Kinematiske ganganalyse i sagittale flyet giver meget præcise oplysninger om, hvordan flytning udføres. Vi beskriver anvendelsen af disse teknikker til at identificere gangart underskud for mus underkastes autoimmun-medieret demyelinering. Disse metoder kan også bruges til at karakterisere gangart underskud for andre musemodeller med nedsat bevægelsesevne.
Kinematiske ganganalyse i sagittale flyet er ofte blevet brugt til at karakterisere motor underskud i multipel sklerose (MS). Vi beskriver anvendelsen af disse teknikker til at identificere gangart underskud i en musemodel af MS, kendt som eksperimentelle autoimmune encephalomyelitis (EAE). Lammelse og motor underskud i mus udsættes for EAE vurderes typisk ved hjælp af en klinisk scoring skala. Dog, denne skala udbytter kun ordinal data, der indeholder lidt information om den nøjagtige art af de motoriske underskud. EAE sygdommens sværhedsgrad er også blevet vurderet af rotarod ydeevne, som giver en foranstaltning af generel motoriske koordination. Derimod genererer kinematiske gangart analyse af hind lemmer i sagittale flyet meget præcise oplysninger om, hvordan bevægelse er nedsat. Hvis du vil udføre denne procedure, er reflekterende markører placeret på en hind lemmer til at opdage fælles bevægelse mens musen gå på et løbebånd. Bevægelse analyse software bruges til at måle bevægelse af markører under gang. Kinematiske gangart parametre udledes derefter de resulterende data. Vi viser, hvordan disse gangart parametre kan bruges til at kvantificere nedsat bevægelser i hofte, knæ og ankel leddene i EAE. Disse teknikker kan bruges til bedre at forstå sygdomsmekanismer og identificere potentielle behandlinger for MS og andre neurodegenerative sygdomme, der forringer mobilitet.
Gangart er en serie af gentagne bevægelser af arme og ben bruges til at opnå locomotion. Gangart består af trin cyklusser, der er opdelt i to faser: den holdning fase, som er, når foden går baglæns på jorden til at drive kroppen frem; og swing fase, hvor foden er slukket på jorden og bevæger sig fremad. Forstyrrelser af gangart er kendetegnende elementer i mange neurodegenerative sygdomme, såsom rygmarvsskade (SCI), multipel sklerose (MS), amyotrofisk lateral sklerose (ALS), Parkinsons sygdom (PD) og slagtilfælde; prækliniske gnavere modeller af disse lidelser sammenfatte ofte deres respektive gangart funktionshæmninger1. De grundlæggende kontrolmekanismer for bevægelse i mus har været intensivt undersøgt2,3. Derudover er der musemodeller af mange menneskelige neurologiske4. Ganganalyse hos mus er derfor et attraktivt tilgang til at måle flere aspekter af motor underskud, der har kendt anatomiske korrelerer. Studiet af gangart i musemodeller kan give indsigt i det neuropatologiske grundlag af bevægeapparatet underskud i neurodegenerative sygdomme, og identifikation af mulige behandlinger.
Nogle teknikker, der er blevet brugt til at måle gangart i gnavere omfatter besigtigelse (fx, Basso mus skala5 og open field test6) og analyse af gangart fra den ventrale fly7. Mere nylig, metoder til at måle sagittale flyet kinematik hindlimb bevægelser har vundet popularitet, fordi de giver yderligere oplysninger om udførelse af bevægelse og er derfor mere følsomme over for subtile ændringer i gangart8, 9 , 10 , 11. kinematiske teknikker udviklet for at studere hindlimb bevægelse i sagittale flyet mens du går på et løbebånd9,12 er blevet grundigt undersøgt i forbindelse med SCI, ALS, traumatiske kortikale skader, slagtilfælde, og Huntington’s chorea8,9,10,11,13,14,15,16. Derimod har disse teknikker set begrænset anvendelse i studiet af bevægeapparatet underskud for musemodeller af multipel sklerose17.
Eksperimentelle autoimmune encephalomyelitis (EAE) er den mest almindeligt anvendte musemodel af MS18. De to vigtigste metoder til inducerende EAE er via aktiv eller passiv podning. I aktive EAE, er mus immuniseret med myelin antigener, forårsager autoreactive T-celle-medieret neuroinflammation og demyelinering i rygmarven og lillehjernen. Passiv EAE, på den anden side er foranlediget ved at overføre autoreactive T celler fra en mus med aktive EAE til en naiv mus19. Som beskrevet andetsteds, sygdomsforløb og neuropatologiske er påvirket af det centrale nervesystem (CNS) antigen og mus stamme20,21,22,23,24 ,25. I EAE eksperimenter, er kontrol mus indsprøjtet med komplet Freund’s adjuvans (CFA) uden myelin antigen. EAE er karakteriseret ved stigende lammelse, som begynder med halen svaghed og kan potentielt indebærer forbens, medførende ataksi og lammelse20. Vi har for nylig karakteriseret gangart ændringer i C57Bl/6 mus underkastes myelin oligodendrocyte glykoprotein 35-55 (MOG35-55)-induceret EAE. Disse undersøgelser har vist gangart analyse at være overlegen end klassisk adfærdsanalyse fordi afvigelser fra normale ankel bevægelse er stærkt korreleret med graden af hvid substans tab i lumbal rygmarv fra EAE mus26. Derimod var styrken af sammenhængen mellem hvide substans tab og to andre traditionelle adfærdsmæssige foranstaltninger (klinisk scoring og rotarod) meget svagere26.
Her beskrives brug af kinematiske gangart analyse til at opdage bevægelse underskud i sagittale flyet af EAE mus gå på et løbebånd. Fem reflekterende markører blev placeret på en hindlimb til at identificere bevægelse af hofte-, knæ- og ankelled i high-speed video optagelser. Bevægelse analyse software blev brugt til at udtrække kinematiske data om fælles udflugter. Nytten af disse teknikker til at kvantificere bevægelse underskud for MOG35-55 model af EAE diskuteres. Disse teknikker anvendes også til undersøgelse af gangart underskud i andre musemodeller for neurodegenerative lidelser.
I mus med EAE, de to mest almindelige metoder til måling af motor underskud er klinisk scoring og falde ventetid fra en rotarod27,28. Disse teknikker har flere begrænsninger. Selvom bekvemme og udbredte, er klinisk scoring begrænset af giver kun ordinal niveau data, hvilket betyder, at omfanget af forskellene mellem kliniske scoringer ikke er kendt. Klinisk scoring lider også af at være ude af stand til at give præcise oplysninger om karakteren af de motori…
The authors have nothing to disclose.
Vi vil gerne anerkende Sid Chedrawe for sin tekniske bistand med optagelserne. Dette arbejde blev støttet af midler fra MS Society of Canada (Gid 2983).
Camera | Nikon | Nikon D750 | Used to film the video |
Reflective tape | B&L Engineering | MKR-Tape-2 | |
Fine scissors | Fine Science Tools | 15023-10 | |
Forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | |
Glue gun | Craftsmart | E231647 | |
scalpel handle #4 | Roboz | R5-9884 | |
Scalpel Blade No.10 | Feather | 2020-12 | |
C57BL/6 mice | Charles River Laboratories | ||
Anesthetic machine | EZ Anesthesia | EZ-AF9000 Auto Flow System | |
Recirculating water heating blanket | Androit | HTP-1500 | |
topical eye lubricant | Refresh | DIN00210889 | |
Shaver | Oster | 78997-010 | |
High speed camera | Fastec | Fastec IL3-100 | |
High power light | Smith Victor Corporation | Model 700 SG (600 Watt quartz light, 120 Volts) | |
Light Stand | Promaster | LS1 | |
Treadmill | Custom built at the Zoological Institute, University of Cologne | ||
Microsoft Excel 2016 | Microsoft | Version 2016 | |
KinemaJ | Nicolas Stifani | This is a script generated for use with ImageJ | |
KinemaR | Nicolas Stifani | This is a script generated for use with Rstudio | |
Vicon Motus | Vicon Motus | Version 9.00 | |
GraphPad Prism | GraphPad | Version 6.00 |