MouseWalkerを用いた脊髄損傷マウスモデルにおける自発運動機能障害の定量化

要約

MouseWalker(MW)ツールボックスを使用して自由に歩くマウスの自発運動パターンを定量的に記述するための実験パイプラインが提供されており、初期のビデオ録画や追跡から定量化後の分析まで、さまざまな結果が得られています。マウスの脊髄挫傷損傷モデルを用いて、MWシステムの有用性を実証した。

要約

ウォーキングやランニングなどの複雑で高度に調整された運動プログラムの実行は、脊髄回路および脊髄上回路のリズミカルな活性化に依存しています。胸部脊髄損傷後、上流回路との通信が損なわれます。これは、順番に、限られた回復の可能性で、調整の喪失につながります。したがって、薬物または治療法の投与後の回復の程度をよりよく評価するためには、脊髄損傷の動物モデルにおける歩行、四肢協調、およびその他の自発運動行動の細かい側面を定量化するための、より詳細で正確な新しいツールが必要です。げっ歯類の自由歩行行動を定量的に評価するために、いくつかのアッセイが長年にわたって開発されてきました。ただし、通常、ステップ歩行戦略、フットプリントパターン、および調整に関連する直接的な測定値が不足しています。これらの欠点に対処するために、フラストレーション全反射(fTIR)通路と追跡および定量化ソフトウェアを組み合わせたMouseWalkerの更新バージョンが提供されています。このオープンソースシステムは、いくつかのグラフィカル出力と運動学的パラメータを抽出するように適合されており、一連の定量化後ツールを使用して、提供された出力データを分析できます。この原稿はまた、この方法がすでに確立された行動テストと組み合わせて、脊髄損傷後の自発運動障害を定量的に記述する方法を示しています。

概要

四肢の効果的な調整は、四足動物に固有のものではありません。人間の前肢と後肢の協調は、水泳や歩行中の速度の変化など、いくつかのタスクを実行するために依然として重要です¹。さまざまな四肢運動学²と運動プログラム^1,3,4、^および固有受容感覚フィードバック回路⁵は、ヒトと他の哺乳類の間で保存されており、脊髄損傷(SCI^)などの運動障害の治療オプションを分析する際に考慮する必要があります^6,7,8。

歩くためには、前肢と後肢からのいくつかの脊椎接続が適切に配線され、リズミカルに活性化される必要があり、これには脳からの入力と体性感覚系からのフィードバックが必要です^2,9,10。これらの接続は....

プロトコル

すべての取り扱い、外科的、および術後のケア手順は、ライセンス0421/000/000/2022に基づく欧州共同体ガイドライン(指令2010/63 / EU)およびポルトガルの動物管理に関する法律(DL 113/2013)に従って、Instituto de Medicina分子内部委員会(ORBEA)およびポルトガル動物倫理委員会(DGAV)によって承認されました。本研究では、9週齢の雌C57Bl/6Jマウスを用いた。動物の数を最小限に抑え、研究に使用された動物の苦しみを減らすためにあらゆる努力が払われました。MATLAB スクリプトと MW ソフトウェアのスタンドアロン バージョンはオープンソースであり、GitHub で入手できます
リポジトリ (https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker)。MWソフトウェアはMATLAB R2012bで開発されましたが、MATLAB R2022bで動作するように適合されています。 図1 は、MWの分析ワークフローを示しています。

1. マウスウォーカー(MW)装置のセットアップ

1. 前述のようにMW装置を組み立てるか

ディスカッション

ここでは、SCI後の自発運動行動を解析することにより、マウスウォーカー法の可能性を実証します。これは、他の標準的なテストでは見逃されるステップ、フットプリント、および歩行パターンの特定の変化に関する新しい洞察を提供します。MW パッケージの更新バージョンを提供するだけでなく、提供されている Python スクリプトを使用してデータ分析ツールについても説明します (手順 5 .......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
45º Mirror
2 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 16 cm height, 1 on each side	Misumi
2 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 23 cm, @ 45° , 1 on each side	Misumi
1 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 83 cm long	Misumi
87 x 23 cm mirror	General glass supplier
black cardboard filler	General stationery supplier		We used 2, one with 69 x 6 cm and another with 69 x 3cm to limit the reflection on the mirror
Background backlight
109 x 23 cm plexiglass (0.9525 cm thick)	General hardware supplier
2 lateral aluminum extrusion (4 x 4 cm), 20 cm long, 1 on each side	Misumi
multicolor LED strip	General hardware supplier
white opaque paper to cover the plexyglass	General stationery supplier
fTIR Support base and posts
2 aluminum extrusion (4 x 4 cm), 100 cm height	Misumi
60 x 30 cm metric breadboard	Edmund Optics	#54-641
M6 12 mm screws	Edmund Optics
M6 hex nuts and wahers	Edmund Optics
fTIR Walkway
109 x 8.5 cm plexyglass (1.2 cm thick)	General hardware supplier		109 x 8.5 cm plexyglass (1.2 cm thick)
109 cm long Base-U-channel aluminum with 1.6 cm height x 1.9 cm depth thick folds (to hold the plexyglass)	General hardware supplier
2 lateral aluminum extrusion (4 x 4 cm) 20 cm length, 1 on each side	Misumi
black cardboard filler	General stationery supplier		we used 2 fillers on each side to cover the limits of the plexyglass, avoiding bright edges
12 mm screws	Edmund Optics	M6
High speed camera (on a tripod)
Blackfly S USB3	Blackfly	USB3	This is a reccomendation. The requirement is to record at least 100 frames per second
Infinite Horizon Impactor
Infinite Horizon Impactor	Precision Systems and Instrumentation, LLC.
Lens
Nikkon AF Zoom-Nikkor 24-85mm	Nikkon	2.8-4D IF	This lens is reccomended, however other lens can be used. Make sure it contains a large aperture (i.e., smaller F-stop values), to capture fTIR signals
Software
MATLAB R2022b	MathWorks
Python 3.9.13	Python Software Foundation
Anaconda Navigator 2.1.4	Anaconda, Inc.
Spyder 5.1.5	Spyder Project Contributors
Walkway wall
2 large rectagular acrilics with 100 x 15 cm	Any bricolage convenience store
2 Trapezian acrilic laterals with 6-10 length x 15 cm height	Any bricolage convenience store
GitHub Materials
Folder name	URL
Boxplots	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Boxplots		Script to create Boxplots
Docs	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Docs		Additional documents
Heatmap	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Heatmaps		Script to create heatmap
Matlat script	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Matlab%20Script		MouseWalker matlab script
PCA	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/PCA%20plots		Script to perform Principal Component Analysis
Raw data Plots	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Rawdata%20Plots		Script to create Raw data plots
Residual Analysis	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Residual_Analysis		Code to compute residuals from Raw data