만성 요통의 기계론적 조사를 위한 쥐의 등 기계적 민감도 평가
Summary
요통의 예방 및 관리를 위한 새로운 치료적 개입을 개발하기 위해 동물 모델은 번역 관점에서 이러한 치료법의 메커니즘과 효과를 조사해야 합니다. 현재 프로토콜은 쥐의 기계적 민감도를 평가하기 위한 표준화된 방법인 BMS 테스트를 설명합니다.
Abstract
요통은 전 세계적으로 장애의 주요 원인이며 극적인 개인적, 경제적, 사회적 결과를 초래합니다. 새로운 치료법을 개발하기 위해서는 번역 관점에서 새로운 치료법의 메커니즘과 효과를 조사하기 위한 동물 모델이 필요합니다. 허리 통증의 여러 설치류 모델이 현재 조사에 사용됩니다. 그러나 놀랍게도 요통 모델에서 기계적 민감도를 평가하기 위한 표준화된 행동 테스트는 검증되지 않았습니다. 이는 요통이 추정되는 동물이 통각 수용 자극에 국소 과민증을 나타내는지 확인하고 요통을 완화하기 위해 고안된 중재 중 민감도를 모니터링하는 데 중요합니다. 이 연구의 목적은 쥐 등의 기계적 민감도를 평가하기 위한 간단하고 접근 가능한 테스트를 마련하는 것입니다. 이 방법을 위해 특별히 테스트 케이지를 제작했습니다. 세로 x 너비 x 높이: 50 x 20 x 7cm, 상단에 스테인레스 스틸 메쉬가 있습니다. 이 테스트 케이지를 사용하면 등에 기계적 자극을 가할 수 있습니다. 테스트를 수행하기 위해 관심 영역에서 동물의 등을 면도하고 필요에 따라 다른 날에 테스트를 반복하도록 테스트 영역을 표시합니다. 기계적 역치는 앞에서 설명한 상하 방법을 사용하여 척수주위 근육에 적용된 Von Frey 필라멘트로 결정됩니다. 긍정적인 반응에는 (1) 근육 경련, (2) 아치형(등 신전), (3) 목 회전, (4) 등을 긁거나 핥기, (5) 탈출이 포함됩니다. 이 행동 테스트(BMS(Back Mechanical Sensitivity) 테스트)는 요통의 예방 및 관리를 위한 치료적 개입 개발을 위한 요통의 설치류 모델을 사용한 기계론적 연구에 유용합니다.
Introduction
요통(low back pain, LBP)은 전 세계적으로 장애의 주요 원인이며, 이는 개인적, 경제적, 사회적으로 극적인 결과를 초래한다 1,2,3,4. 매년 인구의 약 37%가 요통의 영향을 받습니다5. 요통은 보통 몇 주 이내에 해결되지만 개인의 24%-33%에서 재발하고 사례의 5%-10%에서 만성화된다2. 요통의 메커니즘과 영향 및 다양한 치료적 중재의 효과를 이해하기 위해 요통의 여러 동물 모델을 사용하여 요통의 임상 상태 또는 요통의 일부 구성 요소를 모방했습니다6. 이들 마우스 및 래트 모델은 다음 범주 중 하나 이상으로 분류될 수 있다: (1) 추간판 요통 7,8,, (2) 신경근성 요통 8,9,10,11, (3) 후관절 골관절염 12, 및 (4) 근육-유도성 요통 13,14 . 인간이 아닌 종에서는 통증을 직접 측정할 수 없기 때문에, 이러한 모델에서 통증과 유사한 행동을 정량화하기 위한 수많은 실험이 개발되었다8. 이 테스트는 유해한 자극 (기계적 힘 15,16,17, 열 자극18,19,20,21,22,23,24,25)에 의해 유발되거나 자발적으로 생성 된 행동 26,27,28,29를 평가합니다.
기계적 자극을 사용하는 방법에는 Von Frey 테스트 15,16 및 Randall-Selitto 테스트17이 포함됩니다. 열 자극을 사용하는 방법에는 테일 플릭 테스트(18), 핫 플레이트 테스트(19), 하그리브스 테스트(20) 및 열 프로브 테스트(21)가 있습니다. 저온 자극을 사용하는 방법에는 냉판 시험(cold plate test)22, 아세톤 증발 시험(acetone evaporation test) 23 및 저온 발바닥 분석(cold plantar assay)24가 포함된다. 자발적인 행동을 위한 방법으로는 찡그린 얼굴 척도(grimace scales)26, 굴을 파는 방법(burrowing)27, 체중부하 및 보행 분석(weight-bearing and a-pathit analysis)28, 자동화된 행동 분석(automated behavioral analysis)29 등이 있다. 이러한 수많은 테스트에도 불구하고 그 중 어느 것도 허리 통증 모델을 위해 특별히 설계되지 않았습니다.
이 연구의 목적은 쥐 등의 기계적 민감도를 평가하기 위한 간단하고 접근 가능한 테스트를 마련하는 것입니다. 이 기술은 주로 뒷발15,16의 발바닥 표면에 적용된 Von Frey 테스트를 기반으로합니다. Von Frey 테스트의 기본 원리는 관심 영역에 일련의 모노필라멘트를 사용하여 미리 결정된 일정한 힘을 전달하는 것입니다. 쥐가 통각 행동을 보이는 경우 반응은 양성으로 간주됩니다. 그런 다음 반응을 유발한 필라멘트를 기반으로 기계적 임계값을 계산할 수 있습니다. 본 연구에서는 쥐 등의 기계적 민감도를 결정하기 위해 Von Frey 테스트에서 채택한 간단하고 접근 가능한 방법이 제공됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
중요 단계
BMS 테스트는 변화가 발생할 것으로 예상되는 시점 (통증 모델) 또는 약리학 적 또는 비 약리학 적 개입 후에 한 시점 또는 며칠 또는 몇 주에 걸쳐 반복적으로 쥐의 등에서 기계적 민감도를 평가하는 간단한 방법입니다. 이 방법의 중요한 문제에는 테스트 케이지가 포함되며, 그 치수는 쥐가 편안하지만 너무 많이 움직이지 않도록 보장해야 합니다. 동물의 등은 재현 가능?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 Fondation Chiropratique du Québec과 캐나다 자연 과학 및 공학 연구 위원회(MP: 보조금 #06659)의 보조금으로 지원되었습니다. 홍콩의 기여는 Université du Québec à Trois-Rivières (PAIR 프로그램)의 지원을 받았습니다. BP의 기여는 Fonds de recherche du Québec en Santé (FRQS)와 Fondation Chiropratique du Québec의 지원을 받았습니다. TP의 기여는 캐나다 자연 과학 및 공학 연구 위원회(Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada)의 지원을 받았습니다. NE와 EK의 기여는 Fondation Chiropratique du Québec의 지원을 받았습니다. MP의 기여는 FRQS에 의해 지원되었습니다.
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).
