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

Les auteurs tenons à remercier Karin Brenner pour sa prise en charge passionnée des animaux. Les auteurs aimeraient également remercier Claudia Keibl, James Ferguson, Gabriele Leinfellner et Susanne Drechsler pour leur aide pendant les chirurgies expérimentales.

Les auteurs déclarent que ces travaux ont été appuyés par Noldus Inc. par la couverture des frais de publication en libre accès. Aucun des auteurs n’a reçu de salaire personnel ou de pourboire financier. Les auteurs n’ont pas d’autres intérêts concurrents à déclarer.

L’évaluation de la récupération fonctionnelle dans les modèles animaux de pni et sci reste difficile en raison de la grande variété de méthodes d’évaluation, chacune avec des avantages et des inconvénients individuels. Seules quelques approches ont été testées et validées dans de multiples modèles de lésions nerveuses périphériques et centrales, bien que de nouvelles techniques prometteuses qui combinent le suivi des mouvements et l’apprentissage automatique pourraient potentiellement propulser la recherche neurocomportemental au niveau suivant des tests fonctionnels. Nous sommes convaincus que des méthodes de pointe largement applicables à une grande variété de modèles d’animaux et de blessures émergeront bientôt. À la lumière de ces considérations, l’un des avantages de l’AGA est la possibilité d’évaluer la récupération fonctionnelle dans plusieurs modèles de lésions nerveuses à l’aide d’un seul appareil. Depuis le début des années 2000, cette approche a été utilisée dans des modèles expérimentaux de PNI tels que lesciatique 37, peroneal38, et le modèle de lésions nerveuses fémorales22 ainsi que l’avulsion des racines de l’avulsion lombaire39 et le plexus brachial40. Diverses blessures nerveuses centrales, y compris des lésions de contusion de la moelle épinière ont également été étudiéesavec la méthode 41,42. Avec cet article, nous avons présenté un protocole détaillé sur la façon d’induire trois lésions nerveuses couramment étudiées ainsi que la façon d’évaluer la récupération fonctionnelle par la suite. À notre avis, une ligne directrice pratique pour les chercheurs intéressés par le domaine des lésions nerveuses expérimentales, de la réparation et de la régénération sur la façon d’utiliser de façon optimale les caractéristiques avantageuses de la méthode serait d’une grande aide.
Plusieurs auteurs se sont adressés au potentiel d’AGA d’évaluer la récupération fonctionnelle chez les rongeurs, soulignant l’avantage de la méthode d’évaluer simultanément les paramètres de démarche liés à la réinnervation motrice et sensorielle27,28. En outre, la comparaison des données d’une patte expérimentale, par exemple, les lésions nerveuses reconstruites à une patte non opérante comme cela a été montré dans les deux modèles présentés permet l’inclusion d’un contrôle positif intra-animal. Inversement, une patte opérée sans reconstruction chirurgicale ou traitement supplémentaire pourrait servir de contrôle négatif intra-animal. Il a également été démontré qu’il est possible de combiner AGA avec des approches d’apprentissage automatique43. Malgré les avantages de la méthode, elle présente également plusieurs limitations et inconvénients, tels que les efforts de formation qui prennent beaucoup de temps, qui sont obligatoires pour habituer l’animal à la procédure d’acquisition28,44. Une autre limitation de l’AGA est la taille maximale des animaux admissibles à l’essai en raison des dimensions limitées de l’appareil. Par conséquent, l’utilisation de l’AGA est actuellement limitée aux animaux de la taille de rongeurs et furets45. En outre, les approches d’évaluation neurocomportemental récemment émergentes dans le domaine du suivi des mouvements capables d’apprentissage automatique peuvent dépasser l’AGA tant dans l’exhaustivité que dans les applicationspossibles 18,19,46. Plus remarquable, mais conformément à d’autres méthodes d’évaluation, il semble que la récupération fonctionnelle telle qu’évaluée par AGA est fortement limitée, voire se produisant, dans les modèles de neurotmésis nerveuxsciatique 47,48. D’autre part, AGA permet l’évaluation complète du cours de la récupération fonctionnelle suivant la neurotmesis fémorale de nerf comme montré par nos données. Avec ce travail, nous avons démontré que Paw Print Area est un paramètre de démarche représentatif évaluable par l’intermédiaire d’AGA, ce qui est exemplaire pour le cours de la récupération fonctionnelle dans les deux modèles de lésions nerveuses périphériques susmentionnées présentés par nous. Tandis que l’intégrum fonctionnel d’annonce de rétablissement était observable après réparation d’autograft du nerf fémoral, les paramètres d’AGA ont été sensiblement changés de la ligne de base à la fin de la période d’observation suivant la réparation d’autogreffe du nerf sciatique. Il convient de noter dans ce contexte que les contractures des membres sont un phénomène courant chez les rats avec des lésions nerveuses sciatiques et la prudence est nécessaire pour ne pas confondre ces signes de déséquilibre musculaire et de paralysie avec la récupération fonctionnelleen cours 32. Ceci d’une part souligne l’incapacité de la méthode d’AGA de détecter la récupération fonctionnelle significative suivant des dommages de neurotmesis dans ce modèle. D’autre part, il soulève la question de savoir s’il est possible d’évaluer le modèle de lésion sciatique des lésions nerveuses du rat, qui est encore le modèle expérimental de réparation des nerfs le plus couramment utilisé, au moyen de l’analyse de la démarche en général au cas où les lésions nerveuses sont plus graves que l’axonotmésis48. Les détails du dépannage sont fournis dans le fichier supplémentaire 1.
Nous avons également fourni des données exemplaires sur l’utilisation de la méthode pour évaluer la fonction locomotrice chez les rats ayant subi une lésion de la moelle épinière, ce qui est possible sans aucun changement requis de la configuration matérielle ou de la procédure d’acquisition. Le même principe s’applique à d’autres modèles de rongeurs de lésions nerveuses centrales (CNI)26,49,50 etles lésions de l’avulsion des racines. Contrairement aux INN isolées, les lésions de la moelle épinière sont beaucoup plus complexes dans leurs conséquences pathophysiologiques, car une multitude de structures très importantes sont endommagées, impliquant des voies efferent telles que les voies corticospinales et rubrospinales et des voies afferentes telles que les colonnes dorsales et les voies spinothalamiques35. Le défi d’évaluer adéquatement ces changements pathologiques se reflète dans l’arsenal complet des tests comportementaux, tels que le basso, Beattie, et Bresnahan (BBB) score36. Le paramètre de démarche Base of Support a été signalé à augmenter à la suite de blessures nerveuses centrales, très probablement pour expliquer une démarche instable résultant. La base de soutien a été sensiblement changée de la ligne de base de WPO10 jusqu’à WPO14 dans notre modèle, soutenant notre présomption que ce paramètre permet l’évaluation du cours du rétablissement fonctionnel par AGA suivant la lésion thoracique de contusion de moelle épinière.
Nous sommes convaincus que l’AGA est un outil réalisable pour évaluer la récupération fonctionnelle chez les rongeurs ayant subi des blessures au système nerveux. Néanmoins, nous conseillons de refléter soigneusement et soigneusement les changements observés de démarche dans chaque configuration expérimentale respective. Les modifications apportées aux paramètres de la démarche, par exemple, une augmentation de la zone d’impression à la suite d’une diminution postopératoire immédiate ou d’une diminution du temps de balançoire procédant à une élévation postopératoire immédiate de ce paramètre, au cours de la période d’observation, ne se rapportent pas inévitablement à la récupération fonctionnelle. Au lieu de cela, ces changements peuvent également être liés à une adaptation fonctionnelle possible pour maintenir une démarche discrète, étant donné que les rats sont une espèce proie et essayer d’éviter de montrer de la douleur ou de l’incapacité aux prédateurspotentiels 51. Il est donc recommandé d’utiliser l’analyse automatisée de la démarche comme outil complémentaire pour relier les changements de démarche à d’autres mesures des résultats des lésions nerveuses périphériques et de larégénération 21. Comme mentionné précédemment, nous croyons également qu’il devrait être soigneusement reflété si les rongeurs avec la neurotmésis sciatique de nerf devraient être étudiés au moyen de l’AGA car notre conclusion indique fortement que la récupération fonctionnelle est sévèrement limitée dans ce cas.
Comme le montrent nos travaux, le principal atout d’AGA est la possibilité d’étudier à la fois la réinnervation motrice et sensorielle dans une multitude de modèles expérimentaux PNI ainsi que CNI tout en ne nécessitant qu’une seule configuration. Par conséquent, la méthode est, à notre avis, un outil très précieux pour des tests neurocomportementaux complets. L’un des atouts d’AGA, qui est la possibilité d’étudier la réinnervation motrice et sensorielle dans divers modèles animaux de PNI et CNI tout en ne nécessitant qu’une seule configuration, est à notre avis le principal avantage de la méthode par rapport à d’autres méthodes d’évaluation pour étudier la récupération fonctionnelle, telles que l’analyse des pistesde marche 52, Von Freytestant 53, ou la cinématique démarche16. Le potentiel d’évaluer simultanément les changements de démarche qui sont soit corrélés avec les résultats des investigations électrophysiologiques du muscle réinnervated22 ou des méthodes d’évaluation pour la fonctionsensorielle 54 est prometteur en ce qui concerne les applications futures de la méthode. Nous recommandons donc d’utiliser aga pour étudier la récupération fonctionnelle dans les modèles de rongeurs de PNI antérieur, tels que l’ulnaire, le nerf radial ou médian, ou les modèles expérimentaux de transfert denerf 55, qui restent non étudiés avec cette méthode encore.
Nous fournissons par la présente un protocole détaillé sur la façon d’utiliser l’analyse automatisée de la démarche pour étudier la récupération fonctionnelle dans trois modèles de rongeurs de lésions nerveuses. Bien que la méthode exige un examen attentif de divers aspects clés tels que la formation adéquate et l’étalonnage méticuleux dur et logiciel, c’est un outil complémentaire faisable et précieux pour évaluer la régénération nerveuse dans les modèles de rongeurs de lésions nerveuses centrales et périphériques.

Les blessures du système nerveux périphérique et central sont souvent étudiées chez les rongeurs, ce qui entraîne une grande quantité de données comparatives concernant le cours des lésions nerveuses, la réparation ou la neuroprotection pour contrer d’autres blessures secondaires et larégénération 1,2,3. Les résultats des stratégies expérimentales de traitement dans les modèles de rongeurs peuvent être évalués par une variété de techniques telles que l’histologie, l’immunohistochimie, l’électrophysiologie et les techniques d’imagerie telles que la microtomographie aux rayons X (μCT), mais le critère le plus important pour déterminer le succès d’un traitement est — comme chez les patients humains — le degré de récupérationfonctionnelle 4,5. Les premières études portant sur la performance locomotrice chez les rongeurs remontent aux années 19406,7,8. Les rats et les souris ont fait l’objet d’une grande quantité d’études sur leur comportement locomoteur dans lesdécennies suivantes 9,10,11. Aujourd’hui, il existe un large éventail de techniques d’évaluation pour les modèles de rongeurs de lésions nerveuses périphériques et centrales, allant de l’analyse de la piste de marche àl’encre et au papier 12,13,14 au-dessus de la cheville et de la cinétique de la démarche15,16,17 aux méthodes améliorées d’apprentissage automatique, qui permettent l’estimation complexe de la démarche, des membres et des trajectoiresarticulaires 18,19.
L’analyse automatisée informatisée de démarche (AGA) est employée pour évaluer la fonction locomotrice suivant des dommages nerveux périphériques et centraux et le traitement expérimental potentiel de telles blessures. L’appareil se compose principalement d’une passerelle en verre et d’une source lumineuse qui illumine les empreintes de pattes du rongeur en corrélation avec la pression qu’ils ont dépassée. Ces données sont ensuite informatisées pour calculer un large éventail de paramètres statiques et dynamiques. Selon Deumens, ces paramètres peuvent être subdivisés en catégories de paramètres généraux, de paramètres liés à la douleur ainsi que de paramètres liés à la coordination de ladémarche 20 (tableau 1). La faisabilité de l’AGA pour détecter des changements dans le comportement de démarche a été prouvée dans divers modèles animaux des dommages périphériques de nerf (PNI)21,tels que le nerfsciatique 20,le nerf fémoral22,et lenerf médian 23,24. Il est également couramment utilisé pour évaluer la fonction locomotrice chez les rats ayant des blessures nerveuses centrales, par exemple, accident vasculairecérébral 25 ou contusion de la moelleépinière 26. Les avancées de la méthode résident dans la grande quantité de données comparables et sa possibilité d’enregistrer une pléthore de paramètres liés à la démarche27. Cet article vise à fournir aux chercheurs intéressés par les modèles animaux d’INP et de lésions médullaires (SCI) une ligne directrice détaillée et pratique pour évaluer la fonction locomotrice dans ces modèles.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Catégorie</td>
			<td>Paramètre</td>
			<td colspan="2">Description</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">Paramètres généraux de la démarche</td>
			<td>Zone d’impression (unité de distance)</td>
			<td colspan="2">Zone de l’impression de patte</td>
		</tr>
<tr>
<td>Longueur d’impression (unité de distance)</td>
			<td colspan="2">Longueur de l’impression de patte</td>
		</tr>
<tr>
<td>Base de soutien (BoS) (unité de distance)</td>
			<td colspan="2">Distance entre les deux pattes arrière ou avant</td>
		</tr>
<tr>
<td>Longueur de foulée (unité de distance)</td>
			<td colspan="2">Distance entre deux placements consécutifs d’une patte</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">Paramètres liés à la douleur de la démarche</td>
			<td>Swing Time (s)</td>
			<td colspan="2">Durée de la phase de balançoire</td>
		</tr>
<tr>
<td>Temps de stand (s)</td>
			<td colspan="2">Durée de la phase de position</td>
		</tr>
<tr>
<td>Intensité moyenne d’impression de patte (unité arbitraire)</td>
			<td colspan="2">Moyenne iIntensity de l’impression de patte pendant la phase de position</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">Paramètres liés à la coordination de la démarche</td>
			<td>Modèles normaux de séquence d’étape (NSSP)</td>
			<td colspan="2">Séquences spécifiques de placement des pattes au cours d’un cycle d’étapes</td>
		</tr>
<tr>
<td>Dispersions de phase (%)</td>
			<td colspan="2">Différences temporelles entre les cycles d’étape de deux pattes spécifiques</td>
		</tr>
<tr>
<td>Indice de régularité (RI) (%)</td>
			<td colspan="2">Quantification de la coordination interlimb en divisant la quantité de temps NSSP impeccables 4 par le nombre global de placement des pattes au cours d’un cycle d’étape</td>
		</tr>
</tbody></table>Tableau 1 : Paramètres de démarche évaluables à l’analyse automatisée de la démarche. Les catégories dans lesquelles les paramètres sont classés sont choisies selon Deumens et coll.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

Les lésions nerveuses périphériques et centrales sont principalement étudiées chez les rongeurs, en particulier les rats, étant donné que ces modèles animaux sont à la fois rentables et que beaucoup de données comparatives ont été publiées dans la littérature. Ceci inclut une multitude de méthodes d’évaluation pour étudier la récupération fonctionnelle après des dommages et la réparation de nerf. Outre l’évaluation de la régénération nerveuse au moyen de l’histologie, de l’électrophysiologie et d’autres techniques d’évaluation in vivo et in vitro, la récupération fonctionnelle est le critère le plus important pour déterminer le degré de régénération neuronale. L’analyse automatisée de la démarche permet l’enregistrement d’une grande quantité de paramètres liés à la démarche tels que paw print area et paw swing speed ainsi que des mesures de coordination entre les membres. En outre, la méthode fournit des données numériques des pattes des rats après des dommages neuronaux et pendant la régénération nerveuse, ajoutant à notre compréhension de la façon dont les blessures nerveuses périphériques et centrales affectent leur comportement locomoteur. Outre le modèle principalement utilisé de lésions nerveuses sciatiques, d’autres modèles de lésions nerveuses périphériques telles que le nerf fémoral peuvent être étudiés au moyen de cette méthode. En plus des blessures du système nerveux périphérique, des lésions du système nerveux central, par exemple, la contusion de moelle épinière peuvent être évaluées. L’évaluation des données valide et reproductible dépend fortement de l’ajustement méticuleux des paramètres durs et logiciels avant l’acquisition des données. En outre, une bonne formation des animaux expérimentaux est d’une importance cruciale. Ces travaux visent à illustrer l’utilisation de l’analyse automatisée informatisée de la démarche pour évaluer la récupération fonctionnelle dans différents modèles animaux de lésions nerveuses périphériques ainsi que les lésions de contusion de la moelle épinière. Il met également l’accent sur les limitations de la méthode, par exemple, l’évaluation de la régénération nerveuse chez les rats atteintes de neurotmésis nerveux sciatique en raison d’une récupération fonctionnelle limitée. Par conséquent, ce protocole est pensé pour aider les chercheurs intéressés par les blessures nerveuses périphériques et centrales pour évaluer la récupération fonctionnelle dans les modèles de rongeurs.

12 rats ont subi la chirurgie périphérique expérimentale de nerf. La résection sciatique de nerf (figure 2A) a été exécutée dans 7 rats, alors que la neurotmesis fémorale de nerf (figure 2B) a été induite dans 5 rats. Chez tous les animaux, le défaut nerveux a été reconstruit au moyen d’une greffe autologue de nerf. Des lésions de contusion de moelle épinière (figure 2C) au niveauTh 11 ont été induites chez 6 rats, ayant pour résultat un total de 18 rats.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig02.jpg"> Figure 2 : Sites opératoires après reconstruction nerveuse. Reconstruction nerveuse avec des autogreffes dans le nerfsciatique( A ) et le nerf fémoral (B) ainsi qu’après une lésion de contusion de la moelle épinière (C). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig02large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
Tous les animaux se sont bien remis de la chirurgie et aucun cas d’automutilation ne s’est produit. Un animal du groupe sciatique de dommages de nerf a développé des contractures fortes de la patte arrière droite au cours de la période postopératoire d’observation et a dû être exclu de davantage d’analyse de données.
Neurotmésis sciatique de nerf Puisque le nerf sciatique fournit l’innervation musculaire et sensorielle à la majorité de l’arrière-point, sa résection a comme conséquence une affaiblissement grave de la fonction locomotrice. Après des blessures, les rats utilisent le talon de la patte pour le soutien du poids seulement (Figure 3B-E) et le membre est déplacé dans un mouvement circumducteur de balayage. Par conséquent, les changements locomoteurs évalués par l’intermédiaire de l’AGA deviennent apparents au moyen d’une zone d’impression considérablement réduite (figure 4A) et d’une augmentation significative du temps de swing (figure 4B). Les deux paramètres ont encore été considérablement modifiés par rapport aux mesures pré-OP à la fin de la période d’observation. Fait à noter, un animal a développé de fortes contractures de la patte arrière droite à partir de la semaine postopératoire (WPO) 10. Cela a entraîné une augmentation de la zone d’impression de la patte arrière droite à plus de 150% par rapport à la patte gauche à WPO12 (Figure 5). Comme il s’agissait d’un extrémité par rapport à tous les autres animaux évalués dans cette étude, nous avons exclu cet animal de l’analyse des données en ce qui concerne la zone d’impression.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig03.jpg"> Figure 3 : Empreintes représentatives de pattes avant et après la résection de taille critique du nerf sciatique droit et de la réparation d’autogreffe. Notez la forte diminution de la zone d’impression à la suited’une lésion nerveuse( B ) par rapport à préopératoirement (A). Malgré une légère augmentation de la zone d’impression au cours de la périoded’observation ( C-E), les empreintes de pattes du membre arrière droit sont restées particulièrement modifiées par rapport aux enregistrements de base. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig03large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig04.jpg"> Figure 4 : Le cours de la récupération fonctionnelle après la résection critique de taille et la réparation d’autogreffe du nerf sciatique. Le rapport de zoned’impression( A ) et le rapport de temps de oscillation (B) ont été statistiquement changés de manière significative des valeurs de pré-OP immédiatement après la résection sciatique de nerf. Bien que la zone d’impression soit demeurée sensiblement diminuée par rapport à la ligne de base jusqu’au WPO10, l’heure des fluctuations a tout de même été considérablement augmentée pour s’établir aux valeurs pré-OP à WPO12. *: p < 0,05 par rapport à Pré-OP, **: p < 0,01 par rapport à Pré-OP. Les barres d’erreur indiquent ±'erreur standard de la moyenne (SEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig04large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig05.jpg"> Figure 5 : Boxplot du cours de la zone d’impression suivant la blessure sciatique de nerf. Notez l’extrémité (ellipse rouge) à WPO12, ce qui s’explique par le fait qu’un animal a développé de fortes contractures de la patte arrière droite à partir de WPO10. L’animal a donc été exclu de l’analyse statistique affichée à la figure 4. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig05large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
Neurotmésis fémorale de nerf La résection fémorale de nerf a comme résultat la dénervation du muscle de quadriceps dela cuisse 33,34. En conséquence, l’extension de genou est altérée, ayant pour résultat l’hyperflexion de l’articulation de cheville avec le levage consécutif du talon de la patte. Par conséquent, la zone d’impression de la patte respective (figure 6B), est fortement réduite après la chirurgie. La zone d’impression de la patte arrière gauche est augmentée en raison d’un déplacement compensatoire du poids vers la gauche. Ceci devrait être gardé à l’esprit, car ce phénomène influence directement le rapport calculé entre la patte « expérimentale » et la patte « de contrôle ». À partir de WPO4, la réinnervation des quadriceps par le nerf fémoral régénérant entraîne l’inversion de ces changements, ce qui entraîne une augmentation de la zone d’impression paw de la patte arrière droite (figure 7A). Comme le muscle quadriceps de la cuisse joue également un rôle dans la phase de swing de la patte respective, Swing Time (Figure 7B) est grandement prolongée chez les rats avec des lésions nerveuses fémorales. Reflétant le retour de la zone d’impression, Swing Time diminue à mesure que le nerf fémoral régénérant atteint le muscle quadriceps de la cuisse. À WPO10, les deux paramètres de la démarche sont retournés à la ligne de base, signalant la récupération fonctionnelle complète.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig06.jpg"> Figure 6 : Empreintes de pattes représentatives. Empreintes de pattes représentatives avant (A) et suivant (B-E) résection du nerf fémoral droit et réparation autogreffe. La zone d’impression de RH a fortement diminué à WPO2 (B), tandis qu’une augmentation de la zone d’impression de la patte arrière gauche (LH) en raison de la charge de poids accrue est devenue visible. RH Print Area a commencé à augmenter à partir de WPO6 ( C )accompagnéd’une diminution de la zone d’impression de LH. À WPO8 (D) et WPO10 (E) Zone d’impression de RH récupéré près des niveaux préopératoires. (Adapté avec la permission de Heinzel et coll.22, sous licence CC BY 4.0.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig06large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig07.jpg"> Figure 7 : Le cours de la récupération fonctionnelle après résection de 7 millimètres et réparation d’autogreffe du nerf fémoral. Le cours du rapport de zone d’impression (A) et du rapport de temps de oscillation (B) a indiqué un changement fort immédiatement après la résection fémorale de nerf, mais les valeurs ont récupéré de nouveau aux valeurs préopératoires à WPO8. #: p < 0,05. Les barres d’erreur indiquent ± sem. (Adapté avec la permission de Heinzel et coll.22, sous licence CC BY 4.0.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig07large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
Contusion de la moelle épinière L’analyse de la démarche a révélé des empreintes de pattes nettement altérées après une lésion thoracique de contusion de la moelle épinière (figure 8), le plus remarquable d’un décrément dans la zone d’impression et une rotation interne marquée des pattes postérieures à WPO2 (Figure 8B). Il convient de noter que la rotation des pattes est également implémentée en tant que caractéristique évaluable dans le BBB, soulignant l’applicabilité de l’analyse informatisée de la démarche pour évaluer les changements de démarche qui ont été évalués à l’origine avec des essais en plein champ. En ce qui concerne le cours des paramètres individuels de la démarche, la contusion de la moelle épinière auniveau th 11 a entraîné une diminution du rapport de zone d’impression (figure 9A) et l’augmentation du rapport de temps de balançoire (figure 9B). Les deux paramètres ont tendance vers des niveaux de référence au cours de la période d’observation, mais il n’y a pas eu de changements statistiquement significatifs observables. L’indice de régularité des paramètres liés à la coordination (figure 9C) a également diminué au WPO2, mais le degré variait considérablement d’un animal à l’autre. Il a également tendance vers des valeurs préopératoires jusqu’à WPO16. Base de soutien des pattes postérieures (Figure 9D), un paramètre général de la démarche selon Deumens, a montré une augmentation marquée, qui a été statistiquement significative de WPO10 jusqu’à WPO14. Il s’est orienté vers des niveaux de référence à WPO16 et n’a plus été sensiblement modifié par rapport à la valeur pré-OP à ce moment-là.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig08.jpg"> Figure 8 : Empreintes représentatives des pattes arrière des deux pattes postérieures. Empreintes de pattes préopératoirement ( A )etsuite à des lésions thoraciques de contusion de la moelle épinière (B-F). Notez la réduction de la surface d’impression à partir de WPO2 (B) accompagnée d’une rotation interne notable des pattes. Au cours de la période d’observation (C-F) une augmentation de la zone d’impression est observable ainsi que le dégagement de la rotation interne. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig08large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig09.jpg"> Figure 9 : Contusion de la moelle épinière au niveau Th 11. La contusion de la moelle épinière au Th 11 a entraîné des altérations observables du rapport de zone d’impression (A) et de l’heure de swing (B) et de l’indice de régularité (C), mais ces changements n’étaient pas statistiquement significatifs. À la suite d’une blessure, la base de soutien des pattes postérieures a montré une augmentation marquée par rapport à la ligne de base, ce qui était statistiquement significatif à WPO10 jusqu’à WPO14. *: p < 0,05 par rapport à Pré-OP. Les barres d’erreur indiquent ± sem. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig09large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
Fichier supplémentaire 1 : Détails du dépannage. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61852/Supplementary_File_1.docx" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.</a>

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

L’analyse automatisée de démarche est un outil faisable pour évaluer la récupération fonctionnelle dans les modèles de rongeur des dommages périphériques de nerf et des dommages de contusion de moelle épinière. Bien qu’il ne nécessite qu’une seule configuration pour évaluer la fonction locomotrice dans divers modèles expérimentaux, l’ajustement méticuleux des marchandises dures et douces et la formation des animaux est très important.

Analyse automatisée de la démarche pour évaluer la récupération fonctionnelle chez les rongeurs ayant des lésions périphériques du nerf ou de la contusion de la moelle épinière

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

L’analyse automatisée de démarche est une méthode employée couramment pour évaluer des modèles fonctionnels d’inscription de rétablissement des dommages périphériques de nerf, de réparation, et de régénération. La méthode peut être employée pour étudier des changements dans la démarche après des dommages périphériques de nerf, se rapportant à la fonction motrice et sensorielle de nerf. Les chercheurs nouveaux à la méthode pourraient éprouver des difficultés dans l’acquisition de données de haute qualité.Les obstacles typiques sont une formation adéquate des animaux et un étalonnage précis du matériel et des logiciels. Pendant les séances d’entraînement et le jour du test, éteignez toutes les sources de lumière dans la salle de test comportementale et faites face à l’écran de l’ordinateur pour l’acquisition de données loin de la caméra pour empêcher sa lumière d’interférer avec la caméra. Confirmez que l’appareil est installé dans une position stable d’une manière qui empêche toute forme de vibration, et amenez les rats dans la salle d’essai comportementale dans leur propre cage pendant au moins 30 minutes avant l’essai, Le premier jour de l’entraînement, saisissez doucement un animal sous son tronc et placez-le soigneusement dans l’entrée de la passerelle.Laissez le rat explorer l’ouverture du couloir sans aucune interférence, et attendre jusqu’à ce que l’animal traverse volontairement la passerelle pour atteindre sa cage d’origine sans aucun stimulus externe ou motivation. Le deuxième jour d’entraînement, laissez les animaux s’habituer à entrer dans la passerelle et à retourner dans leur cage d’origine sans hésitation. Le troisième jour de formation, confirmez que les animaux ont appris à traverser la passerelle à une vitesse uniforme sans hésitation, reniflement ou autres mouvements exploratoires.Les quatrième et cinquième, répétez la formation pour renforcer la procédure d’essai. Le jour de l’expérience, utilisez un nettoyeur de verre commercial et un raclette pour nettoyer le haut et le bas de la passerelle en prenant soin d’enlever tout le liquide des extrémités de la passerelle. Placez les rats les plus légers et les plus lourds sur la passerelle et sélectionnez une caméra enregistrée à partir de l’onglet d’installation pour permettre le gain de la caméra, la lumière du plafond rouge, la lumière verte de la passerelle et le seuil d’intensité verte à ajuster pour assurer une détection optimale de l’empreinte patte pour tous les animaux de l’analyse.Ensuite, cliquez sur l’acquisition ouverte et obtenez un instantané de la passerelle nettoyée vide qui sera utilisée comme référence tout au long de la procédure d’acquisition des données. Le statut changera d’attente pour instantané à prêt pour l’acquisition. Cliquez sur démarrer l’acquisition.Le statut passera de prêt à l’acquisition à l’attente de démarrage de la course. Lorsque la caméra est prête, placez un rat sur la passerelle et suivez le mouvement de l’animal sur l’écran de l’ordinateur. Remarque, le changement d’état de l’attente pour l’exécuter pour commencer à l’enregistrement s’exécute.À la fin de l’analyse, cliquez sur classer dans l’onglet explorateur expérimental de l’essai à classer et jouez la course acquise à une vitesse normale pour déterminer si les données sont conformes aux exigences de classification. Cliquez sur la classification automatique pour la classification automatique des empreintes de pattes par le logiciel. Pour un calcul correct des modèles normaux de séquence d’étape, assurez-vous que l’algorithme de classification n’est pas confondu par des empreintes de pattes non visibles, conduisant à des nssp défectueux, et que seules les empreintes de pattes qui sont détectables tandis que la patte contralatérale est également visible pour les calculs NSSP sont inclus.Pour l’analyse statistique des données, cliquez sur afficher les statistiques d’exécuter pour obtenir un aperçu complet des statistiques d’exécuter. Sélectionnez ensuite le fichier et l’exportation, pour exporter les statistiques d’exécuter ou d’essai dans un logiciel de feuille de calcul. Suite à des lésions nerveuses sciatiques, les rats utilisent le talon de la patte pour le soutien du poids seulement et le membre est déplacé dans un mouvement circumducteur de balayage.Par conséquent, les changements locomoteurs évalués au moyen d’une analyse automatisée de la démarche deviennent apparents par une zone d’impression considérablement réduite et un temps de swing considérablement accru. La résection fémorale de nerf a comme conséquence la dénervation du muscle de quadriceps de la cuisse, altérant l’extension de genou et induisant l’hyperflexion de l’articulation de cheville avec le levage consécutif du talon correspondant. À partir de la quatrième semaine postopératoire, la réenervation du quadriceps par le nerf fémoral régénérant conduit à l’inversion de ces changements.Comme le muscle quadriceps de la cuisse joue également un rôle dans la phase de swing de la patte respective, le temps de swing est considérablement prolongé chez les rats avec des lésions nerveuses fémorales. L’analyse de démarche indique les empreintes marquéement altérées de patte après contusion thoracique de moelle épinière. La contusion de moelle épinière au niveau thoracique 11 a également comme conséquence une diminution du rapport de zone d’impression, une augmentation du rapport de temps de oscillation.L’indice de régularité lié à la coordination diminue également à la deuxième semaine postopératoire, tandis que la base de soutien des pattes postérieures montre une augmentation marquée. Lorsque vous utilisez l’analyse automatisée des portes pour évaluer la récupération fonctionnelle chez les rongeurs, assurez-vous de bien former les animaux et d’être méticuleux lors des ajustements logiciels ou matériels. En utilisant l’analyse automatisée de démarche, les dommages et la régénération du système nerveux central et périphérique peuvent être évalués dans divers modèles de rongeur, y compris les modèles formels pourtant non étudiés de nerf, tels que le nerf médian.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

La transplantation de cellules olfactives engainantes à évaluer la récupération fonctionnelle après des nerfs périphériques blessures

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

Recherche

Neurosciences

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

Une<em&gt; Ex Vivo</em&gt; Induite par laser Spinal Cord Injury modèle pour évaluer les mécanismes de la dégénérescence axonale dans en temps réel

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

Imagerie de l’activité neuronale dans le Cortex somatosensoriel primaire utilisant Thy1-GCaMP6s des souris transgéniques

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

Analyse automatisée Gait chez la souris avec la blessure de Constriction chronique

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

La formation axée sur l’activité sur un tapis roulant avec la moelle épinière blessée des Rats Wistar

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

Analyse cinématique 3D pour l’évaluation fonctionnelle dans le modèle de rat de la blessure d’écrasement de nerf sciatique

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

Livraison intra-artérielle de cellules souches neuronales au cerveau du rat et de la souris : application à l’ischémie cérébrale

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

Induction d’une lésion complète de la moelle épinière de type transection chez la souris

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

Compréhension globale de l’altération de la démarche induite par l’inactivité chez les rongeurs

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

Établissement d’un modèle de lésion médullaire par contusion chez la souris basé sur une technique mini-invasive

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