Wykorzystanie MouseWalker do ilościowego określenia dysfunkcji lokomotorycznej w mysim modelu urazu rdzenia kręgowego
24 marca 2023
Dostarczono eksperymentalny potok do ilościowego opisu wzorca lokomotorycznego swobodnie chodzących myszy za pomocą zestawu narzędzi MouseWalker (MW), począwszy od wstępnych nagrań wideo i śledzenia, a skończywszy na analizie po kwantyfikacji. W celu wykazania użyteczności systemu MW wykorzystano model kontuzji rdzenia kręgowego u myszy.
W tym badaniu wykorzystujemy mysi model uszkodzenia rdzenia kręgowego, aby odkryć sposoby promowania naprawy rdzenia kręgowego, które mogą prowadzić do skutecznej regeneracji lokomotorycznej i funkcjonalnej czuciowej. Dzięki myszowi możemy zrobić krok naprzód w kierunku bardziej ilościowej analizy regeneracji rdzenia kręgowego, łącząc kilka graficznych wyników i parametrów kinematycznych z zestawem narzędzi do post-kwantyfikacji. Wysokiej jakości kamery wideo i zaawansowane pakiety oprogramowania pozwalają na bardziej bezpośredni i ilościowy opis aktywności motorycznej.
Chodzik po myszach jest tego dobrym przykładem. Obecnie istnieją dwa główne wyzwania. Po pierwsze, zdolność laboratoriów do wdrażania tych technologii w swoich planach eksperymentalnych.
Po drugie, aby skrócić czas i kroki od nagrań wideo do generowania danych. Zdaliśmy sobie sprawę, że standardowe protokoły są niewystarczające do opisania wszystkich deficytów lokomocyjnych, które obserwujemy po urazie rdzenia kręgowego. Odkryliśmy również, że mysz chodząca pomogła nam zmierzyć koordynację, jeden z najtrudniejszych parametrów do oceny w standardowych testach.
Tutaj oprogramowanie jest nie tylko bezpłatne i open source, ale sprzęt jest również łatwy w montażu przy użyciu nieskomplikowanych materiałów. Udostępniamy również narzędzia open source do analizy danych myszy chodzących. Mysz krocząca jest cenną metodą do badania innych dysfunkcji motorycznych lub motorycznych, nie tylko urazu rdzenia kręgowego.
Może być również stosowany w połączeniu z już ustalonymi protokołami zachowań.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia eksperymentalną procedurę ilościowej analizy wzorców lokomocyjnych u swobodnie poruszających się myszy z wykorzystaniem zestawu narzędzi MouseWalker (MW). W badaniu zastosowano model kontuzyjnego urazu rdzenia kręgowego, aby zilustrować użyteczność systemu MW w ocenie regeneracji funkcji lokomocyjnych po urazach rdzenia kręgowego.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Analiza behawioralna
- Badania nad urazami rdzenia kręgowego
Wstęp
- Ocena deficytów motorycznych jest kluczowa dla zrozumienia urazów rdzenia kręgowego.
- Standardowe protokoły są często niewystarczające do opisania złożonych deficytów lokomocyjnych.
- System MouseWalker umożliwia bardziej ilościowe i graficzne analizy.
- Pomiary koordynacji są trudne w standardowych testach, co sprawia, że niezbędne są zaawansowane narzędzia.
Cel badania
- W celu pogłębienia zrozumienia procesu regeneracji rdzenia kręgowego poprzez ilościową ocenę funkcji lokomocyjnych.
- W celu wykorzystania urządzenia MouseWalker jako skutecznego narzędzia do pomiaru aktywności ruchowej i koordynacji.
- W celu usprawnienia procesu generowania danych, od rejestracji wideo po analizę.
Zastosowane metody
- Zestaw narzędzi MouseWalker do analizy wzorców lokomocyjnych u swobodnie poruszających się myszy.
- Model uszkodzenia rdzenia kręgowego u myszy ze szczególnym uwzględnieniem oceny wskaźników regeneracji.
- Wykorzystanie zaawansowanego oprogramowania i narzędzi do analizy wideo.
- Standardowe protokoły i narzędzia open-source ułatwiające analizę danych.
Główne wyniki
- Wykazano, że MouseWalker skutecznie mierzy koordynację, która jest parametrem trudnym do oceny w standardowych testach.
- Uzyskano ilościowe informacje na temat deficytów motorycznych oraz powrotu sprawności po urazie rdzenia kręgowego.
- Zwalidowano zastosowaną metodę, wykazując jej przydatność w przypadku różnych dysfunkcji ruchowych, co wskazuje na szerokie spektrum zastosowań.
Wnioski
- Badanie wskazuje na MouseWalkera jako wartościową metodę badania dysfunkcji związanych z motoryką.
- Podejście to poprawia ilościowe zrozumienie mechanizmów regeneracji funkcji lokomocyjnych.
- Wnioski można rozszerzyć na inne obszary badań nad dysfunkcjami motorycznymi, poza urazami rdzenia kręgowego.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowa analiza chodu z wykorzystaniem systemu MouseWalker wypełnia istotną lukę w przedklinicznych badaniach nad uszkodzeniami rdzenia kręgowego, umożliwiając precyzyjny pomiar deficytów lokomocyjnych i stopnia regeneracji. Możliwość ta zwiększa pewność prognostyczną w ocenie terapeutycznej i wspiera rzetelną walidację celów ukierunkowanych na przywrócenie funkcji motorycznych. Integracja szczegółowych wyników kinematycznych z procesem badawczym pozwala na podejmowanie decyzji dotyczących rozwoju projektów w oparciu o analizę ryzyka oraz selekcję portfolio.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia obiektywną weryfikację hipotez terapeutycznych ukierunkowanych na naprawę obwodów ruchowych.
- Zapewnia funkcjonalną walidację celu poprzez mierzalne wskaźniki lokomocji i koordynacji.
- Zwiększa wiarygodność predykcyjną dzięki rozróżnianiu subtelnych zmian fenotypowych po interwencji.
Przesiewy i opracowanie testu
- Przygotowuje zwalidowane modele zwierzęce do późniejszego przesiewu związków neuroregeneracyjnych.
- Standaryzuje testy chodu i koordynacji w celu zapewnienia powtarzalności i porównywalności wyników między badaniami.
- Generuje ilościowe dane wyjściowe odpowiednie do przesiewu wysokotreściowego (high-content screening) oraz segregacji danych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Zapewnia zgodność punktów końcowych w badaniach przedklinicznych z funkcjonalnymi efektami istotnymi dla przebiegu choroby w modelach urazów rdzenia kręgowego.
- Ułatwia przejście z etapu odkryć do walidacji przedklinicznej poprzez integrację danych behawioralnych i kinematycznych.
- Wspiera optymalizację rozwoju projektu z uwzględnieniem analizy ryzyka, dostarczając wiarygodnych, ilościowych odczytów stopnia regeneracji funkcji motorycznych.
Integracja potoku i przepływu pracy
System MouseWalker wpisuje się w kontinuum od wczesnych etapów odkrywania leków po badania przedkliniczne, umożliwiając weryfikację hipotez, walidację celów terapeutycznych oraz oceny translacyjne strategii przywracania funkcji motorycznych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez kwantyfikację funkcjonalnych wyników interwencji w obwodach rdzeniowych.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalne, ilościowe wskaźniki chodu i koordynacji do oceny związków chemicznych.
- Analityka: Zapewnia wyniki kinematyczne i graficzne do statystycznego porównania grup eksperymentalnych.
- Badania translacyjne: Łączy fazę odkrywczą z fazą przedkliniczną poprzez dopasowanie wyników z modeli zwierzęcych do klinicznych punktów końcowych funkcji motorycznych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje skalowalną platformę open-source, którą można dostosować do różnorodnych badań nad dysfunkcjami motorycznymi.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad regeneracją funkcji motorycznych.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, powtarzalność i skalowalność testów lokomocyjnych.
- Wartość strategiczna: Wspiera decyzje typu go/no-go i zwiększa efektywność kapitałową poprzez dostarczenie wiarygodnych punktów końcowych funkcji.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację programów neuroregeneracyjnych i przywracania funkcji motorycznych z uwzględnieniem poziomu ryzyka.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w dziedzinie neuronauki behawioralnej oraz ilościowej analizy danych.
- Wymaga wysokiej jakości rejestracji wideo oraz kompatybilnej infrastruktury oprogramowania analitycznego.
- Wymaga standaryzacji międzyzespołowej w celu zapewnienia spójności protokołu i porównywalności danych.
- Możliwość adaptacji w różnych modelach gryzoni z dysfunkcją motoryczną przy minimalnej złożoności sprzętowej.
- Zależność od rygorystycznego projektu eksperymentalnego w celu zapewnienia istotnych wyników statystycznych.
