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

Författarna vill tacka Karin Brenner för hennes passionerade omsorg om djuren. Författarna vill också tacka Claudia Keibl, James Ferguson, Gabriele Leinfellner och Susanne Drechsler för deras hjälp under de experimentella operationerna.

Författarna förklarar att detta arbete stöddes av Noldus Inc. genom täckning av open access publicering avgift. Ingen av författarna fick någon personlig lön eller någon form av ekonomisk dricks. Författarna har inga andra konkurrerande intressen att deklarera.

Bedömning av funktionell återhämtning i djurmodeller av PNI och SCI är fortfarande utmanande på grund av den stora variationen av utvärderingsmetoder, var och en med individuella fördelar och nackdelar. Endast få metoder har testats och validerats i flera modeller av perifera och centrala nervösa skador, även om lovande nya tekniker som kombinerar rörelsespårning och maskininlärning kan potentiellt driva neurobehavioral forskning till nästa nivå av funktionell testning. Vi är övertygade om att banbrytande metoder som i stort sett gäller för en mängd olika djur- och skademodeller snart kommer att dyka upp. Mot bakgrund av dessa överväganden, en av fördelarna med AGA är möjligheten att utvärdera funktionell återhämtning i flera modeller av nervskada med hjälp av endast en enhet. Sedan början av 2000-talet detta tillvägagångssätt har använts i experimentella modeller av PNI såsom den sciatic37, peroneal38, och lårbens nerv skadamodell 22 samt efter rot avulsion av både ländryggen39 och den brachialis plexus40. Olika centrala nervösa skador inklusive ryggmärgskontusion skada har också studerats med metoden41,42. Med detta papper, presenterade vi ett utförligt protokoll om hur man inducera tre vanligen studerade nerv skador samt hur man utvärdera funktionella återhämtning efteråt. Enligt vår mening, en praktisk riktlinje för forskare som är intresserade av området experimentell nervskada, reparation och förnyelse om hur man kan göra optimal användning av metodens fördelaktiga funktioner skulle vara till stor hjälp.
Flera författare har tagit upp potentialen hos AGA att utvärdera funktionell återhämtning hos gnagare, belyser metodens fördel att samtidigt bedöma gång parametrar relaterade till motor och sensorisk reinnervation27,28. Dessutom möjliggör jämförelse av data från en experimentell tass, t.ex., rekonstruerad nervskada till en oopererad tass som visades i båda de presenterade modellerna införandet av en intra-animal positiv kontroll. Omvänt, en opererad tass utan kirurgisk rekonstruktion eller ytterligare behandling skulle kunna fungera som en intra-animal negativ kontroll. Det visades också att det är möjligt att kombinera AGA med maskininlärningsansatser43. Trots metodens fördelar har den också flera begränsningar och nackdelar, såsom de tidskrävande utbildningsinsatserna, som är obligatoriska för att vänja djuret vidförvärvsförfarandet 28,44. En annan begränsning av AGA är den största storleken på de djur som är berättigade till testning på grund av apparatens begränsade dimensioner. Därför är användningen av AGA för närvarande begränsad till djur av storleken på gnagare och illrar45. Dessutom, nyligen framväxande neurobehavioral bedömning metoder inom området för rörelsespårning kan maskininlärning kan överträffa AGA i både omfattande samt möjliga tillämpningar18,19,46. Mest anmärkningsvärt, men i enlighet med andra utvärderingsmetoder, verkar det som funktionell återhämtning som bedöms av AGA är starkt begränsad-om ens förekommer-i modeller av ischiasnerven neurotmesis47,48. Å andra sidan, AGA möjliggör omfattande utvärdering av loppet av funktionella återhämtning efter femorala nerv neurotmesis som framgår av våra data. Med detta arbete, vi visat att Paw Print Area är en representativ gång parametern assessable via AGA, vilket är exemplariskt för loppet av funktionella återhämtning i de två nämnda perifera nerv skada modeller presenteras av oss. Medan funktionella återhämtning annons integrum var observerbara efter autograft reparation av femorala nerv, var AGA parametrar fortfarande väsentligt förändrats från baslinjen i slutet av observationsperioden efter autograft reparation av sciatic nerv. Det är anmärkningsvärt i detta sammanhang att lem kontrakturer är ett vanligt fenomen hos råttor med ischiasnerven skada och försiktighet är nödvändigt att inte blanda ihop dessa tecken på muskulär obalans och förlamning med förfarandet funktionella återhämtning32. Detta å ena sidan understryker AGA metodens oförmåga att upptäcka betydande funktionella återhämtning efter neurotmesis skada i denna modell. Å andra sidan väcker det frågan om det är möjligt att utvärdera ischias nervskada modell av råttan, som fortfarande är den mest använda experimentella nerv reparation modell, med hjälp av gånganalys i allmänhet i fall nervskada är allvarligare än axonotmesis48. Felsökningsuppgifter tillhandahålls i Tilläggsfil 1.
Vi lämnade också exemplariska uppgifter om användning av metoden för att utvärdera rörelseaktivitetsfunktionen hos råttor med ryggmärgsskada, vilket är möjligt utan några nödvändiga ändringar av hårdvaran setup eller förvärv förfarande. Samma princip gäller för andra gnagare modeller av centrala nervös skada (CNI)26,49,50 och rot avulsion skada. I motsats till isolerade PNIs, skador i ryggmärgen är mycket mer komplexa i sina patofysiologiska konsekvenser, som en mängd mycket viktiga strukturer är skadade, som involverar efferent vägar såsom corticospinal och rubrospinal skrifter och afferenta vägar såsom dorsala kolumner och spinothalamic skrifter35. Utmaningen att på ett adekvat sätt bedöma dessa patologiska förändringar återspeglas i den omfattande armamentarium av beteendemässiga tester, såsom Basso, Beattie, och Bresnahan (BBB) poäng36. Den gång parametern Base of Support har rapporterats öka efter centrala nervösa skador, troligen att redogöra för en resulterande instable gång. Base of Support ändrades avsevärt från baslinjen från WPO10 till WPO14 i vår modell, stödja vår presumtion att denna parameter tillåter bedömning av loppet av funktionella återvinning av AGA efter bröst ryggmärg kontusion skada.
Vi är övertygade om att AGA är ett genomförbart verktyg för att utvärdera funktionell återhämtning hos gnagare med skador i nervsystemet. Ändå, Vi råder att återspegla de observerade förändringarna av gång noggrant och grundligt i varje respektive experimentella setup. Ändringar i gång parametrar, t.ex., en ökning av Print Area efter en omedelbar postoperativ decirktion eller en minskning av Swing Time förfarande en omedelbar postoperativ höjning av denna parameter, under loppet av observationsperioden inte oundvikligen avser funktionella återhämtning. Istället dessa förändringar kan också relateras till en eventuell funktionell anpassning för att upprätthålla en oansenlig gång, med tanke på att råttor är ett byte arter och försöka undvika att visa smärta eller funktionshinder till potentiella rovdjur51. Det är, därför, rekommenderas att använda automatiserad gånganalys som ett kompletterande verktyg för att relatera förändringar av gång till andra resultat åtgärder av perifer nerv skada och regenerering21. Som tidigare nämnts anser vi också att det bör återspeglas noggrant om gnagare med ischias nerv neurotmesis bör undersökas med hjälp av AGA som vår konstaterandet starkt anger att funktionella återhämtning är starkt begränsad i detta fall.
Som framgår av vårt arbete är AGAs främsta tillgång möjligheten att studera både motorisk och sensorisk reinnervation i en mängd experimentella PNI-modeller samt CNI samtidigt som den bara kräver en uppställning. Därför är metoden, enligt vår mening, ett mycket värdefullt verktyg för omfattande neurobehavioral testning. En av AGA: s tillgångar, som är möjligheten att studera motoriska och sensoriska reinnervation i olika djurmodeller av PNI och CNI samtidigt som det kräver endast en setup, är enligt vår mening metodens främsta fördel i jämförelse med andra utvärderingsmetoder för att studera funktionell återhämtning, såsom gång spår analys52, Von Frey testning53, eller gång kinematik16. Potentialen att samtidigt utvärdera förändringar av gång som gör antingen korrelerar med resultat av elektrofysiologiska undersökningar av reinnervated muskel22 eller utvärderingsmetoder för sensorisk funktion54 är lovande när det gäller framtida tillämpningar av metoden. Vi rekommenderar därför att du använder AGA för att undersöka funktionell återhämtning i gnagare modeller av forelimb PNI, såsom ulnar, radiella eller median nerv, eller experimentell nerv överföring modeller55, som förblir ostuderade med denna metod ännu.
Vi ger härmed ett utförligt protokoll om hur man använder automatiserad gånganalys för att studera funktionell återhämtning i tre gnagare modeller av nervskada. Medan metoden kräver noggrant övervägande av olika viktiga aspekter såsom adekvat utbildning och noggrann hård- och programvarukalibrering, är det ett genomförbart och värdefullt kompletterande verktyg för att utvärdera nervregenerering i gnagare modeller av centrala och perifera nervskada.

Skador i det perifera och centrala nervsystemet studeras ofta hos gnagare, vilket resulterar i en stor mängd jämförande data angående nervskadans, reparationens eller nervskyddsföringen för att motverka ytterligare sekundära skador och regenerering1,2,3. Resultatet av experimentella behandlingsstrategier i gnagare modeller kan bedömas genom en mängd olika tekniker såsom histologi, immunohistokemi, elektrofysiologi, och avbildningstekniker såsom röntgen mikrotomografi (μCT) skanningar, men det viktigaste kriteriet för att fastställa framgången för en behandling är-som i mänskliga patienter-graden av funktionell återhämtning4,5. De första studierna som undersöker locomotor prestanda i gnagare går tillbaka till 1940-talet6,7,8. Råttor och möss var föremål för en stor mängd studier som undersöker deras rörelseaktivitet beteende i följande decennier9,10,11. Numera finns ett brett spektrum av bedömningstekniker för gnagare modeller av perifera och centrala nervskador finns, allt från gångspår analys med bläck och papper12,13,14 över fotled och gång kinematik15,16,17 till maskininlärning förbättrade metoder, som möjliggör en komplex uppskattning av gång, lem och ledbanor18,19.
Datoriserad Automatiserad gånganalys (AGA) används för att utvärdera rörelseorganisk funktion efter perifera och centrala nervösa skador och potentiell experimentell behandling av sådana skador. Enheten består huvudsakligen av en glasgångväg och en ljuskälla som lyser upp gnagarens tassavtryck i korrelation med det tryck som överskrids av dem. Dessa data datoriseras sedan för att beräkna ett brett utbud av statiska och dynamiska parametrar. Enligt Deumens kan dessa parametrar delas in ytterligare i kategorierna allmänna parametrar, smärtrelaterade parametrar samt samordningsrelaterade parametrar för gång20 (tabell 1). Genomförbarheten av AGA att upptäcka förändringar i gång beteende har bevisats i olika djurmodeller av perifer nervskada (PNI)21, såsom den sciatic nerv20, femorala nerv22, och median nerv23,24. Det används också rutinmässigt för att bedöma rörelsehindrande funktion hos råttor med centrala nervösa skador,t.ex. Metodens framsteg ligger i den stora mängden jämförbara data och dess möjlighet att registrera en uppsjö av parametrar relaterade till gång27. Detta dokument syftar till att ge forskare som är intresserade av djurmodeller av PNI och ryggmärgsskada (SCI) med en detaljerad och praktisk riktlinje för att bedöma rörelseaktivitetsfunktionen i sådana modeller.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Kategori</td>
			<td>Parametern</td>
			<td colspan="2">Beskrivning</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">Allmänna parametrar för gång</td>
			<td>Utskriftsområde (avståndsenhet)</td>
			<td colspan="2">Området för tafsavtrycket</td>
		</tr>
<tr>
<td>Utskriftslängd (distansenhet)</td>
			<td colspan="2">Längd på tassavtrycket</td>
		</tr>
<tr>
<td>Stödbas (BoS) (avståndsenhet)</td>
			<td colspan="2">Avstånd mellan de två bak- eller framtassarna</td>
		</tr>
<tr>
<td>Stride Längd (avstånd enhet)</td>
			<td colspan="2">Avstånd mellan två på varandra följande placeringar av en tass</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">Smärtrelaterade parametrar av gång</td>
			<td>Swing Tid (s)</td>
			<td colspan="2">Svingfasens varaktighet</td>
		</tr>
<tr>
<td>Stand Time (s)</td>
			<td colspan="2">Hållningsfasens varaktighet</td>
		</tr>
<tr>
<td>Genomsnittlig Paw Print Intensitet (godtycklig enhet)</td>
			<td colspan="2">Genomsnittlig iIntensity av tasstrycket under hållningsfasen</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">Koordinationsrelaterade parametrar av gång</td>
			<td>Normala stegsekvensmönster (NSSP)</td>
			<td colspan="2">Specifika sekvenser av placeringar med tass under en stegcykel</td>
		</tr>
<tr>
<td>Fasdispersioner (%)</td>
			<td colspan="2">Tidsmässiga skillnader mellan stegcyklerna för två specifika tassar</td>
		</tr>
<tr>
<td>Korrekthetsindex (RI) (%)</td>
			<td colspan="2">Kvantifiering av interlimb-koordination genom att dividera mängden felfria NSSP-gånger 4 med det totala antalet placeringar av tassar under en stegcykel</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabell 1: Parametrar för gångbedömbar med den automatiserade gånganalysen. De kategorier i vilka parametrarna klassificeras väljs enligt 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

Perifera och centrala nervskador studeras till största delen på gnagare, särskilt råttor, med tanke på att dessa djurmodeller är både kostnadseffektiva och en hel del jämförande data har publicerats i litteraturen. Detta inkluderar en mängd bedömningsmetoder för att studera funktionella återhämtning efter nerv skada och reparation. Förutom utvärdering av nervregenerering med hjälp av histologi, elektrofysiologi och andra in vivo och in vitro-bedömningstekniker, är funktionell återhämtning det viktigaste kriteriet för att bestämma graden av neural regenerering. Automatiserad gånganalys möjliggör registrering av en stor mängd gångrelaterade parametrar som Paw Print Area och Paw Swing Speed samt mått på inter-limb-koordination. Dessutom ger metoden digitala data av råttornas tassar efter neuronala skador och under nervregenerering, lägga till vår förståelse av hur perifera och centrala nervösa skador påverkar deras rörelseaktivitet beteende. Förutom den övervägande använda sciatic nervskada modell, andra modeller av perifer nerv skada såsom lårbensnerven kan studeras med hjälp av denna metod. Förutom skador i de perifera nervsystemen kan lesioner i centrala nervsystemet, t.ex. Giltig och reproducerbar databedömning är starkt beroende av noggrann justering av hård- och mjukvaruinställningarna före datainsamling. Dessutom är en ordentlig utbildning av försöksdjuren av avgörande betydelse. Detta arbete syftar till att illustrera användningen av datoriserade automatiserade gånganalys för att bedöma funktionella återhämtning i olika djurmodeller av perifer nerv skada samt ryggmärg kontusion skada. Det betonar också metodens begränsningar, t.ex., utvärdering av nerv regenerering hos råttor med sciatic nerv neurotmesis på grund av begränsad funktionella återhämtning. Därför är detta protokoll tänkt att hjälpa forskare som är intresserade av perifera och centrala nervösa skador för att bedöma funktionell återhämtning i gnagare modeller.

12 råttor genomgick experimentell perifer nervoperation. Sciatic nerv samband (Figur 2A) utfördes i 7 råttor, medan femorala nerv neurotmesis (Figur 2B) var inducerad i 5 råttor. I alla djur, var nerv defekt rekonstrueras med hjälp av en autolog nerv moderplantor. Ryggmärgskontusionskada (Figur 2C) på nivå Th11 inducerades hos 6 råttor, vilket gav totalt 18 råttor.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig02.jpg"> Figur 2: Avgörande platser efter nervrekonstruktion. Nervrekonstruktion med autograft i sciaticnerven (A) och lårbensnerven (B) samt efter ryggmärgskontusionskada (C). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig02large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.</a>
Alla djur återhämtade sig väl från kirurgi och inga fall av självstympning inträffade. Ett djur av sciatic nerv skada gruppen utvecklat starka contractures av den högra hind tass under loppet av den postoperativa observationsperioden och måste uteslutas från ytterligare dataanalys.
Sciatic nerv neurotmesis Eftersom sciatic nerv ger muskulös och sensorisk innervation till majoriteten av hindlimb, dess samband resulterar i en allvarlig försämring av locomotor funktion. Efter skada använder råttor tafsens häl för endast viktstöd (figur 3B–E) och extremiteten flyttas i en svepande cirkumductory rörelse. Därför blir de lokomotoriska förändringar som bedöms via AGA uppenbara med hjälp av en betydligt reducerad Print Area (Figur 4A) och avsevärt ökade Swing Time (Figur 4B). Båda parametrarna ändrades fortfarande avsevärt i jämförelse med mätningar före OP som vid slutet av observationsperioden. Anmärkningsvärt, ett djur utvecklat starka contractures av höger hind tass börjar på postoperativa vecka (WPO) 10. Detta resulterade i en ökning av Print Area av höger baktass till mer än 150% i jämförelse med vänster tass vid WPO12 (Figur 5). Eftersom detta var en extremum i jämförelse med alla andra djur som bedömdes i denna studie, uteslöt vi detta djur från dataanalys när det gäller Utskriftsområde.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig03.jpg"> Bild 3: Representativa tassutskrivningar före och efter kritisk storleksresektion av höger sciatic nerv och autograftreparation. Notera den kraftiga minskningen i Print Area efter nervskada (B) jämfört med preoperatively (A). Trots en liten ökning i Print Area under loppet av observationsperioden (C–E) tass utskrifter av den högra bakbenen förblev särskilt ändras från baslinjen inspelningar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig03large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig04.jpg"> Figur 4: Kursen av funktionella återhämtning efter kritisk storlek samband och autograft reparation av den sciatic nerv. Print Area Ratio (A) och Swing Time Ratio (B) ändrades statistiskt sett avsevärt från Pre-OP-värden omedelbart efter sciatic nerv samband. Medan Print Area förblev betydligt minskat jämfört med baslinjen fram till WPO10, ökades Swing Time fortfarande avsevärt till Pre-OP-värden vid WPO12. *: p < 0,05 jämfört med Pre-OP, **: p < 0,01 jämfört med Pre-OP. Felstaplar indikerar medelvärde ± standardfel för medelvärdet (SEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig04large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig05.jpg"> Figur 5: Boxplot av loppet av Print Area efter sciatic nervskada. Notera extremumen (röd ellips) på WPO12, som förklaras av faktumet att ett djur framkallade starka contractures av den högra hindtassstarten från WPO10. Djuret uteslöts därför från den statistiska analys som visades i figur 4. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig05large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.</a>
Femorala nerv neurotmesis Femorala nerv samband resulterar i denervation av quadriceps muskeln ilåret 33,34. I konsekvens, knäförlängning är nedsatt, vilket resulterar i hyperflexion av fotleden med på varandra följande lyft av tassens häl. Därför minskas respektive tass's Print Area (Figur 6B), starkt efter operationen. Print Area av vänster hind tass ökas på grund av en kompenserande växling av vikt till vänster. Detta bör hållas i åtanke, eftersom detta fenomen direkt påverkar det beräknade förhållandet mellan den "experimentella" och "kontroll" tass. Start från WPO4 reinnervation av quadricepsen vid regenererande femorala nerven blytak till omsvängning av dessa ändringar resultera i ökande Tasstryck område av den högra hindtassen (Figurera 7A). Som quadriceps muskeln i låret spelar också en roll i svingfasen av respektive tass, Swing Time (Figur 7B) är kraftigt långvarig hos råttor med lårbensnervskada. Speglar återlämnande av Print Area, Swing Time minskar som regenererande lårbensnerven når quadriceps muskeln i låret. Vid WPO10, båda parametrarna för gång återvände till baslinjen, signalering full funktionell återhämtning.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig06.jpg"> Bild 6: Representativa tassavtryck. Representativa tass utskrifter före (A) och följande (B–E) rätt lårbensnerv samband och autograft reparation. Skriv ut Område av RH minskade starkt på WPO2 (B), stund en förhöjning in Skriva ut Område av den lämnade hindtassen (LH) tack vare ökande väger laddar blev synligt. RH Print Area började öka med början från WPO6 (C) åtföljd av en minskning av Print Area of LH. Vid WPO8 (D) och WPO10 (E) Print Area of RH återhämtade sig tillbaka nära preoperative nivåer. (Anpassad med tillstånd från Heinzel et al.22, licensierad enligt CC BY 4.0.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig06large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig07.jpg"> Figur 7: Kursen av funktionell återhämtning efter 7-mm samband och autograft reparation av lårbensnerven. Kursen av Print Area Ratio (A) och Swing Time Ratio (B) visade en stark förändring omedelbart efter lårbensnerven samband, men värden återhämtat sig tillbaka till preoperative värden vid WPO8. #: p < 0.05. Felstänger indikerar medelvärde ± SEM. (Anpassad med tillstånd från Heinzel et al.22, licensierad enligt CC BY 4.0.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig07large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.</a>
Ryggmärgskontusion Gånganalys visade markant förändrade tassavtryck efter bröst ryggmärgskontusionskada (Figur 8), mest anmärkningsvärda en desinfektion i Print Area och en markant intern rotation av baktassarna vid WPO2 (Figur 8B). Anmärkningsvärt, tass rotation genomförs också som en bedömningsbar funktion i BBB, understryker tillämpligheten av datoriserade gånganalys för att utvärdera förändringar av gång som ursprungligen utvärderades med Open Field testning. Angående de enskilda gångparametrarnas förtur resulterade ryggmärgskontusionen påTh 11-nivån en minskning av Utskriftsområdet Ratio (Bild 9A) och ökning av Swing Time Ratio (Bild 9B). Båda parametrarna trendade mot utgångsnivåerna under observationsperiodens fortsatta gång, men det fanns inga statistiskt signifikanta förändringar observerbara. Även den samordningsrelaterade parametern Regularity Index (Figur 9C) minskade vid WPO2, men graden varierade kraftigt mellan djur. Det trendade också mot preoperativa värden fram till WPO16. Bas för stöd av baktassarna (Figur 9D), en allmän parameter av gång enligt Deumens, visade en markant ökning, som var statistiskt signifikant från WPO10 till WPO14. Den trendade mot baslinjenivåerna vid WPO16 och ändrades vid denna tidpunkt inte längre nämnkraftigt från pre-OP-värdet.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig08.jpg"> Bild 8: Representativa tassavtryck av de två baktassarna. Paw skriver ut preoperatively (A) och efter bröst ryggmärg kontusion skada (B–F). Notera minskningen i utskriftsområdet med början från WPO2 (B) åtföljd av en anmärkningsvärd intern rotation av tassarna. Under loppet av observationsperioden (C–F) är en ökning av Print Area observerbar samt clearance av den interna rotationen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig08large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig09.jpg"> Figur 9: Ryggmärgskontusion på Th 11-nivån. Ryggmärgskontusion vid Th 11 resulterade i observerbara ombyggnader av Print Area Ratio (A) och Swing Time (B) och Regularitetsindexet (C), men dessa förändringar var inte statistiskt signifikanta. Efter skada visade Basen för stöd av hind tassarna en markant ökning jämfört med baslinjen, vad som var statistiskt signifikant vid WPO10 fram till WPO14. *: p < 0,05 jämfört med Pre-OP. Felstaplar indikerar medelvärde ± SEM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig09large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.</a>
Tilläggsfil 1: Felsökningsdetaljer. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61852/Supplementary_File_1.docx" target="_blank">Vänligen klicka här för att ladda ner denna 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

Automatiserad gång analys är ett genomförbart verktyg för att utvärdera funktionella återhämtning i gnagare modeller av perifera nerv skada och ryggmärg kontusion skada. Även om det kräver bara en inställning för att bedöma rörelseaktivitetsfunktionen i olika experimentella modeller, noggrann hård- och soft-ware justering och utbildning av djuren är mycket viktigt.

Automatiserad Gång analys för att bedöma funktionell återhämtning hos gnagare med perifer nerv eller ryggmärg Kontusion skada

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

Automatiserad gånganalys är en allmänt använd metod för att utvärdera funktionella återställningsregistreringsmodeller av perifer nervskada, reparation och regenerering. Metoden kan användas för att studera förändringar i gång efter perifer nervskada, som avser både motorisk och sensorisk nervfunktion. Forskare som är nya i metoden kan uppleva svårigheter att förvärva högkvalitativa data.Typiska hinder är tillräcklig djurträning och noggrann hårdvaru- och programvarukalibrering. Under träningspass och på testdagen, stäng av alla ljuskällor i beteendetestrummet och vänd mot datorskärmen för dataanskaffning bort från kameran för att förhindra att dess ljus stör kameran. Bekräfta att enheten är installerad i stabilt läge på ett sätt som förhindrar varje form av vibrationer, och för in råttorna i beteendetestrummet i sin egen hembur i minst 30 minuter före testet, På den första dagen av träning, försiktigt ta tag i ett djur under dess bagage och försiktigt placera den i gångbanan ingången.Låt råttan utforska öppningen av korridoren utan någon inblandning, och vänta tills djuret frivilligt korsar gångvägen för att nå sin hembur utan någon yttre stimulans eller motivation. På den andra dagen av utbildning, låt djuren bli vana vid att komma in på gångvägen och återvända till sin hembur utan att tveka. På den tredje dagen av träning, bekräfta att djuren har lärt sig att korsa gångvägen med en enhetlig hastighet utan att tveka, sniffa, eller andra explorativa rörelser.På den fjärde och femte, upprepa utbildningen för att förstärka testförfarandet. På dagen för experimentet, använd kommersiella glas renare och en squeegee att rengöra toppen och botten av gångvägen noga med att ta bort all vätska från ändarna av gångvägen. Placera både de lättaste och tyngsta råttorna på gångvägen och välj en registrerad kamera från inställningsfliken så att kameravinsten, rött takljus, grönt gångvägsljus och grön intensitetströskel justeras för att säkerställa en optimal avkänning av tassuttryck för alla djur i analysen.Därefter klickar du på öppna förvärv och skaffa en ögonblicksbild av den tomma rensade gångvägen som ska användas som referens under hela proceduren för datainhämtning. Statusen kommer att ändras från att vänta på ögonblicksbild till klar för förvärv. Klicka på start acquisition.Statusen kommer att ändras från redo för förvärv till väntar på körning för att starta. När kameran är klar placerar du en råtta på gångvägen och följer djurets rörelse på datorskärmen. Observera, statusändringen från att vänta på körning till start till inspelningkörning.I slutet av analysen klickar du på klassificera i den experimentella explorer fliken för rättegången som ska klassificeras, och spela den förvärvade kör med normal hastighet för att avgöra om data överensstämmer med klassificeringskraven. Klicka på automatisk klassificera för automatisk klassificering av tassen skriver av programvaran. För korrekt beräkning av de normala stegsekvensmönstren, se till att klassificeraalgoritmen inte förväxlas med icke synliga tassutskriv, vilket leder till bristfälliga NSSP, och att endast tassuttryck som är detekterbara medan den kontralaterala tassen också är synlig för NSSP-beräkningar ingår.För statistisk analys av data, klicka visa kör statistik för att få en omfattande översikt av kör statistiken. Välj sedan fil och export, för att exportera körnings- eller teststatistiken till ett kalkylprogram. Efter ischiasnerven skada, råttor använda hälen på tassen för vikt stöd bara och lem flyttas i en svepande cirkumductory rörelse.Därför blir lokomotoriska förändringar som bedöms via automatiserad gånganalys uppenbart genom en signifikant minskad utskriftsyta och en betydligt ökad svängtid. Femorala nerv samband resulterar i denervation av quadriceps muskeln i låret, försämra knä förlängning och inducera hyperflection av fotleden med på varandra följande lyft av motsvarande hälen. Start från post-operativ vecka fyra, reenervation av quadricepsen vid regenererande femorala nerven blytak till omsvängning av dessa ändringar.Som quadriceps muskeln i låret spelar också en roll i swing fasen av respektive tass, är swing tiden kraftigt långvarig hos råttor med lårbensnervskada. Gånganalys avslöjar markant förändrade tass utskrifter efter bröst ryggmärg kontusion. Ryggmärgskontusion på bröst 11 nivå också resulterar i en minskning av utskriften området förhållandet, en ökning av swing tid förhållandet.Den samordning relaterade regelbundenhet index minskar också på postoperativ vecka två, medan basen för stöd av hind tassar visar en markant ökning. När du använder automatiserad grindanalys för att utvärdera funktionell återhämtning hos gnagare, se till att noggrant träna djuren och att vara noggrann när du gör någon programvara eller hårdvara justeringar. Genom att använda automatiserad gånganalys kan skada och regenerering av det centrala och perifera nervsystemet utvärderas i olika gnagarmodeller, inklusive ännu ostuderade formella nervmodeller, såsom mediannerven.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Transplantation av Lukt Ensheathing celler att utvärdera funktionell återhämtning efter perifer nervskada

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-inducerad ryggmärgsskada modell för bedömning Mekanismer axonal 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 Neural aktivitet i den primära somatosensoriska Cortex med Thy1-GCaMP6s transgena möss

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

Automatiserad gånganalys i möss med kronisk förträngning skada

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

Activity based träning på ett löpband med ryggmärgen skadas Wistar råttor

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 Analys för funktionell utvärdering i Rat Modell av Sciatic Nerve Crush Skada

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-arteriell leverans av neurala stamceller till råtta och mus hjärnan: Ansökan till cerebral ischemi

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 av Komplett Transection-Typ ryggmärgsskada hos möss

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

Omfattande förståelse för inaktivitetsinducerad gångförändring hos gnagare

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

Etablera en muskontusion ryggmärgsskada modell baserad på en minimalt invasiv teknik

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