento abrangente para determinar parâmetros para análise de movimento conjunto. As análises de movimento conjunto são muitas vezes complicadas devido à falta de definição abrangente de parâmetros. Mostramos esquemas padrão de definições de parâmetros que são universalmente aplicáveis a campos relacionados.
Para começar, abra o aplicativo MotionRecorder. Coloque o rato na correia da esteira. Aumente a velocidade da correia para 20 centímetros por segundo.
À medida que o rato começa a andar normalmente na velocidade desejada, clique no ícone Gravar para iniciar a captura de vídeo. Uma vez obtidas 5 a 10 etapas consecutivas, pare a captura clicando no ícone Gravar. Abra o aplicativo 3DCalculator e o arquivo de vídeo a ser analisado.
Corte o vídeo ajustando a barra de controle deslizante horizontal na parte superior, para conter números suficientes de passos consecutivos. Para capturar os marcadores, arraste as lendas do marcador no modelo de imagem de vara para o marcador correspondente no vídeo capturado e solte o botão. Clique no ícone Rastreamento Automático.
Se o sistema não rastrear com precisão marcadores ou o processo de rastreamento parar devido à perda do marcador, mude para o modo manual clicando no ícone Manual. Clique na legenda do marcador ausente na imagem da vara e no marcador correspondente no vídeo. Abra o aplicativo KineAnalyzer e carregue o arquivo.
Vá para Exibir e clique no menu Editar marcador mestre. Ele abrirá a janela de edição do marcador. Clique no rótulo ou marco desejado na guia marcador e clique na cor desejada.
Este processo designa cada marcador para um marco específico. Em seguida, na guia link", crie linhas que correspondam a cada membro clicando em dois marcadores consecutivamente. Atribua cores às linhas criadas selecionando a cor desejada na coluna Cor.
Defina ângulos na guia ângulo". Depois de nomear o ângulo, atribua vetor A como linha de referência e Vetor B como a linha móvel, clicando nos marcadores correspondentes a cada marco. Em seguida, defina a direção do ângulo com um valor na seção de operação na mesma guia.
Em seguida, na guia distância", defina o parâmetro de distância. Selecione dois marcadores correspondentes na seção Configuração de distância. Seis animais foram aleatoriamente atribuídos ao grupo de descarga, no qual os membros traseiros do animal foram descarregados pela cauda por duas semanas, ou para o grupo controle, no qual os animais foram deixados livres.
As trajetórias articulares normalizadas para o joelho e tornozelo durante a fase de postura mostraram que o grupo descarregado apresentava mais extensões no joelho e tornozelo do que o grupo controle. Duas semanas após o descarregamento, medidas quantitativas como o ângulo do joelho no ângulo médio e o ângulo do tornozelo do grupo descarregado foram significativamente maiores do que as do grupo controle. A distância metatarso-quadril, que é praticamente equivalente à altura da articulação do quadril no meio da posição, também foi consideravelmente maior no grupo descarregado.
Esse método deu aos pesquisadores os fundamentos de como determinar parâmetros de movimento conjunto. Dessa forma, eles podem criar estruturas específicas para abordar suas próprias questões de pesquisa.
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Visão Geral
Este estudo descreve um protocolo para rastreamento tridimensional de movimento com o objetivo de analisar alterações na marcha em ratos após um ambiente simulado de desuso. O protocolo permite uma análise abrangente do movimento articular, fornecendo definições claras de parâmetros aplicáveis em diversas áreas de pesquisa. Especificamente, examina o impacto do alívio da carga nos membros posteriores sobre os movimentos do joelho e do tornozelo durante a locomoção.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Análise comportamental
- Biomecânica
Contexto
- A análise do movimento articular é frequentemente prejudicada por parâmetros mal definidos.
- Compreender a disfunção da marcha após o desuso pode esclarecer os efeitos da inatividade.
- Utiliza um ambiente controlado para simular os efeitos do desuso na locomoção de ratos.
- Emprega software avançado de análise de movimento para avaliações precisas.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver um protocolo para rastrear o movimento articular em um espaço tridimensional.
- Avaliar os efeitos do descarregamento dos membros posteriores sobre a mecânica da marcha.
- Fornecer definições padronizadas de parâmetros para aplicabilidade ampla.
Métodos Utilizados
- A plataforma principal utilizada para o rastreamento de movimento envolve uma esteira acoplada ao aplicativo MotionRecorder.
- O modelo biológico consiste em ratos submetidos à suspensão da extremidade posterior por duas semanas, comparados a um grupo controle.
- Nenhum fluxo de trabalho de multiômica foi mencionado; o foco permanece na análise biomecânica.
- Os principais passos incluem a gravação em vídeo da locomoção, o rastreamento de marcadores e a análise de dados por meio do KineAnalyzer.
- A normalização das trajetórias articulares fornece insights sobre o impacto da suspensão nos ângulos das articulações.
Resultados Principais
- Os resultados indicam que o grupo sem carga exibiu maior extensibilidade nos ângulos do joelho e do tornozelo durante a fase de apoio.
- Medidas quantitativas revelaram aumentos significativos nos ângulos do joelho e do tornozelo em comparação com os indivíduos controle.
- A distância metatarso-quadriil aumentou significativamente no grupo sem carga, indicando alterações na biomecânica devido ao desuso.
- Este método permite a determinação precisa de parâmetros de movimento articular para investigações científicas relacionadas.
Conclusões
- Este estudo demonstra uma abordagem robusta para analisar quantitativamente o movimento articular em resposta a condições de desuso.
- Os achados têm implicações para a compreensão das adaptações e déficits biomecânicos após imobilização.
- O método serve como base para investigações adicionais sobre alterações na marcha e estratégias de reabilitação.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A análise quantitativa da marcha tridimensional em modelos de roedores permite a avaliação objetiva de alterações neuromusculares e biomecânicas induzidas pela inatividade, apoiando a descoberta precoce e a pesquisa translacional. Esta abordagem fornece parâmetros padronizados e reprodutíveis de movimento articular, essenciais para a redução de riscos mecanicistas e a confiança preditiva na seleção de modelos pré-clínicos. O método aprimora a tomada de decisões em portfólios ao esclarecer o impacto da desuso na função locomotora e ao apoiar o avanço ajustado ao risco de hipóteses terapêuticas direcionadas a distúrbios neuromusculares.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação quantitativa da função neuromuscular após desuso em modelos de roedores relevantes para doenças.
- Auxilia na redução de riscos mecanicistas ao fornecer parâmetros objetivos de movimento articular para validação de alvos.
- Facilita a confiança preditiva na associação de alvos neurais ou músculo-esqueléticos a desfechos funcionais.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Estabelece métricas de marcha validadas e reprodutíveis para triagem subsequente de intervenções candidatas.
- Padroniza os resultados da análise de movimento, apoiando o desenvolvimento de ensaios e a comparabilidade entre estudos.
- Permite a extração de múltiplos parâmetros quantitativos a partir de um único conjunto de dados, aumentando a versatilidade do ensaio.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha métricas pré-clínicas de marcha com pontos finais translacionais relevantes para pesquisas neuromusculares e de reabilitação.
- Permite a continuidade desde a fase inicial de descoberta até a validação pré-clínica, possibilitando leituras objetivas e quantitativas.
- Oferece uma base para decisões de avanço ajustadas ao risco, com base no alinhamento de biomarcadores funcionais.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este método de análise de movimento 3D integra-se ao continuum de descoberta a pré-clínico ao permitir testes de hipóteses, padronização de ensaios e alinhamento de pontos finais translacionais.
- Biologia da Descoberta: Apoia testes de hipóteses sobre alterações neuromusculares induzidas pelo desuso e a clarificação de vias.
- Triagem: Fornece métricas reprodutíveis e quantitativas da marcha para avaliação de compostos ou intervenções.
- Análises: Oferece medições de ângulos articulares e distâncias para comparação estatística robusta entre grupos experimentais.
- Pesquisa Translacional: Conecta achados pré-clínicos a desfechos clínicos da marcha na pesquisa neuromuscular.
- Reutilização Empresarial: Oferece um fluxo de trabalho padronizado e reutilizável para diversos estudos de marcha em roedores em diferentes áreas terapêuticas.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista na validação de alvos neuromusculares.
- Valor Operacional: Aprimora a padronização, reprodutibilidade e escalabilidade dos fluxos de trabalho de análise da marcha.
- Valor Estratégico: Melhora as decisões de prosseguir ou interromper projetos e a eficiência do capital ao fornecer leituras funcionais objetivas.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de programas terapêuticos voltados para disuso ou disfunção neuromuscular.
Considerações de Implementação
- Requer experiência em captura de movimento, colocação de marcadores e software de reconstrução 3D.
- Exige acesso a sistemas de captura de vídeo com múltiplas câmeras e aplicações especializadas de análise.
- Necessita padronização entre equipes nas definições de parâmetros e nos fluxos de trabalho de processamento de dados.
- A adaptação a outros modelos de roedores ou contextos de doenças pode exigir otimização do protocolo.
- Pode ser necessária intervenção manual se o rastreamento automático de marcadores falhar, o que afeta a produtividade.
