Ryggmekanisk følsomhetsvurdering hos rotte for mekanistisk undersøkelse av kroniske ryggsmerter
Summary
For å utvikle nye terapeutiske tiltak for forebygging og behandling av ryggsmerter, er dyremodeller pålagt å undersøke mekanismene og effektiviteten av disse terapiene fra et translasjonsperspektiv. Den nåværende protokollen beskriver BMS-testen, en standardisert metode for å vurdere tilbake mekanisk følsomhet hos rotter.
Abstract
Korsryggsmerter er den ledende årsaken til funksjonshemming over hele verden, med dramatiske personlige, økonomiske og sosiale konsekvenser. For å utvikle nye terapier er det nødvendig med dyremodeller for å undersøke mekanismene og effektiviteten av nye terapier fra et translasjonsperspektiv. Flere gnagermodeller av ryggsmerter brukes i nåværende undersøkelser. Overraskende nok ble det imidlertid ikke validert noen standardisert atferdstest for å vurdere mekanisk følsomhet i ryggsmertemodeller. Dette er viktig for å bekrefte at dyr med antatte ryggsmerter presenterer lokal overfølsomhet for nociceptive stimuli, og for å overvåke følsomhet under intervensjoner designet for å lindre ryggsmerter. Målet med denne studien er å legge ned en enkel og tilgjengelig test for å vurdere mekanisk følsomhet hos rotter. Et testbur ble produsert spesielt for denne metoden; Lengde x bredde x høyde: 50 x 20 x 7 cm, med et rustfritt stålnett på toppen. Denne testburet tillater påføring av mekaniske stimuli på baksiden. For å utføre testen blir baksiden av dyret barbert i interesseområdet, og testområdet er merket for å gjenta testen på forskjellige dager etter behov. Den mekaniske terskelen bestemmes med Von Frey-filamenter påført paraspinalmusklene, ved hjelp av opp-ned-metoden beskrevet tidligere. De positive responsene inkluderer (1) muskelrykninger, (2) buing (ryggforlengelse), (3) rotasjon av nakken (4) skrape eller slikke ryggen og (5) rømme. Denne atferdstesten (Back Mechanical Sensitivity (BMS) test) er nyttig for mekanistisk forskning med gnagermodeller av ryggsmerter for utvikling av terapeutiske inngrep for forebygging og behandling av ryggsmerter.
Introduction
Korsryggsmerter (LBP) er den ledende årsaken til funksjonshemming over hele verden, noe som har dramatiske personlige, økonomiske og sosiale konsekvenser 1,2,3,4. Hvert år rammes ca. 37 % av befolkningen av LBP5. LBP løser vanligvis innen få uker, men gjentar seg hos 24% -33% av individer, og blir kronisk i 5% -10% av tilfellene2. For å forstå mekanismene og virkningene av LBP, samt effekten av ulike terapeutiske intervensjoner, har flere dyremodeller av LBP blitt brukt, som etterligner kliniske tilstander eller noen komponenter i LBP6. Disse mus- og rottemodellene kan klassifiseres i en eller flere av følgende kategorier: (1) discogen LBP7,8,, (2) radikulær LBP 8,9,10,11, (3) fasettleddartrose 12 og (4) muskelindusert LBP 13,14 . Siden smerten ikke kan måles direkte i ikke-menneskelige arter, har mange tester blitt utviklet for å kvantifisere smertelignende atferd i disse modellene8. Disse testene vurderer atferd fremkalt av en skadelig stimulus (mekanisk kraft 15,16,17, termisk stimulering 18,19,20,21,22,23,24,25) eller produsert spontant 26,27,28,29.
Metodene som bruker mekaniske stimuli inkluderer Von Frey-testen 15,16 og Randall-Selitto Test17. Metoder som bruker varmestimuli inkluderer halefliktesten18, kokeplatetest19, Hargreaves test20 og termisk sondetest21. Metoder som bruker kalde stimuli inkluderer kaldplatetest22, acetonfordampningstest 23 og kaldplantaranalyse24. Metoder for spontan atferd inkluderer grimaseskalaene 26, burrowing 27, vektbærende og ganganalyse28, samt en automatisert atferdsanalyse29. Til tross for disse mange tilgjengelige testene, er ingen av dem designet spesielt for ryggsmertemodeller.
Målet med denne studien er å legge ned en enkel og tilgjengelig test for å vurdere mekanisk følsomhet hos rotter. Teknikken er i stor grad basert på Von Frey-testen som ble brukt på plantaroverflaten på bakpoten15,16. Det grunnleggende prinsippet for Von Frey-testen er å bruke en serie monofilamenter til interesseområdet, og levere konstante forhåndsbestemte krefter. Et svar anses som positivt hvis rotta viser en nocifensiv oppførsel. Den mekaniske terskelen kan deretter beregnes basert på filamentene som fremkalte responser. I denne studien er det gitt en enkel og tilgjengelig metode tilpasset Von Frey-testen for å bestemme mekanisk følsomhet på baksiden av rotter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiske skritt
BMS-testen er en enkel metode for å vurdere mekanisk følsomhet hos rotter, enten på et tidspunkt eller gjentatte ganger over dager eller uker, når endringer forventes å forekomme (smertemodeller) eller etter farmakologisk eller ikke-farmakologisk intervensjon. Kritiske problemer med metoden inkluderer testburet, hvis dimensjoner må sikre at rotta er komfortabel, men ikke beveger seg for mye. Dyrets rygg må være tilgjengelig gjennom nettingtaket for reproduserbar mekanisk stimul…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av et stipend fra Fondation Chiropratique du Québec og Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (MP: grant #06659). HKs bidrag ble støttet av Université du Québec à Trois-Rivières (PAIR-programmet). BPs bidrag ble støttet av Fonds de recherche du Québec en Santé (FRQS) og Fondation Chiropratique du Québec. Bidraget fra TP ble støttet av Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada. Bidraget fra NE og EK ble støttet av Fondation Chiropratique du Québec. Bidraget fra MP ble støttet av 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).
