Name: automated gait analysis to assess functional recovery in rodents with peripheral nerve or spinal cord contusion injury
Uploaded: 2020-10-06T15:00:00
Duration: 6 min 31 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Automated Gait Analysis to Assess Functional Recovery in Rodents with Peripheral Nerve or Spinal Cord Contusion Injury at JoVE.com

Forfatterne vil gerne takke Karin Brenner for hendes lidenskabelige pasning af dyrene. Forfatterne vil også gerne takke Claudia Keibl, James Ferguson, Gabriele Leinfellner og Susanne Drechsler for deres hjælp under de eksperimentelle operationer.

Forfatterne erklærer, at dette arbejde blev støttet af Noldus Inc. af dækningen af open access publikation gebyr. Ingen af forfatterne modtog nogen personlig løn eller nogen form for finansiel drikkepenge. Forfatterne har ingen andre konkurrerende interesser at erklære.

Vurderingen af funktionel nyttiggørelse i dyremodeller af PNI og SCI er fortsat udfordrende på grund af de mange forskellige evalueringsmetoder, hver med individuelle fordele og ulemper. Kun få tilgange er blevet testet og valideret i flere modeller af perifere og centrale nervøse skader, selv om lovende nye teknikker, der kombinerer motion tracking og machine learning potentielt kunne drive neurobehavioral forskning til det næste niveau af funktionelle test. Vi er overbevist om, at avancerede metoder, der i vid udstrækning kan anvendes på en lang række dyre- og skadesmodeller, snart vil dukke op. I lyset af disse overvejelser, en af fordelene ved AGA er muligheden for at evaluere funktionelle opsving i flere modeller af nerveskade ved hjælp af kun én enhed. Siden begyndelsen af 2000'erne denne fremgangsmåde har været anvendt i eksperimentelle modeller af PNI såsom iskias37, peroneal38, og femoralnerverskade model22 samt efter rod avulsion af både lændebenet39 og brachial plexus40. Forskellige centralnerveskader, herunder rygmarvskontusionsskader, er også blevet undersøgt med metoden41,42. Med dette papir, præsenterede vi en detaljeret protokol om, hvordan man fremkalder tre almindeligt studerede nerveskader samt hvordan man kan evaluere funktionelle opsving bagefter. Efter vores mening, en hands-on-retningslinje for forskere interesseret i området for eksperimentelle nerveskade, reparation, og regenerering om, hvordan man kan gøre optimal brug af metodens fordelagtige funktioner ville være til stor hjælp.
Flere forfattere har behandlet potentialet i AGA til at evaluere funktionelle opsving i gnavere, fremhæver metodens fordel til samtidig at vurdere gangart parametre relateret til motoriske og sensoriske reinnervation27,28. Derudover giver sammenligning af data fra en eksperimentel pote, fx rekonstrueret nerveskade til en ikke-operativ pote, som det blev vist i begge de præsenterede modeller, mulighed for at inkludere en intradyret positiv kontrol. Omvendt, en opereret pote uden kirurgisk rekonstruktion eller yderligere behandling kan tjene som en intra-dyr negativ kontrol. Det blev også påvist, at det er muligt at kombinere AGA med machine learning tilgange43. På trods af metodens fordele har den også flere begrænsninger og ulemper, såsom den tidskrævende uddannelsesindsats, som er obligatorisk for at vænne dyret til anskaffelsesproceduren28,44. En anden begrænsning af AGA er den maksimale størrelse af de dyr, der kan testes på grund af apparatets begrænsede dimensioner. Anvendelsen af AGA er derfor i øjeblikket begrænset til dyr på størrelse med gnavere og fritter45. Derudover kan nyligt fremspirende neurobehavioral vurdering tilgange inden for motion tracking i stand til machine-learning overgår AGA i både comprehensiveness samt mulige applikationer18,19,46. Mest bemærkelsesværdige, men i overensstemmelse med andre evalueringsmetoder, ser det ud til, at funktionelle opsving som vurderet af AGA er stærkt begrænset, hvis selv forekommende-i modeller af iskiasnerven neurotmesis47,48. På den anden side, AGA giver mulighed for omfattende evaluering af løbet af funktionelle opsving efter femorale nerve neurotmesis som vist ved vores data. Med dette arbejde, viste vi, at Paw Print Area er en repræsentativ gangart parameter vurderes via AGA, som er eksemplarisk for løbet af funktionelle opsving i de to førnævnte perifere nerveskade modeller præsenteret af os. Mens funktionelle opsving ad integrum var observerbare efter autograft reparation af lårbensnerven, AGA parametre blev stadig væsentligt ændret fra baseline i slutningen af observationsperioden efter autograft reparation af iskiasnerven. Det er bemærkelsesværdigt i denne sammenhæng, at lemmer kontrakturer er et almindeligt fænomen hos rotter med iskiasnerven skade og forsigtighed er nødvendig for ikke at forveksle disse tegn på muskuløs ubalance og lammelse med proceduren funktionelle opsving32. Dette på den ene side understreger AGA-metodens manglende evne til at opdage signifikant funktionel genopretning efter neurotmesis skade i denne model. På den anden side, Det rejser spørgsmålet om, hvorvidt det er muligt at vurdere iskiasnerven skade model af rotten, som stadig er den mest almindeligt anvendte eksperimentelle nerve reparation model, ved hjælp af gangart analyse i almindelighed i tilfælde af nerveskade er mere alvorlig end axonotmesis48. Oplysninger om fejlfinding findes i supplerende fil 1.
Vi har også givet eksemplariske data om brugen af metoden til at evaluere bevægelsesfunktion hos rotter med rygmarvsskade, hvilket er muligt uden de nødvendige ændringer af hardwareopsætningen eller anskaffelsesproceduren. Det samme princip gælder for andre gnavere modeller af centralnerveskade (CNI)26,49,50 og root avulsion skade. I modsætning til isolerede PNIs, skader på rygmarven er langt mere komplekse i deres patofysiologiske konsekvenser, som en lang række meget vigtige strukturer er beskadiget, involverer efferent veje såsom kortikospinal og rubrospinal skrifter og afferent veje såsom dorsale kolonner og spinotalamic skrifter35. Udfordringen med at foretage en tilstrækkelig vurdering af disse patologiske ændringer afspejles i den omfattende armamentarium af adfærdsmæssige tests, såsom Basso, Beattie og Bresnahan (BBB) score36. Gangparameteren Base of Support er blevet rapporteret til at stige efter centralnervede skader, sandsynligvis for at tage højde for en resulterende instable gangart. Base of Support blev væsentligt ændret fra baseline fra WPO10 til WPO14 i vores model, støtte vores formodning om, at denne parameter giver mulighed for vurdering af løbet af funktionelle opsving af AGA efter thorax spinal cord contusion skade.
Vi er overbeviste om, at AGA er et muligt redskab til at evaluere funktionel genopretning hos gnavere med skader på nervesystemet. Ikke desto mindre anbefaler vi at afspejle de observerede ændringer af gangart omhyggeligt og grundigt i hver respektive eksperimentelle setup. Ændringer i gangeparametre, fx en stigning i udskriftsområdet efter en øjeblikkelig postoperativ nedgang eller et fald i Svingtid, der fortsætter en umiddelbar postoperativ forhøjelse af denne parameter, i løbet af observationsperioden, vedrører ikke nødvendigvis funktionel genopretning. I stedet disse ændringer kan også være relateret til en mulig funktionel tilpasning til at opretholde en diskret gangart, da rotter er et bytte arter og forsøge at undgå at vise smerte eller handicap til potentielle rovdyr51. Det anbefales derfor at bruge automatiseret ganganalyse som et supplerende redskab til at relatere ændringer af gangart til andre resultat mål for perifere nerveskader og regenerering21. Som tidligere nævnt mener vi også, at det bør nøje afspejles, hvis gnavere med iskiasnerven neurotmesis bør undersøges ved hjælp af AGA som vores konstatering tyder stærkt på, at funktionel genopretning er stærkt begrænset i dette tilfælde.
Som det fremgår af vores arbejde, AGA vigtigste aktiv er muligheden for at studere både motoriske og sensoriske reinnervation i en lang række eksperimentelle PNI modeller samt CNI samtidig kun kræver én opsætning. Derfor er metoden efter vores mening et meget værdifuldt værktøj til omfattende neurobehavioral test. En af AGA's aktiver, som er muligheden for at studere motoriske og sensoriske reinnervation i forskellige dyremodeller af PNI og CNI, mens der kun kræver én opsætning, er efter vores mening metodens største fordel i forhold til andre evalueringsmetoder til at studere funktionel opsving, såsom walking track analyse52, Von Frey test53, eller gangart kinematik16. Potentialet til samtidig at evaluere ændringer af gangart, som enten korrelerer med resultaterne af elektrofysiologiske undersøgelser af reinnerverede muskel22 eller evalueringsmetoder for sensorisk funktion54 er lovende med hensyn til fremtidige anvendelser af metoden. Vi anbefaler derfor at bruge AGA til at undersøge funktionel opsving i gnavere modeller af forelimb PNI, såsom ulnar, radial, eller median nerve, eller eksperimentelle nerveoverførsel modeller55, som forbliver uudstået med denne metode endnu.
Vi giver hermed en detaljeret protokol om, hvordan man bruger automatiseret gangart analyse til at studere funktionel helbredelse i tre gnaver modeller af nerveskade. Mens metoden kræver nøje overvejelse af forskellige centrale aspekter såsom passende uddannelse og omhyggelig hard- og software kalibrering, er det et muligt og værdifuldt supplerende værktøj til at evaluere nerve regenerering i gnavere modeller af centrale og perifere nerveskade.

Skader i det perifere og centrale nervesystem er ofte undersøgt i gnavere, hvilket resulterer i en stor mængde af sammenlignelige data om løbet af nerveskader, reparation, eller neuroprotection at modvirke yderligere sekundære skader og regenerering1,2,3. Resultatet af eksperimentelle behandlingsstrategier i gnavere modeller kan vurderes ved en række teknikker såsom histologi, immunhistrokemi, elektrofysiologi, og billeddannelse teknikker såsom X-ray mikrotomografi (μCT) scanninger, men det vigtigste kriterium for at bestemme succes en behandling er-ligesom hos menneskelige patienter-graden af funktionel opsving4,5. De første undersøgelser af bevægelsesfremmende resultater hos gnavere går tilbage til 1940'erne6,7,8. Rotter og mus var genstand for en stor mængde undersøgelser undersøge deres bevægelsesadfærd i de følgende årtier9,10,11. I dag findes der en bred vifte af vurderingsteknikker for gnavermodeller af perifere og centrale nerveskader, lige fra analyse af vandrespor med blæk og papir12,13,14 over ankel- og gangteknikkinematik15,16,17 til machine-learning forbedrede metoder, som giver mulighed for kompleks estimering af gangart, lemmer og fælles baner18,19.
Edb Automated Gait Analysis (AGA) bruges til at evaluere bevægelsesfunktion efter perifere og centrale nervøse skader og potentielle eksperimentelle behandling af sådanne skader. Enheden består hovedsageligt af en glasgangbro og en lyskilde, der oplyser gnaverens pote prints i sammenhæng med trykket overskrides af dem. Disse data er derefter edb til at beregne en bred vifte af statiske og dynamiske parametre. Ifølge Deumens kan disse parametre yderligere opdeles i kategorierne generelle parametre, smerterelaterede parametre samt koordineringsrelaterede parametre for gangart20 (tabel 1). Gennemførligheden af AGA at opdage ændringer i gangart adfærd er blevet bevist i forskellige dyremodeller af perifere nerveskade (PNI)21, såsom iskiasnerven20,lårbensnerven22, og median nerve23,24. Det er også rutinemæssigt anvendes til at vurdere bevægelsesfunktion hos rotter med centralnerveskader, f.eks slagtilfælde25 eller rygmarvskontusion26. Metodens fremskridt ligger i den store mængde sammenlignelige data og dens mulighed for at registrere et væld af parametre relateret til gangart27. Dette papir har til formål at give forskere interesseret i dyremodeller af PNI og rygmarvsskader (SCI) med en detaljeret og hands-on retningslinje til at vurdere bevægelsesfunktion i sådanne modeller.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Kategori</td>
			<td>Parameter</td>
			<td colspan="2">Beskrivelse</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">Generelle parametre for gangart</td>
			<td>Udskriftsområde (afstandsenhed)</td>
			<td colspan="2">Område af pote print</td>
		</tr>
<tr>
<td>Udskriftslængde (afstandsenhed)</td>
			<td colspan="2">Længden af pote print</td>
		</tr>
<tr>
<td>Base of Support (BoS) (afstandsenhed)</td>
			<td colspan="2">Afstand mellem de to bag- eller forpoter</td>
		</tr>
<tr>
<td>Skridtlængde (afstandsenhed)</td>
			<td colspan="2">Afstand mellem to på hinanden følgende placeringer af en pote</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">Smerterelaterede parametre for gangart</td>
			<td>Svingtid (er)</td>
			<td colspan="2">Swingfasens varighed</td>
		</tr>
<tr>
<td>Stand time (er)</td>
			<td colspan="2">Varighed af holdningsfasen</td>
		</tr>
<tr>
<td>Gennemsnitlig paw printintensitet (vilkårlig enhed)</td>
			<td colspan="2">Gennemsnitlig iIntensitet af pote print under holdning fase</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">Koordineringsrelaterede parametre for gangart</td>
			<td>Normale trinsekvensmønstre (NSSP)</td>
			<td colspan="2">Specifikke sekvenser af poteplaceringer under en trincyklus</td>
		</tr>
<tr>
<td>Fase dispersioner (%)</td>
			<td colspan="2">Tidsmæssige forskelle mellem trincyklusserne for to specifikke poter</td>
		</tr>
<tr>
<td>Regularity Index (RI) (%)</td>
			<td colspan="2">Kvantificering af interlimb koordination ved at dividere mængden af fejlfri NSSP gange 4 med det samlede antal pote placering i løbet af et trin cyklus</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabel 1: Parametre for gangart, der kan vurderes med den automatiserede ganganalyse. De kategorier , som parametrene klassificeres i , vælges i henhold til Deumens et al.20.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.9% Saline</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>3570410</td>
			<td>Vehicle for drug delivery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 ml syringe</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>9161708V</td>
			<td>Injecting device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 ml syringe</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4606728 V</td>
			<td>Injecting device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-Propanol, 2-Propanol, Hexetidin</td>
			<td>Gebro Pharma</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Alcoholic skin disinfection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>23-gauge (G) canula</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4657667</td>
			<td>Canula for s.c. injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>26-gauge (G) canula</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4657683</td>
			<td>Canula for s.c. injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 ml syringe</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4606710 V</td>
			<td>Injecting device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine hydrochloride</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>B9275</td>
			<td>Analgetic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Burrs for Micro Drill</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>19007-29</td>
			<td>Drilling of a hole inside the lamina</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caprofen</td>
			<td>Zoetis Austria</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Analgetic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catwalk Automated gait analysis system</td>
			<td>Noldus</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Automatic analysis software of animal gait</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cauterizer Kit</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>18010-00</td>
			<td>Cauterization of vessels during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enrofloxacin</td>
			<td>Bayer Austria</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Antibiotic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethilon (10-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>2810G</td>
			<td>Suture material for neurrorhaphy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethilon (11-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>EH7465G</td>
			<td>Suture material for neurrorhaphy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye ointment</td>
			<td>Fresenius Kabi Austria</td>
			<td>4302436</td>
			<td>Eye protection during anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Friedman-Pearson Rongeurs</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>16221-14</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gabapentin</td>
			<td>Wedgewood Pharmacy</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Analgetic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goldstein retractor</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>17003-03</td>
			<td>Retraction of tissues during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hair trimmer</td>
			<td>Aescular</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Hair trimmer for shaving of the operation site prior to surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating Pad for rodents</td>
			<td>ALA Scientific Instruments</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Regulation of body temperature</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Impactor</td>
			<td>Precision Systems and Instrumentation</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Induction of spinal cord contusion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lewis rat (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61852/61852equ01.jpg" />)</td>
			<td>Janvier</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Experimental animal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic Fixator Retraction System</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>18200-50</td>
			<td>Retraction of tissues during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metzenbaum Baby Scissors</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>14019-13</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Drill</td>
			<td>Word Precision Instruments</td>
			<td>503599</td>
			<td>Instrument for bone drilling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Needle holder</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>12076-12</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-scissors (curved)</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>15023-10</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-scissors (straight)</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>15007-08</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mirror Finish Forceps</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>11251-23</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needle holder</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>12002-12</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operating microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>M651 MSD</td>
			<td>Magnification of the operative site</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Povidone Iod</td>
			<td>B. Braun Melsungen</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Non-alcoholic skin disinfectant</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse Oximeter</td>
			<td>STARR Life Sciences</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Surveillance of heart rate and oxygen saturation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rodent thermometer</td>
			<td>BIOSEB</td>
			<td>BIO-TK8851</td>
			<td>Surveillance of body temperature</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel blade</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>10010-00 (#10)</td>
			<td>Surgical instrument to make an incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel handle</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>10003-12 (#3)</td>
			<td>Surgical instrument to make an incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sevoflurane Inhalation Vapour, Liquid (100%)</td>
			<td>Baxter</td>
			<td>HDG9117A</td>
			<td>Anesthetic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spatula &#38; Probe</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>10090-13</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sprague Dawley rat (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61852/61852equ01.jpg" />)</td>
			<td>Janvier</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Experimental animal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterila gauze 5x5cm</td>
			<td>EVAC MEDICAL</td>
			<td>E010.03.00215</td>
			<td>Sterile gauze compress</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue Forceps</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>11021-12</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl (4-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V3040H</td>
			<td>Suture material for subcutaneous sutures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl (5-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V303H</td>
			<td>Suture material for subcutaneous sutures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl cutting needle (4-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V392ZH</td>
			<td>Suture material for skin sutures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl cutting needle (5-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V391H</td>
			<td>Suture material for skin sutures</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

automated gait analysis to assess functional recovery in rodents with peripheral nerve or spinal cord contusion injury

Perifere og centrale nerveskader er for det meste undersøgt hos gnavere, især rotter, da disse dyremodeller er både omkostningseffektive og en masse sammenlignende data er blevet offentliggjort i litteraturen. Dette omfatter en lang række vurderingsmetoder til undersøgelse af funktionel helbredelse efter nerveskade og reparation. Udover evaluering af nerve regenerering ved hjælp af histologi, elektrofysiologi, og andre in vivo og in vitro vurdering teknikker, funktionelgenopretning er det vigtigste kriterium for at bestemme graden af neurale regenerering. Automatiseret gangart analyse giver mulighed for registrering af en enorm mængde af gangart-relaterede parametre såsom Paw Print Area og Paw Swing Speed samt mål for inter-lemmer koordinering. Derudover, metoden giver digitale data om rotternes poter efter neuronal skade og under nerve regenerering, hvilket bidrager til vores forståelse af, hvordan perifere og centrale nervøse skader påvirker deres bevægelsesadfærd. Udover den overvejende anvendte iskiasnerven skade model, andre modeller af perifere nerveskade såsom lårbensnerven kan studeres ved hjælp af denne metode. Ud over skader i det perifere nervesystem, læsioner i centralnervesystemet, f.eks rygmarvskontusion kan evalueres. Gyldig og reproducerbar datavurdering er stærkt afhængig af omhyggelig justering af de hårde og softwareindstillinger forud for dataindsamling. Desuden er korrekt uddannelse af forsøgsdyr af afgørende betydning. Dette arbejde har til formål at illustrere brugen af edb automatiseret gangart analyse til at vurdere funktionelle opsving i forskellige dyremodeller af perifere nerveskade samt rygmarvskontusion skade. Det understreger også metodens begrænsninger, fx evaluering af nerve regenerering hos rotter med iskiasnerven neurotmesis på grund af begrænset funktionel opsving. Derfor, denne protokol menes at hjælpe forskere interesseret i perifere og centralnerveskader til at vurdere funktionelle opsving i gnaver modeller.

12 rotter gennemgik eksperimentel perifer nervekirurgi. Iskiasnerven resektion (Figur 2A) blev udført i 7 rotter, mens femorale nerve neurotmesis (Figur 2B) blev induceret i 5 rotter. Hos alle dyr blev nervedefekten rekonstrueret ved hjælp af et autologt nervetransplantat. Rygmarvskontusionskade (Figur 2C) på niveau11.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig02.jpg"> Figur 2: Operative steder efter nerverekonstruktion. Nerverekonstruktion med autografter i iskiasnerven (A) og lårbensnerven(B) samt efter rygmarvskontusionskade (C). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig02large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
Alle dyr kom sig godt efter operationen, og der opstod ingen tilfælde af selvlemlæstelse. Et dyr i iskiasnerven skade gruppe udviklet stærke kontrakturer af højre bagpote i løbet af den postoperative observation periode og måtte udelukkes fra yderligere dataanalyse.
Iskiasnerurneurtmes Da iskiasnerven giver muskuløs og sensorisk innervation til størstedelen af hindlimb, dens resektion resulterer i en alvorlig svækkelse af bevægeapparatet funktion. Efter skade, rotter bruge hælen af poten kun for vægtstøtte (Figur 3B-E) og lemmerne er flyttet i en fejende circumductory bevægelse. Derfor bliver bevægelsesændringer, der vurderes via AGA, tydelige ved hjælp af et betydeligt reduceret udskriftsområde (Figur 4A) og væsentligt øget svingtid (Figur 4B). Begge parametre blev stadig ændret betydeligt i forhold til pre-OP-målingerne ved observationsperiodens afslutning. Bemærkelsesværdigt, et dyr udviklet stærke kontrakturer af højre bagpote starter ved postoperativ uge (WPO) 10. Dette resulterede i en stigning i udskriftsområdet af højre bagpote til mere end 150% i forhold til den venstre pote på WPO12 (Figur 5). Da dette var et efterfølgende ende i forhold til alle andre dyr, der blev vurderet i denne undersøgelse, udelukkede vi dette dyr fra dataanalyse med hensyn til printområde.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig03.jpg"> Figur 3: Repræsentativ pote udskrifter før og efter kritisk størrelse resektion af højre iskiasnerven og autograft reparation. Bemærk det kraftige fald i udskriftsområdet efter nerveskade (B) sammenlignet med præoperativt (A). På trods af en lille stigning i Print Area i løbet af observationsperioden (C-E) pote udskrifter af højre bagben forblev især ændret fra baseline optagelser. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig03large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig04.jpg"> Figur 4: Forløbet af funktionel opsving efter kritisk størrelse resektion og autograft reparation af iskiasnerven. Print Area Ratio (A) og Swing Time Ratio (B) blev statistisk ændret betydeligt fra Pre-OP værdier umiddelbart efter iskiasnerven resektion. Mens Print Area forblev betydeligt reduceret i forhold til baseline indtil WPO10, swing tid var stadig betydeligt øget til Pre-OP værdier på WPO12. *: p < 0,05 sammenlignet med Pre-OP, **: p < 0,01 sammenlignet med Pre-OP. Fejllinjer angiver ± standardfejl i middelværdien (SEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig04large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig05.jpg"> Figur 5: Boxplot af løbet af Print Area efter iskiasnerven skade. Bemærk ekstremiteten (rød ellipse) på WPO12, hvilket forklares ved, at et dyr udviklede stærke kontrakturer af højre bagpote startende fra WPO10. Dyret blev derfor udelukket fra den statistiske analyse i figur 4. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig05large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
Femoral nerve neurotmesis Femoral nerve resektion resulterer i denervation af quadriceps musklen i låret33,34. Som følge heraf er knæforlængelse nedsat, hvilket resulterer i hyperflexion af ankelleddet med på hinanden følgende løft af potens hæl. Derfor er den respektive pote's Print Area (Figur 6B), stærkt reduceret efter operationen. Print Area af venstre bagpote øges på grund af en kompenserende forskydning af vægt til venstre. Dette bør holdes for øje, da dette fænomen direkte påvirker det beregnede forhold mellem den "eksperimentelle" og "kontrol" pote. Startende fra WPO4 reinnervation af quadriceps ved regenererende femorale nerve fører til vending af disse ændringer resulterer i øget Paw Print Area af højre bagpote (Figur 7A). Da quadriceps musklen i låret også spiller en rolle i svingfasen af den respektive pote, swing tid (figur 7B) er stærkt forlænget i rotter med femoral nerveskade. Spejling af tilbagelevering af Print Area, Swing Time falder som den regenererende femorale nerve når quadriceps musklen i låret. Ved WPO10 vendte begge parametre for gangart tilbage til baseline, hvilket signalerer fuld funktionel genopretning.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig06.jpg"> Figur 6: Repræsentativ poteudskrifter. Repræsentativ pote prints før (A) og følgende(B-E)højre lårbensnerven resektion og autograft reparation. Print Area of RH faldt kraftigt ved WPO2 (B), mens en stigning i udskriftsområdet af venstre bagpote (LH) på grund af øget vægtbelastning blev synlig. RH Print Area begyndte at stige fra WPO6 (C) ledsaget af et fald i print area af LH. På WPO8 (D) og WPO10 (E) Print Area af RH inddrives tilbage tæt på præoperative niveauer. (Tilpasset med tilladelse fra Heinzel et al.22, licenseret under CC BY 4.0.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig06large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig07.jpg"> Figur 7: Forløbet af funktionelt opsving efter 7-mm resektion og autograft reparation af lårbensnerven. Forløbet af Print Area Ratio (A) og Swing Time Ratio (B) afslørede en stærk ændring umiddelbart efter femorale nerveresektion, men værdier inddrives tilbage til præoperative værdier på WPO8. #: p < 0,05. Fejllinjer angiver ± SEM. (Tilpasset med tilladelse fra Heinzel et al.22, licenseret under CC BY 4.0.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig07large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
Rygmarvskontusion Gait analyse afslørede markant ændret pote prints efter thorax spinal cord contusion skade (Figur 8), mest bemærkelsesværdige en reduktion i Print Area og en markant intern rotation af bagpoter på WPO2 (Figur 8B). Bemærkelsesværdigt, pote rotation er også gennemført som en assessable træk i BBB, understreger anvendeligheden af edb gangart analyse for at evaluere ændringer af gangart, som oprindeligt blev evalueret med Open Field test. Med hensyn til forløbet af de enkelte gangart parametre, rygmarvskontusion på Th11 niveau resulterede i et fald i print area ratio (Figur 9A) og stigning i Swing Time Ratio (Figur 9B). Begge parametre ne var baseret i retning af baselineniveauer i observationsperiodens videre løb, men der var ingen statistisk signifikante ændringer, der kunne observeres. Den koordineringsrelaterede parameter Regularity Index (Figur 9C) faldt også ved WPO2, men graden varierede meget mellem dyr. Det har også tendens mod præoperative værdier indtil WPO16. Base of Support af bagpoterne (Figur 9D), en generel parameter for gangart ifølge Deumens, viste en markant stigning, som var statistisk signifikant fra WPO10 indtil WPO14. Det trendede mod baseline niveauer på WPO16 og blev ikke længere væsentligt ændret fra Pre-OP værdi på dette tidspunkt.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig08.jpg"> Figur 8: Repræsentativ pote aftryk af de to bagpoter. Paw udskriver preoperatively (A) og efter thorax rygmarvskontusion skade (B-F). Bemærk reduktionen i print område startende fra WPO2 (B) ledsaget af en bemærkelsesværdig intern rotation af poterne. I løbet af observationsperioden (C-F) kan der observeres en forøgelse af udskriftsområdet samt afstanden til den interne rotation. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig08large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig09.jpg"> Figur 9: Rygmarvskontusion på 11. Rygmarvskontusion ved th 11 resulterede i observerbare ændringer af Print Area Ratio (A) og Swing Time (B) og Regularity Index (C), men disse ændringer var ikke statistisk signifikant. Efter skade, Base of Support af bagpoterne viste en markant stigning i forhold til baseline, hvad der var statistisk signifikant på WPO10 indtil WPO14. *: p < 0,05 i forhold til Pre-OP. Fejllinjer angiver ± SEM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig09large.jpg" target="_blank">Klik her for at få vist en større version af dette tal.</a>
Supplerende fil 1: Oplysninger om fejlfinding. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61852/Supplementary_File_1.docx" target="_blank">Klik her for at downloade denne fil.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Automated Gait Analysis to Assess Functional Recovery in Rodents with Peripheral Nerve or Spinal Cord Contusion Injury at JoVE.com

Automated Gait Analysis to Assess Functional Recovery in Rodents with Peripheral Nerve or Spinal Cord Contusion Injury

Automatiseret gangart analyse er et muligt værktøj til at evaluere funktionelle opsving i gnaver modeller af perifere nerveskade og rygmarvskontusion skade. Selv om det kun kræver én opsætning at vurdere bevægelsesfunktion i forskellige eksperimentelle modeller, er omhyggelig justering og træning af dyrene meget vigtigt.

Automatiseret ganganalyse til vurdering af funktionel genopretning hos gnavere med perifer nerve- eller rygmarvskontusionskade

Peripheral and central nerve injuries are mostly studied in rodents, especially rats, given the fact that these animal models are both cost-effective and ...

Automatiseret gangart analyse er en udbredt metode til evaluering af funktionelle opsving tilmelding modeller af perifere nerveskade, reparation, og regenerering. Metoden kan bruges til at studere ændringer i gangart efter perifernerveskade, både hvad der vedrører motoriske og sensoriske nervefunktion. Forskere nye til metoden kan opleve vanskeligheder med at erhverve data af høj kvalitet.Typiske forhindringer er tilstrækkelig dyr uddannelse og præcis hardware og software kalibrering. Under træningssessioner og på testdagen skal du slukke for alle lyskilder i det adfærdsmæssige testrum og stå over for computerskærmen for dataindsamling væk fra kameraet for at forhindre, at lyset forstyrrer kameraet. Bekræft, at enheden er installeret i en stabil position på en måde, der forhindrer enhver form for vibrationer, og bringe rotterne ind i adfærdsmæssige testrum i deres eget hjem bur i mindst 30 minutter før testen, På den første dag i træning, forsigtigt gribe et dyr under sin kuffert og omhyggeligt placere den i gangbro indgangen.Lad rotten udforske åbningen af korridoren uden indblanding, og vent, indtil dyret frivilligt krydser gangbroen for at nå sit hjem bur uden nogen ekstern stimulus eller motivation. På den anden træningsdag skal dyrene vænne sig til at komme ind på gangbroen og vende tilbage til deres hjembur uden tøven. På den tredje træningsdag skal du bekræfte, at dyrene har lært at krydse gangbroen med en ensartet hastighed uden tøven, sniffing eller andre udforskende bevægelser.På den fjerde og femte, gentag uddannelsen for at styrke testproceduren. På dagen for eksperimentet, bruge kommercielle glas renere og en squeegee at rense toppen og bunden af gangbroen passe på at fjerne alle væsken fra enderne af gangbroen. Placer både de letteste og tungeste rotter på gangbroen og vælg et registreret kamera fra opsætningsfanen for at gøre det muligt for kameraets forstærkning, rødt loftslys, grønt gangbrolys og grøn intensitetstærskel, der skal justeres for at sikre en optimal pote print detektion for alle dyrene i analysen.Klik derefter på åben anskaffelse, og få et øjebliksbillede af den tomme rensede gangbro, der skal bruges som reference under hele dataindsamlingsproceduren. Status ændres fra at vente på snapshot til klar til anskaffelse. Klik på Start anskaffelse.Status ændres fra klar til anskaffelse til at vente på, at løbet starter. Når kameraet er klar, skal du placere en rotte på gangbroen og følge dyrets bevægelse på computerskærmen. Bemærk, at statusændringen fra at vente på, at kørslen starter, til optagelsen køres.I slutningen af analysen skal du klikke på klassificere i den eksperimentelle explorer fane af forsøget, der skal klassificeres, og spille den erhvervede køre ved normal hastighed for at afgøre, om dataene er i overensstemmelse med klassificeringskravene. Klik automatisk klassificere for automatisk klassificering af pote udskrifter af softwaren. For korrekt beregning af de normale trin sekvens mønstre, skal du sørge for, at klassificeringen algoritme ikke er forvirret af ikke-synlige pote udskrifter, hvilket fører til fejlbehæftede NSSP, og at kun pote udskrifter, der kan påvises, mens den kontralaterale pote er også synlig for NSSP beregninger er inkluderet.Klik på kørselsstatistik for at få et samlet overblik over kørselsstatistikken for statistisk analyse af dataene. Vælg derefter fil og eksportér for at eksportere kørsels- eller prøvestatistikken til et regnearkssoftware. Efter iskiasnerven skade, rotter bruge hælen af poten for vægtstøtte kun og lemmer er flyttet i en fejende circumductory bevægelse.Derfor, locomotor ændringer vurderet via automatiseret gangart analyse bliver tydeligt ved en betydeligt reduceret print område og en betydeligt øget swing tid. Femoral nerve resektion resulterer i denervation af quadriceps musklen i låret, forringer knæ forlængelse og inducerende hyperflection af ankelleddet med på hinanden følgende løft af den tilsvarende hæl. Startende fra postoperativ uge fire, reenervation af quadriceps ved regenererende femorale nerve fører til tilbageførsel af disse ændringer.Da quadriceps musklen i låret også spiller en rolle i svingfasen af den respektive pote, er svingtiden stærkt forlænget hos rotter med lårbensnervenskade. Gangart analyse afslører markant ændret pote prints efter thorax rygmarvskontusion. Rygmarvskontusion på brystkassen 11 niveau resulterer også i et fald i print område forholdet, en stigning i swing tidsforhold.Koordineringsrelaterede regelmæssighedsindeks falder også ved postoperativ uge to, mens grundlaget for støtte af bagpoterne viser en markant stigning. Når du bruger automatiseret gate analyse til at evaluere funktionelle opsving i gnavere, skal du sørge for omhyggeligt at træne dyrene og være omhyggelig, når du foretager software eller hardware justeringer. Ved hjælp af automatiseret gangart analyse, skade og regenerering af det centrale og perifere nervesystem kan evalueres i forskellige gnavere modeller, herunder endnu uudståede formelle nervemodeller, såsom mediannerven.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Transplantation of Olfactory Ensheathing Cells to Evaluate Functional Recovery after Peripheral Nerve Injury

Transplantation af olfaktoriske Ensheathing Cells at evaluere Funktionel Recovery efter perifer nerveskade

Olfactory ensheathing cells (OECs) are neural crest cells which allow growth and regrowth of the primary olfactory neurons. Indeed, the primary olfactory ...

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

En<em&gt; Ex vivo</em&gt; Laser-induceret Rygmarvsskader model til opgørelse Mekanismer axon Degeneration i realtid

Injured CNS axons fail to regenerate and often retract away from the injury site. Axons spared from the initial injury may later undergo secondary axonal ...

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

Imaging neurale aktivitet i den primære somatosensoriske Cortex ved hjælp af Thy1-GCaMP6s Transgene mus

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in ...

Automated Gait Analysis in Mice with Chronic Constriction Injury

Automatiseret ganganalyse hos mus med kronisk konstriktion skade

The von Frey test is a classical method that has been widely used to examine the sensory function of neuropathic pain animals. However, it has some ...

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

Aktivitet-baseret træning på et løbebånd med rygmarven skadet Wistar rotter

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...

3D Kinematic Analysis for the Functional Evaluation in the Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury

3D Kinematic Analyse for funktionel evaluering i rottemodel af iskiasnerven crush skade

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of ...

Intra-Arterial Delivery of Neural Stem Cells to the Rat and Mouse Brain: Application to Cerebral Ischemia

Intra-arteriel levering af neurale stamceller til rotte og mus hjernen: Ansøgning om cerebral iskæmi

Neural stem cell (NSC) therapy is an emerging innovative treatment for stroke, traumatic brain injury and neurodegenerative disorders. As compared to ...

Induction of Complete Transection-Type Spinal Cord Injury in Mice

Induktion af komplet transection-type rygmarvsskade hos mus

Spinal cord injury (SCI) largely leads to irreversible and permanent loss of function, most commonly as a result of trauma. Several treatment options, ...

Comprehensive Understanding of Inactivity-Induced Gait Alteration in Rodents

Omfattende forståelse af inaktivitetsinduceret gangændring hos gnavere

It is well known that disuse affects neural systems and that joint motions become altered; however, which outcomes properly exhibit these characteristics ...

Establishing a Mouse Contusion Spinal Cord Injury Model Based on a Minimally Invasive Technique

Etablering af en musekontusion rygmarvsskademodel baseret på en minimalt invasiv teknik

Using minimally invasive methods to model spinal cord injury (SCI) can minimize behavioral and histological differences between experimental animals, ...