Parkinson Hastalığının Genetik Sıçan Modelinde Yürüme Analizi için RatWalker Sisteminin Uygulanması
18 Ocak 2021
Burada, MouseWalker aparatının sıçanların artan boyutuna ve ağırlığına uyum sağlayacak şekilde yeniden tasarlanmasıyla inşa edilen RatWalker sistemini tanımlıyoruz. Bu sistem, yürüyüş parametrelerini izlemek ve ölçmek için hayal kırıklığına uğramış toplam dahili yansıma (FTIR), yüksek hızlı video yakalama ve açık erişimli analiz yazılımı kullanır.
Bu yöntem, yürüyüş parametrelerindeki farklılıkları tekrarlanabilir bir şekilde ölçmeyi mümkün kılar. Yürüme parametreleri serbestçe yürüyen kemirgenlerde değerlendirilebilir ve teknik, ayakların mürekkeple daldırılması gibi invaziv adımlara dayanmaz. Prosedürü gösteren Ben Lamberty olacak.
Her koşunun başlamasından önce yürüyüş yolunun sonuna bir ev kafesi yerleştirerek başlayın, sıçanın geçitten geçmesi için olumlu bir ipucu olarak hizmet edin. Oda ışıklarını kapatın. Kamerayı açın ve sıçan platforma yerleştirilmeden birkaç saniye önce kayda başlayın.
Muhafaza monte edildiğinde, sıçanı yürüyüş yolunun sonunda, ev kafesinin karşısına yerleştirin ve yürüyüş yolunda zorlanmadan yürümesine izin verin. Hayvan yürüyüş yolunun sonuna ulaştığında kaydı durdurun. Yürüyüş yolunu% 70 etanol ve aşındırıcı olmayan bir havlu kullanarak ve koşular arasında ve bir hayvan idrar yaptıktan veya dışkıladıktan sonra temizleyin.
Ardından, başka bir hayvanı tanıtmadan önce etanolün buharlaşmasına izin verin. Sıçanları her gözlem periyodu boyunca toplam yedi kez geçitten geçirin ve ilk üç koşuyu analiz için geçen olarak kabul edin. Hayvan, tımar, duraklama veya hatalı hareketler nedeniyle kesintisiz olarak ev kafesi yönünde dört veya daha fazla ardışık adım atarsa, bir koşuyu geçiyormuş gibi puanlayın.
Yürüme analizi, kinematik yürüyüş analizinin kullanılmasının, kaba motor problemlerinin ortaya çıkmasından önce ince motor bozukluklarını ortaya çıkarıp çıkaramayacağını belirlemek için iki aylıkken erkek vahşi tip ve Parkin DKO sıçanları üzerinde gerçekleştirildi. DKO sıçanlarının artan ağırlığına rağmen, yürüme yüzeyine uygulanan ayak basıncı değişmedi. Yürüme hızının bir fonksiyonu olarak birkaç yürüyüş parametresinin değerlendirilmesi üzerine, yürüme hızı ve adım uzunluklarının vahşi tip ve DKO sıçanları arasında benzer olduğu bulunmuştur.
Vahşi tip ve DKO sıçanlar arasındaki varyasyon, duruş fazında ve daha yavaş yürüme hızlarında salınım süresinde belirginleşti. Bacağın duruş aşamasında olduğu adım döngüsünün fraksiyonu görev faktörüydü. Görev faktörü azaldıkça salıncak aşamasında duruş aşamasından daha fazla zaman harcandı.
Ayrıca, vahşi tip hayvanlarda salınım hızları artan hız ile artarken, DKO sıçanlarında korelasyon körelmiştir. FTIR yürüyüş analizi, serbestçe yürüyen sıçanlarda vücuda göre her bacağın duruş fazı izlerinin grafiklerini oluşturmak için de kullanılmıştır. Pençe pozisyonu karşılaştırıldığında, AEP ve PEP'de önemli değişiklikler gözlendi.
DKO sıçanlarında vahşi tipe kıyasla birkaç ek parametre önemli ölçüde değiştirildi. DKO sıçanlarında hem sol hem de sağ arka bacakların salınım hızı artarken, hem sol hem de sağ arka bacakların salınım süresi azaldı. RatWalker ile ilgili kamera konumu da dahil olmak üzere ekipmanın tutarlı kurulumu, bu protokolün başarılı bir şekilde uygulanması için önemlidir.
Bu protokolü uyguladıktan sonra, hayvanlar gerekli herhangi bir ek davranış veya deneysel son nokta için kullanılabilir. Örneğin, yürüyüş değişiklikleri histolojik değişikliklerle ilişkilendirilebilir. Bu teknik, anksiyete ve depresyon modelleri gibi diğer PD olmayan kemirgen modellerinde yürüyüşü değerlendirmek için kullanılabilir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, serbestçe yürüyen sıçanlarda yürüyüş analizi için tasarlanan ve kısıtlanmış tam iç yansıma (FTIR) ve yüksek hızlı video yakalama kullanan RatWalker sistemini sunar. Bu, motor bozukluklarına, özellikle genetik olarak modifiye edilmiş Parkin DKO sıçanlarında, dair içgörüler sağlayarak yürüyüş parametrelerinin kesin ölçümünü mümkün kılar.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Davranış analizi
- Yürüyüş değerlendirmesi
Arka Plan
- Kemirgenlerde yürüyüş analizi genellikle istilacı yöntemlere dayanır.
- Önceki çalışmalar, motor fonksiyonu değerlendirmek için geliştirilmiş non-invaziv tekniklere olan ihtiyacı göstermiştir.
- RatWalker, daha büyük kemirgenleri barındırmak için MouseWalker sisteminin bir modifikasyonudur.
- Bu sistem, belirgin semptomlardan önce ince motor eksiklikleri belirlemeye yardımcı olabilir.
Çalışmanın Amacı
- Sıçanlarda yürüyüş analizi için non-invaziv bir yöntem geliştirmek.
- Yabani tip ve Parkin DKO sıçanlarında yürüyüş farklılıklarını araştırmak.
- Çoklu denemeler boyunca yürüyüş parametrelerini takip etmek için güvenilir bir protokol kurmak.
Kullanılan Yöntemler
- RatWalker sistemi, serbestçe yürüyen sıçanların yürüyüşünü analiz etmek için kullanıldı.
- Biyolojik modeller olarak iki aylık erkek yabani tip ve Parkin DKO sıçanları kullanıldı.
- Çalışmada multiomics iş akışlarından bahsedilmedi.
- Sıçanlar toplam yedi kez geçit üzerinde yürüdü ve ardışık adımlara dayalı puanlama yapıldı.
- Yürüyüş parametreleri FTIR ve video analizi kullanılarak ölçüldü.
Ana Sonuçlar
- Yürüyüş analizi, daha yavaş hızlarda DKO sıçanlarının duruş evresi ve sallanma süresinde önemli farklılıklar gösterdi.
- Benzer yürüyüş hızlarına rağmen, DKO sıçanları yabani tip sıçanlara göre değiştirilmiş zamansal yürüyüş parametreleri sergiledi.
- DKO sıçanlarında pençe konumlandırması ve sallanma hızlarında önemli değişiklikler gözlendi.
- Çalışma, güvenilir sonuçlar için ekipman tutarlılığını vurgulamaktadır.
Sonuçlar
- RatWalker sistemi, çeşitli kemirgen modellerinde daha geniş uygulamalar için potansiyeli olan non-invaziv yürüyüş analizi sağlar.
- Bulgular, genetik hastalık modellerinde motor işlev bozukluğunun anlaşılmasına katkıda bulunur.
- Çeşitli nörolojik durumlarla ilgili yürüyüş bozukluklarını araştırmada uygulamaları genişletir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Early detection of subtle motor impairments in genetic models supports target validation and mechanistic de-risking in neurodegenerative disease programs. The RatWalker system enables non-invasive, quantitative gait analysis that can identify phenotypic changes prior to gross motor deficits, improving predictive confidence in preclinical screening. This approach aids in prioritizing therapeutic candidates by providing translatable biomarkers of functional decline in Parkinson’s disease models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying gait parameters in genetic rat models of Parkinson’s disease.
- Operational Value: Supports biological de-risking through reproducible assessment of motor function in freely-walking rodents.
- Predictive Value: Facilitates early phenotypic characterization to inform target confidence and portfolio triage decisions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative, high-resolution gait data including stance phase, swing duration, and paw positioning for comparative analysis.
- Operational Value: Delivers standardized, scalable readouts suitable for assay development and compound screening campaigns.
- Reproducibility: Requires consistent equipment setup and scoring criteria to ensure reliable data across trials and laboratories.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Correlates gait alterations with histological endpoints to bridge behavioral and neuropathological findings.
- Disease-Relevant System: Models early-stage motor dysfunction in genetic Parkinson’s disease prior to overt symptom onset.
- Mechanistic De-risking: Identifies gait-based biomarkers that reflect underlying neuropathology in Parkin/Pink1-deficient models.
Pipeline & Workflow Integration
The RatWalker system fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, enabling iterative assessment of motor phenotypes across study phases.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by measuring gait deficits in genetic models to validate target engagement and pathway modulation.
- Screening: Provides assay-ready, quantitative outputs for evaluating therapeutic effects on motor function in rodent models.
- Analytics: Delivers kinematic parameters such as duty factor, swing speed, and step symmetry for objective comparison between genotypes.
- Translational Research: Enables correlation of gait changes with neurodegeneration markers to support biomarker alignment and pathophysiological insight.
- Enterprise Reuse: Represents a scalable, non-invasive platform applicable across multiple neurological disease models beyond Parkinson’s disease.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by detecting early motor impairments that mirror clinical prodromal symptoms.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized walkway traversal, scoring thresholds, and environmental controls.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by reducing reliance on late-stage phenotypic readouts in preclinical development.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted advancement by identifying models with construct validity for therapeutic screening.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and video-based motion analysis for proper setup and interpretation.
- Depends on consistent camera positioning, lighting conditions, and walkway sanitation to minimize variability.
- Necessitates cross-team agreement on run scoring criteria (e.g., four consecutive steps) to ensure data comparability.
- Must account for species-specific locomotion patterns when adapting the system to other rodent models or strains.
- Limited to assessing temporal and spatial gait parameters; does not capture complex locomotor sequences or fine limb kinematics without supplementary methods.
