Analisi cinematica di andatura nel piano sagittale produce informazioni molto precise sulle modalità di esecuzione del movimento. Descriviamo l’applicazione di queste tecniche per identificare i deficit di andatura per topi sottoposti a demielinizzazione autoimmune-mediata. Questi metodi possono anche essere usati per caratterizzare i deficit di andatura per altri modelli di mouse con alterata locomozione.
Analisi cinematica di andatura nel piano sagittale sono stato frequentemente utilizzato per caratterizzare i deficit del motore nella sclerosi multipla (MS). Descriviamo l’applicazione di queste tecniche per identificare i deficit di andatura in un modello murino di MS, noto come encefalomielite autoimmune sperimentale (EAE). Deficit di paralisi e motore nei topi sottoposti a EAE in genere sono valutati utilizzando una scala di valutazione clinica. Tuttavia, questa scala produce solo dati ordinali che fornisce poche informazioni circa la natura precisa di deficit motori. La gravità della malattia EAE è stata valutata anche da rotarod performance, che fornisce una misura della coordinazione motoria generale. Al contrario, analisi di andatura cinematica dell’arto posteriore nel piano sagittale genera informazioni altamente precise come movimento è alterata. Per eseguire questa procedura, marcatori riflettenti sono collocati su un arto per rilevare il movimento articolare mentre un mouse sta camminando su un tapis roulant. Software di analisi del movimento è utilizzato per misurare il movimento dei marcatori durante la deambulazione. Parametri cinematici andatura sono poi derivati dai dati risultanti. Vi mostriamo come questi parametri di andatura possono essere utilizzati per quantificare alterati movimenti delle articolazioni dell’anca, ginocchio e caviglia in EAE. Queste tecniche possono essere utilizzate per meglio comprendere i meccanismi della malattia e identificare i possibili trattamenti per MS e altre patologie neurodegenerative che compromettere la mobilità.
Andatura è una serie di movimenti ripetitivi degli arti utilizzati per raggiungere la locomozione. Andatura è composta da cicli di passaggio, che sono divisi in due fasi: la fase statica, ovvero quando il piede è in movimento all’indietro sul terreno per spingere il corpo in avanti; e la fase dinamica, dove il piede è fuori la terra e movimento spedisce. Dispersioni di andatura sono caratteristiche di marchio di garanzia di molti disordini neurodegenerative, quali la ferita del midollo spinale (SCI), sclerosi a placche (MS), sclerosi laterale amiotrofica (SLA), malattia di Parkinson (MDP) e ictus; modelli preclinici roditore di questi disordini ricapitolano spesso loro rispettivi andatura menomazioni1. I meccanismi di controllo di base di locomozione in topi sono stati intensamente studiati2,3. Inoltre, ci sono modelli murini di molti disordini neurologici umani4. Analisi del passo in topi sono pertanto un approccio attraente per misurare gli aspetti multipli del deficit del motore che hanno conosciuto componenti anatomiche. Lo studio di andatura in modelli murini può fornire intuizioni le basi neuropathological dei deficit motorio nei disordini neurodegenerative e consentire l’identificazione di potenziali trattamenti.
Ispezione visiva (per esempio, il Basso del mouse scala5 e campo aperto test6) e l’analisi di andatura da piano ventrale7includono alcune tecniche che sono state utilizzate per misurare l’andatura in roditori. Più recentemente, metodi per misurare la cinematica sagittale del hindlimb movimenti hanno guadagnato popolarità perché forniscono ulteriori informazioni sull’esecuzione di movimento e di conseguenza sono più sensibili ai sottili cambiamenti nell’andatura8, 9 , 10 , 11. cinematiche tecniche sviluppate per studiare il movimento del hindlimb nel piano sagittale mentre si cammina su un tapis roulant9,12 sono stati ampiamente studiati nel contesto dell’ALS, lesioni corticali traumatiche, SCI, corsa, e Malattia di Huntington8,9,10,11,13,14,15,16. Al contrario, queste tecniche hanno visto uso limitato nello studio dei deficit motorio per modelli murini di sclerosi multipla17.
Encefalomielite autoimmune sperimentale (EAE) è il modello del mouse più comunemente usato di MS18. I due metodi principali di indurre EAE è tramite inoculazione attiva o passiva. In attivo EAE, topi sono immunizzati con antigeni mielinici, causando neuroinflammation mediata da cellule T autoreattive e demielinizzazione del midollo spinale e il cervelletto. EAE passiva, d’altra parte, è indotta da trasferimento di cellule T autoreattive da un mouse con EAE attivo ad un ingenuo del mouse19. Come descritto altrove, il decorso della malattia ed il neuropathology sono influenzati dall’antigene del sistema nervoso centrale (SNC) e mouse ceppo20,21,22,23,24 ,25. Negli esperimenti EAE, topi di controllo sono iniettati con adiuvante di Freund completo (CFA) senza l’antigene della mielina. EAE è caratterizzata da paralisi che inizia con la debolezza di coda e potenzialmente possono coinvolgere gli arti anteriori, ascendente conseguente atassia e paralisi20. Recentemente abbiamo caratterizzato i cambiamenti di andatura in topi C57Bl/6 sottoposti alla glicoproteina del oligodendrocyte di mielina 35-55 (MOG35-55)-indotto EAE. Questi studi hanno dimostrato l’analisi del passo di essere superiore rispetto ad analisi comportamentale classica perché deviazioni dal movimento della caviglia normale sono altamente correlate con il grado di perdita di sostanza bianca nel midollo spinale lombare di EAE topi26. Al contrario, la forza della correlazione tra la perdita di materia bianca e due altre misure comportamentali tradizionali (Punteggio clinico e rotarod) era molto più debole di26.
Qui descriviamo l’uso dell’analisi cinematica andatura per rilevare i deficit di movimento nel piano sagittale dei topi EAE cammina su un tapis roulant. Cinque marcatori riflettenti sono stati collocati su un arto posteriore per identificare il movimento dell’anca, del ginocchio e malleolare in registrazioni video ad alta velocità. Software di analisi del movimento è stato utilizzato per estrarre dati cinematici sulle escursioni congiunte. L’utilità di queste tecniche per quantificare i deficit di movimento per il modello di35-55 MOG di EAE sono discussi. Queste tecniche sono anche applicabili allo studio dei deficit di andatura in altri modelli murini di patologie neurodegenerative.
In topi con EAE, i due metodi più comuni di deficit motori di misurazione sono punteggi clinici e cadono la latenza da un rotarod27,28. Queste tecniche hanno diverse limitazioni. Anche se conveniente e ampiamente utilizzato, segnando clinico è limitato cedendo solo ordinali dati livelli, nel senso che la grandezza delle differenze tra punteggi clinici non sono noti. Punteggio clinico soffre anche di essere in grado di fornire informazioni precise circa la natur…
The authors have nothing to disclose.
Vorremmo riconoscere Sid Chedrawe per la sua assistenza tecnica con le riprese. Quest’opera è stata sostenuta da finanziamenti dalla MS Society of Canada (EGID 2983).
Camera | Nikon | Nikon D750 | Used to film the video |
Reflective tape | B&L Engineering | MKR-Tape-2 | |
Fine scissors | Fine Science Tools | 15023-10 | |
Forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | |
Glue gun | Craftsmart | E231647 | |
scalpel handle #4 | Roboz | R5-9884 | |
Scalpel Blade No.10 | Feather | 2020-12 | |
C57BL/6 mice | Charles River Laboratories | ||
Anesthetic machine | EZ Anesthesia | EZ-AF9000 Auto Flow System | |
Recirculating water heating blanket | Androit | HTP-1500 | |
topical eye lubricant | Refresh | DIN00210889 | |
Shaver | Oster | 78997-010 | |
High speed camera | Fastec | Fastec IL3-100 | |
High power light | Smith Victor Corporation | Model 700 SG (600 Watt quartz light, 120 Volts) | |
Light Stand | Promaster | LS1 | |
Treadmill | Custom built at the Zoological Institute, University of Cologne | ||
Microsoft Excel 2016 | Microsoft | Version 2016 | |
KinemaJ | Nicolas Stifani | This is a script generated for use with ImageJ | |
KinemaR | Nicolas Stifani | This is a script generated for use with Rstudio | |
Vicon Motus | Vicon Motus | Version 9.00 | |
GraphPad Prism | GraphPad | Version 6.00 |