تحفيز الجافية واختبار فون فراي حول الحجاج في الفئران كنموذج قبل سريري للصداع
Summary
أبرز أعراض الصداع النصفي هو ألم شديد في الرأس ، ويفترض أن هذا يتم بوساطة الخلايا العصبية الحسية التي تعصب السحايا. هنا ، نقدم طريقة لتطبيق المواد محليا على الجافية بطريقة طفيفة التوغل أثناء استخدام فرط الحساسية للوجه كمخرج.
Abstract
ويعتقد أن السحايا القحفية، التي تتألف من الأم الجافية والعنكبوتية والبيا ماتر، تخدم في المقام الأول الوظائف الهيكلية للجهاز العصبي. على سبيل المثال ، فإنها تحمي الدماغ من الجمجمة وترسو / تنظم إمدادات الأوعية الدموية والعصبية للقشرة. ومع ذلك ، فإن السحايا متورطة أيضا في اضطرابات الجهاز العصبي مثل الصداع النصفي ، حيث يعزى الألم الذي يحدث أثناء الصداع النصفي إلى التهاب معقم موضعي والتنشيط اللاحق للمؤثرين المحليين المسبب للألم. من بين الطبقات في السحايا ، فإن الأم الجافية لها أهمية خاصة في الفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي. وهي شديدة الأوعية الدموية ، وتؤوي الخلايا العصبية المحلية المسببة للألم ، وهي موطن لمجموعة متنوعة من الخلايا المقيمة مثل الخلايا المناعية. قد تؤدي التغيرات الطفيفة في البيئة المجهرية السحائية المحلية إلى تنشيط وتحسس مستقبلات nociceptors الجافية المحيطة بالأوعية الدموية ، مما يؤدي إلى ألم الصداع النصفي. سعت الدراسات إلى معالجة كيفية تنشيط / تحسس المؤثرات الجافية باستخدام إما في الفيزيولوجيا الكهربية في الجسم الحي أو تقنيات التصوير أو النماذج السلوكية ، ولكن هذه تتطلب عادة عمليات جراحية غازية للغاية. يقدم هذا البروتوكول طريقة للتطبيق غير الغازي نسبيا للمركبات على الأم الجافية في الفئران وطريقة مناسبة لقياس الحساسية اللمسية الشبيهة بالصداع باستخدام اختبار فون فراي حول الحجاج بعد التحفيز الجافية . تحافظ هذه الطريقة على سلامة الجافية والجمجمة وتقلل من الآثار المربكة الناجمة عن التقنيات الغازية عن طريق حقن المواد من خلال قنية معدلة مقاس 0.65 مم عند تقاطع الغرز السهمية ولامبدويد غير المنصهرة. سيسمح هذا النموذج قبل السريري للباحثين بالتحقيق في مجموعة واسعة من المحفزات الجافية ودورها في التطور المرضي للصداع النصفي ، مثل تنشيط nociceptor ، وتنشيط الخلايا المناعية ، والتغيرات الوعائية ، وسلوكيات الألم ، كل ذلك مع الحفاظ على ظروف خالية من الإصابات في الجمجمة والسحايا.
Introduction
لا يزال ألم الصداع النصفي مشكلة صحية عامة رئيسية في جميع أنحاء العالم. تصنفه منظمة الصحة العالمية على أنه سادس أكثر الأمراض انتشارا في العالم ، حيث يصيب أقل بقليل من 15٪ من سكان الأرض1 ويسبب عبئا اجتماعيا واقتصاديا كبيرا على المجتمع 2,3. كانت خيارات العلاج وفعاليتها دون المستوى الأمثل وتوفر فقط تخفيف الأعراض ولا تعدل بشكل كبير الأحداث الفسيولوجية المرضية التي تكمن وراء حدوث الصداع النصفي 4,5. من المحتمل أن يكون عدم نجاح العلاج بسبب الصداع النصفي كونه اضطرابا متعدد العوامل لا يفهم علم أمراضه بشكل جيد ، مما يؤدي إلى عدد محدود من الأهداف العلاجية. من الصعب أيضا التقاط الصداع النصفي بشكل كامل في النماذج الحيوانية ، خاصة بالنظر إلى أن تشخيص الصداع النصفي يتم بناء على التواصل اللفظي مع المرضى الذين يصفون تجربتهم مع السمات المميزة للصداع النصفي مثل الهالة والصداع ورهاب الضوء والألودنيا. على الرغم من ذلك ، من المهم ملاحظة أن التطورات الحديثة في علاجات الصداع النصفي تتفوق حاليا على العلاجات للعديد من الحالات العصبية التي تم التحقق منها بشكل جيد من خلال النماذج قبل السريرية. على سبيل المثال ، كانت الأجسام المضادة وحيدة النسيلة والجزيئات الصغيرة التي تستهدف الببتيد المرتبط بجين الكالسيتونين ، أو مستقبلاته ناجحة جدا في تحسين نوعية حياة مرضى الصداع النصفي ويمكن أن تحول الإدارة السريرية للصداع النصفي. في حين كان هناك تقدم في فهم هذا الاضطراب ، لا يزال هناك الكثير الذي لم يتم توضيحه بعد.
استنادا إلى النماذج الحيوانية قبل السريرية والدراسات البشرية ، من المقبول على نطاق واسع أن الصداع النصفي يبدأ عن طريق التنشيط الشاذ للألياف المسببة للألم داخل السحايا التي تشير من خلال العقد الظهرية الظهرية ثلاثية التوائم وعنق الرحم العلوي6،7،8،9،10. على الرغم من هذه النظرية ، لا تزال العديد من الدراسات تستخدم الإدارة النظامية للأدوية لفهم الآليات المساهمة الأساسية في الصداع النصفي. في حين أن الجرعات النظامية من الأدوية قد عززت فهمنا بشكل كبير ، فإن هذه النتائج لا تقيم بشكل مباشر ما إذا كانت الإجراءات المحلية داخل الأنسجة المستهدفة ذات الاهتمام تلعب دورا في الصداع النصفي. على العكس من ذلك ، اتخذت العديد من الدراسات نهجا لتحفيز الجافية. ومع ذلك ، تتطلب هذه التجارب زرع القنية عن طريق بضع القحف الغازي وأوقات الشفاء الموسعة11,12. وبسبب هذه القيود، طورنا نهجا طفيف التوغل لتحفيز الجافية محليا حيث يؤدي عدم وجود بضع القحف إلى القضاء على التعافي بعد الجراحة ويسمح بإجراء اختبار فوري في الحيوانات المستيقظة12،13،14. يتم إجراء هذه الحقن تحت تخدير الأيزوفلوران الخفيف وتدار عند تقاطع الغرز السهمية و lambdoid في الفئران.
تم تطوير العديد من الأساليب لتقييم الاستجابات السلوكية المسببة للألم في القوارض15. تم الإبلاغ عن الألودينيا الجلدية في حوالي 80٪ من الذين يعانون من الصداع النصفي16,17 ويمثل نقطة نهاية انتقالية محتملة للاستخدام في القوارض. في النماذج قبل السريرية ، تم استخدام تطبيق خيوط فون فراي على المنطقة الأخمصية من مخلب القوارض لتقييم سلوكيات الألم في نماذج الصداع النصفي قبل السريرية. القيد الأساسي لهذا النهج هو أنه لا يختبر المنطقة الرأسية. تم استخدام تسجيل كآبة الوجه لالتقاط سلوكيات الألم في القوارض من خلال تحليل تعبيرات الوجه بعد تحريض محفزات الألم18,19. ومع ذلك ، فإن قيوده تشمل فقط التقاط الاستجابات للمحفزات الحادة وليس حالات الألم الفموي الوجهي المزمن. يعتبر استمالة الوجه وانخفاض التربية أيضا مخرجات للاستجابات السلوكية في النماذج قبل السريرية للصداع النصفي20,21. تشمل قيود الأول صعوبة في التمييز بين استجابات الألم والاستمالة الروتينية الطبيعية والأحاسيس الأخرى مثل الحكة. في حالة هذا الأخير ، عادة ما تنخفض سلوكيات التربية بسرعة بعد إدخال القوارض إلى بيئات جديدة. على الرغم من أن كل نقطة من نقاط النهاية السلوكية هذه ذات قيمة في فهم الآليات المختلفة التي تسهم في حالات الألم ، إلا أن هناك حاجة ماسة إلى نماذج ما قبل السريرية لاضطرابات الألم مثل الصداع النصفي لتشمل نقاط النهاية التي تلتقط على وجه التحديد استجابات فرط الحساسية الرأسية. يعد تقييم فرط الحساسية اللمسية للجلد حول الحجاج بعد التحفيز الجافية طريقة قد توفر رؤية أفضل للآليات التي تساهم في الصداع النصفي حيث تكون الأعراض الحسية في الغالب رأسية بطبيعتها. هنا ، نصف طريقة لإدارة المواد على الفأر الجافية كنموذج ما قبل السريري للصداع النصفي. بعد تطبيق الجافية ، نقدم أيضا طريقة مفصلة لاختبار فرط الحساسية اللمسية حول الحجاج باستخدام خيوط فون فراي المعايرة المطبقة في طريقة ديكسون من أعلى إلى أسفل.
Protocol
Representative Results
Discussion
تعتبر التغيرات غير التكيفية في نظام مسبب للألم المحلي في الجافية مساهما رئيسيا في مرحلة الصداع من نوبات الصداع النصفي على الرغم من عدم وجود إصابة في الأنسجة25,26. هنا تقدم الدراسة طريقة يمكن من خلالها للتحفيز الأقل بضعا للجافا أن يحفز فرط الحساسية اللمسية لل?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذه الدراسة من قبل المعاهد الوطنية للصحة (NS104200 و NS072204 إلى GD).
Materials
| 4 oz Hot Paper Cups | Choice Paper Company | 5004W | https://www.webstaurantstore.com/choice-4-oz-white-poly-paper-hot-cup-case/5004W.html |
| Absorbent Underpads | Fisherbrand | 14-206-65 | https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-absorbent-underpads-8/p-306048 |
| C313I/SPC Internal 28 G cannula | P1 Technologies (formerly Plastics One) | 8IC313ISPCXC | I.D. 18 mm, O.D. 35 mm |
| Gastight Model 1701 SN Syringes | Hamilton | 80008 | https://www.hamiltoncompany.com/laboratory-products/syringes/80008 |
| Ismatec Pump Tubing, 0.19 mm | Cole-Palmer | EW-96460-10 | https://www.coleparmer.com/i/ismatec-pump-tubing-2-stop-tygon-s3-e-lab-0-19-mm-id-12-pk/9646010 |
| Stand with chicken wire | Custom | The galvanized steel chicken wire dimensions are 0.25 in. x 19-gauge | |
| Testing Rack with individual Chambers | Custom | Each chamber should have a division between each mouse and lids to contain the mouse. The chambers should also be large enough to hold a 4 oz. paper cup. | |
| von Frey Filaments | Touch test/Stoelting | 58011 | https://www.stoeltingco.com/touch-test.html |
References
- GBD 2016 Disease and Injury Incidence and Prevalence Collaborators. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 328 diseases and injuries for 195 countries, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet. 390 (10100), 1211-1259 (2017).
- Woldeamanuel, Y. W., Cowan, R. P. Migraine affects 1 in 10 people worldwide featuring recent rise: A systematic review and meta-analysis of community-based studies involving 6 million participants. Journal of the Neurological Sciences. 372, 307-315 (2017).
- Burch, R. C., Loder, S., Loder, E., Smitherman, T. A. The prevalence and burden of migraine and severe headache in the United States: updated statistics from government health surveillance studies. Headache. 55 (1), 21-34 (2015).
- Ashina, M. Migraine. New England Journal of Medicine. 383 (19), 1866-1876 (2020).
- Ashina, M., et al. Migraine: integrated approaches to clinical management and emerging treatments. Lancet. 397 (10283), 1505-1518 (2021).
- Jacobs, B., Dussor, G. Neurovascular contributions to migraine: Moving beyond vasodilation. Neurosciences. 338, 130-144 (2016).
- Koyuncu Irmak, D., Kilinc, E., Tore, F. Shared Fate of Meningeal Mast Cells and Sensory Neurons in Migraine. Frontiers in Cellular Neuroscience. 13, 136 (2019).
- Levy, D. Migraine pain, meningeal inflammation, and mast cells. Current Pain and Headache Reports. 13 (3), 237-240 (2009).
- Levy, D., Labastida-Ramirez, A., MaassenVanDenBrink, A. Current understanding of meningeal and cerebral vascular function underlying migraine headache. Cephalalgia. 39 (13), 1606-1622 (2019).
- Phebus, L. A., Johnson, K. W. Dural inflammation model of migraine pain. Current Protocols in Neuroscience. , (2001).
- Fried, N. T., Maxwell, C. R., Elliott, M. B., Oshinsky, M. L. Region-specific disruption of the blood-brain barrier following repeated inflammatory dural stimulation in a rat model of chronic trigeminal allodynia. Cephalalgia. 38 (4), 674-689 (2018).
- Avona, A., et al. Dural calcitonin gene-related peptide produces female-specific responses in rodent migraine models. The Journal of Neuroscience. 39 (22), 4323-4331 (2019).
- Burgos-Vega, C. C., et al. Non-invasive dural stimulation in mice: A novel preclinical model of migraine. Cephalalgia. 39 (1), 123-134 (2019).
- Avona, A., et al. Meningeal CGRP-Prolactin interaction evokes female-specific migraine behavior. Annals of Neurology. 89 (6), 1129-1144 (2021).
- Deuis, J. R., Dvorakova, L. S., Vetter, I. Methods used to evaluate pain behaviors in rodents. Frontiers in Molecular Neuroscience. 10, 284 (2017).
- Lipton, R. B., et al. Cutaneous allodynia in the migraine population. Annals of Neurology. 63 (2), 148-158 (2008).
- Goadsby, P. J. Migraine, allodynia, sensitisation and all of that. European Neurology. 53, 10-16 (2005).
- Langford, D. J., et al. Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse. Nature Methods. 7 (6), 447-449 (2010).
- Mogil, J. S., Pang, D. S. J., Silva Dutra, G. G., Chambers, C. T. The development and use of facial grimace scales for pain measurement in animals. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 116, 480-493 (2020).
- Vuralli, D., Wattiez, A. S., Russo, A. F., Bolay, H. Behavioral and cognitive animal models in headache research. The Journal of Headache and Pain. 20 (1), 11 (2019).
- Mason, B. N., et al. Induction of migraine-like photophobic behavior in mice by both peripheral and central CGRP mechanisms. The journal of Neuroscience. 37 (1), 204-216 (2017).
- Dixon, W. J., Mood, A. M. A method for obtaining and analyzing sensitivity data. The Journal of the American Statistical Association. 43 (241), 109-126 (1948).
- Dixon, W. The up-and-down method for small samples. The Journal of the American Statistical Association. 60, (1965).
- Bonin, R. P., Bories, C., De Koninck, Y. A simplified up-down method (SUDO) for measuring mechanical nociception in rodents using von Frey filaments. Molecular Pain. 10, 26 (2014).
- Ramachandran, R. Neurogenic inflammation and its role in migraine. Seminars in Immunopathology. 40 (3), 301-314 (2018).
- Edvinsson, L., Haanes, K. A., Warfvinge, K. Does inflammation have a role in migraine. Nature Reviews Neurology. 15 (8), 483-490 (2019).
- Stokely, M. E., Orr, E. L. Acute effects of calvarial damage on dural mast cells, pial vascular permeability, and cerebral cortical histamine levels in rats and mice. Journal of Neurotrauma. 25 (1), 52-61 (2008).
- Theoharides, T. C., Donelan, J., Kandere-Grzybowska, K., Konstantinidou, A. The role of mast cells in migraine pathophysiology. Brain Research Reviews. 49 (1), 65-76 (2005).
- Conti, P., et al. Progression in migraine: Role of mast cells and pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines. European Journal of Pharmacology. 844, 87-94 (2019).
- Rea, B. J., et al. Peripherally administered calcitonin gene-related peptide induces spontaneous pain in mice: implications for migraine. Pain. 159 (11), 2306-2317 (2018).
