Uso do MouseWalker para Quantificar a Disfunção Locomotora em um Modelo de Lesão Medular em Camundongos

A coordenação efetiva dos quatro membros não é exclusiva dos animais quadrúpedes. A coordenação membro torácico-membro pélvico em humanos continua sendo importante para a realização de diversas tarefas, como natação e alterações da velocidade durante a^marcha1. Vários programas^cinemáticos e motores^{dos membros2,3,4}, bem como circuitos de feedback proprioceptivo5, são conservados entre humanos e outros mamíferos e devem ser considerados quando se analisam opções terapêuticas para distúrbios motores, como a lesão medular (LM)6,7,8.

Para a deambulação, várias conexões espinhais dos membros torácicos e pélvicos precisam ser adequadamente conectadas e ativadas ritmicamente, o que requer inputs do cérebro e feedback do sistema somatossensorial 2,9,10. Essas conexões culminam nos geradores de padrão central (CPGs), que se situam em nível cervical e lombar para os membros torácicos e pélvicos, respectivamente ^1,9,10. Muitas vezes, após a LM, a ruptura da conectividade neuronal e a formação de uma cicatriz glial inibitória¹² limitam a recuperação da função locomotora, com desfechos que variam de paralisia total a função restrita de um grupo de membros, dependendo da gravidade da lesão. Ferramentas para quantificar com precisão a função locomotora após LM são fundamentais para monitorar a recuperação e avaliar os efeitos de tratamentos ou outras intervenções clínicas⁶.

O ensaio métrico padrão para modelos de contusão de camundongos com LM é a escala Basso de camundongos (BMS)^13,14, um escore não paramétrico que considera a estabilidade do tronco, a posição da cauda^, o passo plantar e a coordenação membros torácicos-membros posteriores em uma arena de campo aberto. Embora o SNF seja extremamente confiável para a maioria dos casos, ele requer pelo menos dois avaliadores experientes para observar todos os ângulos de movimento dos animais, a fim de explicar a variabilidade natural e reduzir o viés.

Outros ensaios também foram desenvolvidos para avaliar quantitativamente o desempenho motor após LMT. Estes incluem o teste de rotarod, que mede o tempo gasto em um cilindro giratório¹⁵; a escada horizontal, que mede o número de grades perdidas e pegas de escada positivas^16,17; e o teste de marcha em viga, que mede o tempo que um animal leva e o número de falhas que ele comete ao atravessar uma viga estreita¹⁸. Apesar de refletir uma combinação de déficits motores, nenhum desses testes produz informações locomotoras diretas sobre a coordenação entre membros torácicos.

Para analisar de forma específica e mais aprofundada o comportamento de caminhar, outros ensaios foram desenvolvidos para reconstruir ciclos de passos e estratégias de gaiting. Um exemplo é o teste da pegada (pegada), em que as patas pintadas de um animal desenham um padrão sobre uma folha de papel branco¹⁹. Embora simples em sua execução, a extração de parâmetros cinemáticos como o comprimento da passada é complicada e imprecisa. Além disso, a falta de parâmetros dinâmicos, como a duração do ciclo do passo ou a coordenação temporizada com as pernas, limita suas aplicações; Na verdade, esses parâmetros dinâmicos só podem ser adquiridos analisando vídeos quadro a quadro de roedores caminhando por uma superfície transparente. Para os estudos de LM, pesquisadores analisaram o comportamento da marcha em vista lateral utilizando esteira, incluindo a reconstrução do ciclo do passo e a mensuração das variações angulares de cada articulação da perna 4,20,21. Embora essa abordagem possa ser extremamente^informativa6, ela permanece focada em um conjunto específico de membros e carece de características adicionais da marcha, como coordenação.

Para preencher essas lacunas, Hamers e colaboradores desenvolveram um teste quantitativo baseado em um sensor de toque óptico usando reflexão interna total frustrada (fTIR)²². Neste método, a luz se propaga através do vidro através da reflexão interna, torna-se espalhada ao pressionar a pata e, finalmente, é capturada por uma câmera de alta velocidade. Mais recentemente, uma versão open-source desse método, denominada MouseWalker, foi disponibilizada, e essa abordagem combina uma passarela fTIR com um pacote de software de rastreamento e quantificação²³. Usando esse método, o usuário pode extrair um grande conjunto de parâmetros quantitativos, incluindo padrões de passo, espacial e de marcha, posicionamento da pegada e coordenação membro anterior-membro posterior, bem como saídas visuais, como padrões de impressão (imitando^{o ensaio 6} da pata com tinta) ou fases de apoio em relação ao eixo do corpo. É importante ressaltar que, devido à sua natureza de código aberto, novos parâmetros podem ser extraídos atualizando o pacote de script do MATLAB.

Aqui, o assembly publicado anteriormente do sistema MouseWalker²³ é atualizado. Uma descrição de como configurá-lo é fornecida, com todas as etapas necessárias para obter a melhor qualidade de vídeo, condições de rastreamento e aquisição de parâmetros. Ferramentas adicionais de pós-quantificação também são compartilhadas para aprimorar a análise do conjunto de dados de saída do MouseWalker (MW). Finalmente, a utilidade dessa ferramenta é demonstrada pela obtenção de valores quantificáveis para o desempenho locomotor geral, especificamente ciclos de passos e coordenação membro torácico-membro pélvico, em um contexto de lesão medular (LM).