Valutazione della sensibilità meccanica nel ratto per l'indagine meccanicistica del mal di schiena cronico
Summary
Per sviluppare nuovi interventi terapeutici per la prevenzione e la gestione del mal di schiena, sono necessari modelli animali per esaminare i meccanismi e l’efficacia di queste terapie da una prospettiva traslazionale. Il presente protocollo descrive il test BMS, un metodo standardizzato per valutare la sensibilità meccanica posteriore nel ratto.
Abstract
La lombalgia è la principale causa di disabilità in tutto il mondo, con drammatiche conseguenze personali, economiche e sociali. Per sviluppare nuove terapie, sono necessari modelli animali per esaminare i meccanismi e l’efficacia delle nuove terapie da una prospettiva traslazionale. Diversi modelli di roditori di mal di schiena sono utilizzati nelle indagini attuali. Sorprendentemente, tuttavia, nessun test comportamentale standardizzato è stato convalidato per valutare la sensibilità meccanica nei modelli di mal di schiena. Questo è fondamentale per confermare che gli animali con presunto mal di schiena presentano ipersensibilità locale agli stimoli nocicettivi e per monitorare la sensibilità durante gli interventi progettati per alleviare il mal di schiena. L’obiettivo di questo studio è quello di stabilire un test semplice e accessibile per valutare la sensibilità meccanica nella parte posteriore dei ratti. Una gabbia di prova è stata fabbricata appositamente per questo metodo; lunghezza x larghezza x altezza: 50 x 20 x 7 cm, con una rete in acciaio inossidabile sulla parte superiore. Questa gabbia di prova consente l’applicazione di stimoli meccanici sulla schiena. Per eseguire il test, la parte posteriore dell’animale viene rasata nella regione di interesse e l’area di test è contrassegnata per ripetere il test in giorni diversi, se necessario. La soglia meccanica viene determinata con filamenti di Von Frey applicati ai muscoli paraspinali, utilizzando il metodo up-down descritto in precedenza. Le risposte positive includono (1) contrazioni muscolari, (2) inarcamento (estensione della schiena), (3) rotazione del collo (4) grattarsi o leccare la schiena e (5) fuggire. Questo test comportamentale (Back Mechanical Sensitivity (BMS) test) è utile per la ricerca meccanicistica con modelli di roditori di mal di schiena per lo sviluppo di interventi terapeutici per la prevenzione e la gestione del mal di schiena.
Introduction
La lombalgia (LBP) è la principale causa di disabilità in tutto il mondo, che ha conseguenze personali, economiche e sociali drammatiche 1,2,3,4. Ogni anno, circa il 37% della popolazione è affetta da LBP5. Il LBP di solito si risolve entro poche settimane, ma si ripresenta nel 24% -33% degli individui, diventando cronico nel 5% -10% dei casi2. Per comprendere i meccanismi e gli impatti del LBP e gli effetti di diversi interventi terapeutici, sono stati utilizzati diversi modelli animali di LBP, imitando condizioni cliniche o alcuni componenti del LBP6. Questi modelli murini e di ratto possono essere classificati in una o più delle seguenti categorie: (1) LBP discogenico7,8,, (2) LBP radicolare 8,9,10,11, (3) osteoartrosi articolare12 e (4) LBP13,14 indotto dal muscolo . Poiché il dolore non può essere misurato direttamente nelle specie non umane, sono stati sviluppati numerosi test per quantificare i comportamenti simili al dolore in questi modelli8. Questi test valutano comportamenti evocati da uno stimolo nocivo (forza meccanica 15,16,17, stimolazione termica 18,19,20,21,22,23,24,25) o prodotti spontaneamente26,27,28,29.
I metodi che utilizzano stimoli meccanici includono il test di Von Frey 15,16 e il test di Randall-Selitto17. I metodi che utilizzano gli stimoli termici includono il test di flick di coda18, il test della piastra calda19, il test di Hargreaves20 e il test della sonda termica21. I metodi che utilizzano stimoli freddi includono il test della piastra fredda22, il test di evaporazione dell’acetone 23 e il saggio plantare freddo24. I metodi per i comportamenti spontanei includono la bilancia delle smorfie 26, la scavatura 27, l’analisi del peso e dell’andatura28, nonché un’analisi comportamentale automatizzata29. Nonostante questi numerosi test disponibili, nessuno di essi è progettato specificamente per i modelli di mal di schiena.
L’obiettivo di questo studio è quello di stabilire un test semplice e accessibile per valutare la sensibilità meccanica nella parte posteriore dei ratti. La tecnica si basa in gran parte sul test di Von Frey applicato alla superficie plantare della zampa posteriore15,16. Il principio di base del test di Von Frey è quello di utilizzare una serie di monofilamenti nella regione di interesse, fornendo forze predeterminate costanti. Una risposta è considerata positiva se il ratto mostra un comportamento nocifensivo. La soglia meccanica può quindi essere calcolata in base ai filamenti che hanno evocato le risposte. Nel presente studio, viene fornito un metodo semplice e accessibile adattato dal test di Von Frey per determinare la sensibilità meccanica nella parte posteriore dei ratti.
Protocol
Representative Results
Discussion
Passaggi critici
Il test BMS è un metodo semplice per valutare la sensibilità meccanica nella parte posteriore dei ratti, in un momento o ripetutamente nel corso di giorni o settimane, quando si prevedono cambiamenti (modelli di dolore) o dopo un intervento farmacologico o non farmacologico. I problemi critici del metodo includono la gabbia di prova, le cui dimensioni devono garantire che il ratto sia comodo ma non si muova troppo. La schiena dell’animale deve rimanere accessibile attraverso il soff…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione della Fondation Chiropratique du Québec e del Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (MP: grant #06659). Il contributo di HK è stato sostenuto dall’Université du Québec à Trois-Rivières (programma PAIR). Il contributo di BP è stato sostenuto dal Fonds de recherche du Québec en Santé (FRQS) e dalla Fondation Chiropratique du Québec. Il contributo di TP è stato sostenuto dal Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada. Il contributo di NE ed EK è stato sostenuto dalla Fondation Chiropratique du Québec. Il contributo di MP è stato sostenuto dalla FRQS.
Materials
| Aerrane (isoflurane, USP) – Veterinary Use Only | Baxter | NDC 10019-773-60 | Inhalation Anaesthetic ; DIN 02225875, for inducing anasthesia |
| Complete Freund Adjuvant (CFA) | Fisher Scientific | #77140 | Water-in-oil emulsion of Complete Freund Adjuvant (CFA) with killed cells of Mycobacterium butyricum. |
| Male Wistar Rats | Charles River Laboratories | body weight: 320–450 g; age: 18-22 weeks. | |
| Penlon Sigma Delta Vaporizer | Penlon | 990-VI5K-SVEEK | Penlon Sigma Delta Vaporizer used for anasthesia |
| Sharpie Permanent Marker | Sharpie | BC23636 | Permanent Marker, Fine Point, Black |
| Test cage | Custom-made | Width: 20 cm; Length: 50 cm; Height from the bottom to the top: 40 cm; Height from the bottom mesh to the top of the cage: 7 cm; Wall thickness: 5 mm; Mesh: 1 mm wire with an 8 mm inter-wire distance | |
| Von Frey Filaments | Aesthesio, Precise Tactile Sensory Evaluator | 514000-20C | Filaments from 0.07 g to 26 g |
| Wahl Professional Animal, ARCO Cordless Pet Clipper, Trimmer Grooming | Wahl | Kit #8786-1201 | Animal hair trimmer, for shaving purposes, zero blade |
Referenzen
- Hartvigsen, J., et al. What low back pain is and why we need to pay attention. Lancet. 391 (10137), 2356-2367 (2018).
- Manchikanti, L., Singh, V., Falco, F. J., Benyamin, R. M., Hirsch, J. A. Epidemiology of low back pain in adults. Neuromodulation. 17, 3-10 (2014).
- Urits, I., et al. Low back pain, a comprehensive review: Pathophysiology, diagnosis, and treatment. Current Pain and Headache Reports. 23 (3), 23 (2019).
- James, S. L., et al. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 354 diseases and injuries for 195 countries and territories, 1990-2017: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017. Lancet. 392 (10159), 1789-1858 (2018).
- Hoy, D., et al. A systematic review of the global prevalence of low back pain. Arthritis & Rheumatology. 64 (6), 2028-2037 (2012).
- Shi, C., et al. Animal models for studying the etiology and treatment of low back pain. Journal of Orthopaedic Research. 36 (5), 1305-1312 (2018).
- Olmarker, K. Puncture of a lumbar intervertebral disc induces changes in spontaneous pain behavior: An experimental study in rats. Spine. 33 (8), 850-855 (2008).
- Deuis, J. R., Dvorakova, L. S., Vetter, I. Methods used to evaluate pain behaviors in rodents. Frontiers in Molecular Neuroscience. 10, 284 (2017).
- Kawakami, M., et al. Pathomechanism of pain-related behavior produced by allografts of intervertebral disc in the rat. Spine. 21 (18), 2101-2107 (1996).
- Hu, S. -. J., Xing, J. -. L. An experimental model for chronic compression of dorsal root ganglion produced by intervertebral foramen stenosis in the rat. Pain. 77 (1), 15-23 (1998).
- Xie, W. R., et al. Robust increase of cutaneous sensitivity, cytokine production and sympathetic sprouting in rats with localized inflammatory irritation of the spinal ganglia. Neurowissenschaften. 142 (3), 809-822 (2006).
- Arthritis and Rheumatism. Characterization of a new animal model for evaluation and treatment of back pain due to lumbar facet joint osteoarthritis. Arthritis and Rheumatism. 63 (10), 2966-2973 (2011).
- Kobayashi, Y., Sekiguchi, M., Konno, S. -. I., Kikuchi, S. -. I. Increased intramuscular pressure in lumbar paraspinal muscles and low back pain: Model development and expression of substance P in the dorsal root ganglion. Spine. 35 (15), 1423-1428 (2010).
- Touj, S., et al. Sympathetic regulation and anterior cingulate cortex volume are altered in a rat model of chronic back pain. Neurowissenschaften. 352, 9-18 (2017).
- Chaplan, S. R., Bach, F. W., Pogrel, J. W., Chung, J. M., Yaksh, T. L. Quantitative assessment of tactile allodynia in the rat paw. Journal of Neuroscience Methods. 53 (1), 55-63 (1994).
- Deuis, J. R., et al. Analgesic effects of clinically used compounds in novel mouse models of polyneuropathy induced by oxaliplatin and cisplatin. Neuro-Oncology. 16 (10), 1324-1332 (2014).
- Randall, L. O., Selitto, J. J. A method for measurement of analgesic activity on inflamed tissue. Archives Internationales de Pharmacodynamie et de Therapie. 111 (4), 409-419 (1957).
- D’Amour, F. E., Smith, D. L. A method for determining loss of pain sensation. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 72 (1), 74-79 (1941).
- Woolfe, G. The evaluation of the analgesic actions of pethidine hydrochlodide (Demerol). Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 80 (3), 300-307 (1944).
- Hargreaves, K., Dubner, R., Brown, F., Flores, C., Joris, J. A new and sensitive method for measuring thermal nociception in cutaneous hyperalgesia. Pain. 32 (1), 77-88 (1988).
- Deuis, J. R., Vetter, I. The thermal probe test: A novel behavioral assay to quantify thermal paw withdrawal thresholds in mice. Temperature. 3 (2), 199-207 (2016).
- Allchorne, A. J., Broom, D. C., Woolf, C. J. Detection of cold pain, cold allodynia and cold hyperalgesia in freely behaving rats. Molecular Pain. 1, 36 (2005).
- Carlton, S. M., Lekan, H. A., Kim, S. H., Chung, J. M. Behavioral manifestations of an experimental model for peripheral neuropathy produced by spinal nerve ligation in the primate. Pain. 56 (2), 155-166 (1994).
- Brenner, D. S., Golden, J. P., Gereau, R. W. I. V. A novel behavioral assay for measuring cold sensation in mice. PLoS One. 7 (6), 39765 (2012).
- Moqrich, A., et al. Impaired thermosensation in mice lacking TRPV3, a heat and camphor sensor in the skin. Science. 307 (5714), 1468-1472 (2005).
- Langford, D. J., et al. Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse. Nature Methods. 7 (6), 447-449 (2010).
- Deacon, R. M. J. Burrowing in rodents: a sensitive method for detecting behavioral dysfunction. Nature Protocols. 1 (1), 118-121 (2006).
- Griffioen, M. A., et al. Evaluation of dynamic weight bearing for measuring nonevoked inflammatory hyperalgesia in mice. Nursing Research. 64 (2), 81-87 (2015).
- Brodkin, J., et al. Validation and implementation of a novel high-throughput behavioral phenotyping instrument for mice. Journal of Neuroscience Methods. 224, 48-57 (2014).
- Paquette, T., Eskandari, N., Leblond, H., Piché, M. Spinal neurovascular coupling is preserved despite time dependent alterations of spinal cord blood flow responses in a rat model of chronic back pain: implications for functional spinal cord imaging. Pain. , (2022).
- Tokunaga, R., et al. Attenuation of widespread hypersensitivity to noxious mechanical stimuli by inhibition of GABAergic neurons of the right amygdala in a rat model of chronic back pain. European Journal of Pain. 26 (4), 911-928 (2022).
- Dixon, W. J. Efficient analysis of experimental observations. Annual Review of Pharmacology and Toxicology. 20, 441-462 (1980).
