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.
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.
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.
Catégorie | Paramètre | Description | |
Paramètres généraux de la démarche | Zone d’impression (unité de distance) | Zone de l’impression de patte | |
Longueur d’impression (unité de distance) | Longueur de l’impression de patte | ||
Base de soutien (BoS) (unité de distance) | Distance entre les deux pattes arrière ou avant | ||
Longueur de foulée (unité de distance) | Distance entre deux placements consécutifs d’une patte | ||
Paramètres liés à la douleur de la démarche | Swing Time (s) | Durée de la phase de balançoire | |
Temps de stand (s) | Durée de la phase de position | ||
Intensité moyenne d’impression de patte (unité arbitraire) | Moyenne iIntensity de l’impression de patte pendant la phase de position | ||
Paramètres liés à la coordination de la démarche | Modèles normaux de séquence d’étape (NSSP) | Séquences spécifiques de placement des pattes au cours d’un cycle d’étapes | |
Dispersions de phase (%) | Différences temporelles entre les cycles d’étape de deux pattes spécifiques | ||
Indice de régularité (RI) (%) | 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 |
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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.
0.9% Saline | B. Braun Austria | 3570410 | Vehicle for drug delivery |
1 ml syringe | B. Braun Austria | 9161708V | Injecting device |
10 ml syringe | B. Braun Austria | 4606728 V | Injecting device |
1-Propanol, 2-Propanol, Hexetidin | Gebro Pharma | N/A | Alcoholic skin disinfection |
23-gauge (G) canula | B. Braun Austria | 4657667 | Canula for s.c. injection |
26-gauge (G) canula | B. Braun Austria | 4657683 | Canula for s.c. injection |
5 ml syringe | B. Braun Austria | 4606710 V | Injecting device |
Buprenorphine hydrochloride | Sigma | B9275 | Analgetic agent |
Burrs for Micro Drill | F.S.T | 19007-29 | Drilling of a hole inside the lamina |
Caprofen | Zoetis Austria | N/A | Analgetic agent |
Catwalk Automated gait analysis system | Noldus | N/A | Automatic analysis software of animal gait |
Cauterizer Kit | F.S.T | 18010-00 | Cauterization of vessels during surgery |
Enrofloxacin | Bayer Austria | N/A | Antibiotic |
Ethilon (10-0) | ETHICON | 2810G | Suture material for neurrorhaphy |
Ethilon (11-0) | ETHICON | EH7465G | Suture material for neurrorhaphy |
Eye ointment | Fresenius Kabi Austria | 4302436 | Eye protection during anesthesia |
Friedman-Pearson Rongeurs | F.S.T | 16221-14 | Surgical instrument |
Gabapentin | Wedgewood Pharmacy | N/A | Analgetic agent |
Goldstein retractor | F.S.T | 17003-03 | Retraction of tissues during surgery |
Hair trimmer | Aescular | N/A | Hair trimmer for shaving of the operation site prior to surgery |
Heating Pad for rodents | ALA Scientific Instruments | N/A | Regulation of body temperature |
Impactor | Precision Systems and Instrumentation | N/A | Induction of spinal cord contusion |
Lewis rat (![]() |
Janvier | N/A | Experimental animal |
Magnetic Fixator Retraction System | F.S.T | 18200-50 | Retraction of tissues during surgery |
Metzenbaum Baby Scissors | F.S.T | 14019-13 | Surgical instrument |
Micro Drill | Word Precision Instruments | 503599 | Instrument for bone drilling |
Micro Needle holder | F.S.T | 12076-12 | Surgical instrument |
Micro-scissors (curved) | F.S.T | 15023-10 | Surgical instrument |
Micro-scissors (straight) | F.S.T | 15007-08 | Surgical instrument |
Mirror Finish Forceps | F.S.T | 11251-23 | Surgical instrument |
Needle holder | F.S.T | 12002-12 | Surgical instrument |
Operating microscope | Leica | M651 MSD | Magnification of the operative site |
Povidone Iod | B. Braun Melsungen | N/A | Non-alcoholic skin disinfectant |
Pulse Oximeter | STARR Life Sciences | N/A | Surveillance of heart rate and oxygen saturation |
Rodent thermometer | BIOSEB | BIO-TK8851 | Surveillance of body temperature |
Scalpel blade | F.S.T | 10010-00 (#10) | Surgical instrument to make an incision |
Scalpel handle | F.S.T | 10003-12 (#3) | Surgical instrument to make an incision |
Sevoflurane Inhalation Vapour, Liquid (100%) | Baxter | HDG9117A | Anesthetic |
Spatula & Probe | F.S.T | 10090-13 | Surgical instrument |
Sprague Dawley rat (![]() |
Janvier | N/A | Experimental animal |
Sterila gauze 5x5cm | EVAC MEDICAL | E010.03.00215 | Sterile gauze compress |
Tissue Forceps | F.S.T | 11021-12 | Surgical instrument |
Vicryl (4-0) | ETHICON | V3040H | Suture material for subcutaneous sutures |
Vicryl (5-0) | ETHICON | V303H | Suture material for subcutaneous sutures |
Vicryl cutting needle (4-0) | ETHICON | V392ZH | Suture material for skin sutures |
Vicryl cutting needle (5-0) | ETHICON | V391H | Suture material for skin sutures |