Urokinase-Typ-Plasminogen-Aktivator-induziertes Modell für Rückenschmerzen bei Mäusen
Summary
Methoden zur einfachen, schnellen Induktion eines Rückenschmerzmodells bei Mäusen werden hier unter Verwendung einer intraligamenten Injektion eines Plasminogenaktivators im Urin bereitgestellt.
Abstract
Ein Modell anhaltender Schmerzen im unteren Rücken kann bei Mäusen mit der hier beschriebenen einfachen Methodik induziert werden. Schritt-für-Schritt-Methoden zur einfachen, schnellen Induktion eines persistierenden Rückenschmerzmodells bei Mäusen werden hier unter Verwendung einer Injektion eines Urokinase-Typ-Plasminogenaktivators (Urokinase), einer Serinprotease, die bei Menschen und anderen Tieren vorhanden ist, bereitgestellt. Die Methode zur Induktion von anhaltenden Schmerzen im unteren Rücken bei Mäusen beinhaltet eine einfache Injektion von Urokinase entlang der bandartigen Ansatzregion der Lendenwirbelsäule. Der Urokinase-Entzündungsstoff aktiviert Plasminogen zu Plasmin. In der Regel kann das Modell innerhalb von 10 Minuten induziert werden und die Überempfindlichkeit hält mindestens 8 Wochen an.
Überempfindlichkeit, Gangstörungen und andere angst- und depressionsähnliche Standardmaße können im persistierenden Modell getestet werden. Rückenschmerzen sind die häufigste Art von Schmerzen. Um das Bewusstsein für Rückenschmerzen zu schärfen, hat die International Association for the Study of Pain (IASP) das Jahr 2021 zum “Globalen Jahr über Rückenschmerzen” und 2022 zum “Globalen Jahr für die Umsetzung von Schmerzwissen in die Praxis” ernannt. Eine Limitierung der therapeutischen Weiterentwicklung von Schmerztherapeutika ist der Mangel an geeigneten Modellen zur Testung von persistierenden und chronischen Schmerzen. Die Merkmale dieses Modells eignen sich für die Erprobung potenzieller Therapeutika, die auf die Verringerung von Rückenschmerzen und deren Begleiterscheinungen abzielen, und tragen dazu bei, dass die IASP das Jahr 2022 zum Globalen Jahr für die Übertragung von Schmerzwissen in die Praxis ernannt hat.
Introduction
Rückenschmerzen sind eine der häufigsten Ursachen für Behinderungen, wobei weltweit 1 von 5 Menschen leidet1. Trotz dieser Bemühungen werden nur wenige zuverlässige Tiermodelle für Rückenschmerzen in der Tierforschung im Schmerzbereich verwendet, insbesondere an Mäusen. Bisherige Modelle nutzten fast ausschließlich Ratten zur Induktion von chronischen Rückenschmerzen (CBP), wie sie z. B. durch Injektion von Plasminogenaktivator (uPA) im Urin in das Lendenfacettengelenk 2,3, Injektion von Nervenwachstumsfaktor (NGF) in die Rumpfmuskulatur4 oder Mononatriumjodacetat (MIA)5 oder Interleukin-1beta6 induziert werden Injektion in die Bandscheibe. Natürlich werden Ratten für diese Modelle bevorzugt, vor allem wegen ihrer größeren Größe und des einfachen Zugangs für die Injektion von Entzündungsmitteln.
Um es klar zu sagen: Es gibt zwar Mausmodelle für Rückenschmerzen, wie z. B. das seit vielen Jahren verwendete SPARC-Null-Mausmodell der Bandscheibendegeneration7, aber diese sind kostspieliger und zeitaufwändiger zu etablieren als injektionsbasierte Modelle. Eine kürzlich durchgeführte Studie an Mäusen etablierte ein Modell für Schmerzen im unteren Rückenbereich, indem die NGF-Injektion in die unteren Rückenmuskeln mit vertikaler chronischer Belastungsbelastung kombiniertwurde 8. Im folgenden Protokoll haben wir das uPA-induzierte CBP-Modell von Ratten für Mäuse2 adaptiert. Die Überempfindlichkeit stellt sich innerhalb von 1 Woche ein und hält bis zu 6-8 Wochen an. Darüber hinaus stellen wir fest, dass Mäuse angst- und depressionsähnliche Verhaltensweisen entwickeln. Angesichts der Prävalenz von Rückenschmerzen und der häufigeren Verwendung von Mäusen in der molekularen Schmerzforschung ist dieses langlebige Modell leicht für die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien zur Linderung von Rückenschmerzen geeignet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Modell chronischer Rückenschmerzen ist einfach zu induzieren, und eine Überempfindlichkeit, die innerhalb von 1 Woche auftritt, kann bis zu (und möglicherweise darüber hinaus) 8 Wochen andauern. Dies ermöglicht eine genaue Untersuchung des chronischen Schmerzzustands im Gegensatz zu anderen akuten Modellen, die nur ein oder zwei Wochen dauern. Während wir das Modell in Mäusen zeigen, kann das uPA-induzierte CBP-Modell auch in Ratten2 etabliert werden. Ein Vorteil des Modells ist, das…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Finanzierung erfolgte durch NIH HEAL UG3 NS123958. Die Unterkünfte wurden von der AAALAC inspiziert und akkreditiert. Die Tiere wurden in der Unterkunft des Animal Resources Center (ARC) untergebracht, die von den Mitarbeitern des Labors und der Abteilung für Labor- und Tierressourcen (DLAR) unterhalten wurde. Die Verfahren für Verhaltenstests sind Standardmethoden auf diesem Gebiet, die von der American Pain Society und der International Association for the Study of Pain anerkannt sind. Die Methode der Euthanasie steht im Einklang mit den Empfehlungen des Gremiums für Euthanasie der American Veterinary Medical Association.
Materials
| Animals and Consumables | |||
| 70% ethanol | Local Source | ||
| BALB/c mice | Envigo | 20-25 g | |
| Cotton balls | Fisher Scientific | 19-090-702 | |
| Cotton-tipped applicators | Fisher Scientific | 19-062-616 | |
| Isoflurane inhalant anesthetic | MedVet | RXISO-250 | |
| Labeling tape | Fisher Scientific | NGFP7002 | |
| Nitrile exam gloves | Fisher Scientific | ||
| Oxygen tank | Local Source | ||
| Surgical drape, Steri-Drape Utility Sheet, Absorbent Prevention | VWR | 76246-788 | cut into 15 x 15 cm pieces |
| Tygon tubing with 3 mm inner diameter | Grainger | 22XH87 | |
| Equipment | |||
| #11 carbon steel scalpel blades | VWR | 21909-612 | |
| Anesthesia induction chamber | Summit Medical Equipment Company | AS-01-0530-LG | |
| Autoclave | Local Unit | ||
| Biology Dumont #5 forceps | Fine Science Tools | 11252-30 | |
| Glass bead sterilizer Germinator 500 | VWR | 102095-946 | |
| IITC Life Sciences Series 8 Model PE34 Hot/Cold Plate Analgesia Meter | IITC | PE34 | |
| Integra Miltex cotton & dressing pliers | Safco Dental Supply | 66-317 | |
| OPTIKA CL31 double arm LED illuminator | New York Microscope Company | OPCL-31 | |
| Plantar Test System with InfraRed Emitter, i. e. Hargreaves Apparatus | Ugo Basile | 37370-001 and 37370-002 | |
| Scalpel Handle No. 3 | VWR | 25607-947 | |
| Small animal heating pad | Valley Vet Supply | 47375 | |
| Student Vannas spring scissors, straight blade | Fine Science Tools | 91500-09 | |
| Table top animal research portable anesthesia workstation “PAM” | Patterson Scientific | AS-01-0007 | |
| Von Frey Filaments | Ugo Basile | 37450-275 |
References
- O’Sullivan, P. B., et al. Back to basics: 10 facts every person should know about back pain. British Journal of Sports Medicine. 54 (12), 698-699 (2020).
- Nauta, H. J., McIlwrath, S. L., Westlund, K. N. Punctate midline myelotomy reduces pain responses in a rat model of lumbar spine pain: evidence that the postsynaptic dorsal column pathway conveys pain from the axial spine. Cureus. 10 (3), 2371 (2018).
- Shuang, F., et al. Establishment of a rat model of lumbar facet joint osteoarthritis using intraarticular injection of urinary plasminogen activator. Scientific Reports. 5 (1), 9828 (2015).
- Reed, N. R., et al. Somatosensory behavioral alterations in a NGF-induced persistent low back pain model. Behavioural Brain Research. 418, 113617 (2022).
- Suh, H. R., Cho, H. -. Y., Han, H. C. Development of a novel model of intervertebral disc degeneration by the intradiscal application of monosodium iodoacetate (MIA) in rat. The Spine Journal. 22 (1), 183-192 (2022).
- Kim, H., Hong, J. Y., Lee, J., Jeon, W. -. J., Ha, I. -. H. IL-1β promotes disc degeneration and inflammation through direct injection of intervertebral disc in a rat lumbar disc herniation model. The Spine Journal. 21 (6), 1031-1041 (2021).
- Millecamps, M., Tajerian, M., Sage, E. H., Stone, L. S. Behavioral signs of chronic back pain in the SPARC-null mouse. Spine. 36 (2), 95-102 (2011).
- La Porta, C., Tappe-Theodor, A. Differential impact of psychological and psychophysical stress on low back pain in mice. Pain. 161 (7), 1442-1458 (2020).
- 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).
- Takao, K., Miyakawa, T. Light/dark transition test for mice. Journal of Visualized Experiments JoVE. (1), e104 (2006).
- Deuis, J. R., Dvorakova, L. S., Vetter, I. Methods used to evaluate pain behaviors in rodents. Frontiers in Molecular Neuroscience. 10, 284 (2017).
- David, D. J., et al. Neurogenesis-dependent and -independent effects of fluoxetine in an animal model of anxiety/depression. Neuron. 62 (4), 479-493 (2009).
- Yalcin, I., et al. A time-dependent history of mood disorders in a murine model of neuropathic pain. Biological Psychiatry. 70 (10), 946-953 (2011).
- Madathil, S. K., et al. Astrocyte-specific overexpression of insulin-like growth factor-1 protects hippocampal neurons and reduces behavioral deficits following traumatic brain injury in mice. PloS One. 8 (6), e67204 (2013).
- Sugimoto, H., Kawakami, K. Low-cost protocol of footprint analysis and hanging box test for mice applied the chronic restraint stress. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (143), e59027 (2019).
- Hassan, S., et al. Identifying chronic low back pain phenotypic domains and characteristics accounting for individual variation: a systematic review. Pain. , (2023).
