Ryggmekanisk känslighetsbedömning hos råtta för mekanistisk undersökning av kronisk ryggsmärta
Summary
För att utveckla nya terapeutiska interventioner för förebyggande och hantering av ryggsmärta krävs djurmodeller för att undersöka mekanismerna och effektiviteten hos dessa terapier ur ett translationellt perspektiv. Detta protokoll beskriver BMS-testet, en standardiserad metod för att bedöma mekanisk känslighet hos råtta.
Abstract
Ländryggssmärta är den främsta orsaken till funktionshinder över hela världen, med dramatiska personliga, ekonomiska och sociala konsekvenser. För att utveckla nya terapier behövs djurmodeller för att undersöka mekanismerna och effektiviteten hos nya terapier ur ett translationellt perspektiv. Flera gnagarmodeller av ryggsmärta används i aktuella undersökningar. Överraskande validerades dock inget standardiserat beteendetest för att bedöma mekanisk känslighet i ryggsmärtmodeller. Detta är avgörande för att bekräfta att djur med förmodad ryggsmärta uppvisar lokal överkänslighet mot nociceptiva stimuli och för att övervaka känslighet under interventioner som är utformade för att lindra ryggsmärta. Syftet med denna studie är att fastställa ett enkelt och tillgängligt test för att bedöma mekanisk känslighet i ryggen på råttor. En testbur tillverkades speciellt för denna metod; Längd x bredd x höjd: 50 x 20 x 7 cm, med ett rostfritt stålnät på ovansidan. Denna testbur möjliggör applicering av mekaniska stimuli på baksidan. För att utföra testet rakas djurets baksida i det intressanta området, och testområdet markeras för att upprepa testet på olika dagar, efter behov. Den mekaniska tröskeln bestäms med Von Frey-filament applicerade på paraspinalmusklerna, med användning av upp-ner-metoden som beskrivits tidigare. De positiva svaren inkluderar (1) muskelryckningar, (2) välvning (ryggförlängning), (3) rotation av nacken (4) skrapa eller slicka ryggen och (5) fly. Detta beteendetest (Back Mechanical Sensitivity (BMS) -test) är användbart för mekanistisk forskning med gnagarmodeller av ryggsmärta för utveckling av terapeutiska ingrepp för förebyggande och hantering av ryggsmärta.
Introduction
Ländryggssmärta (LBP) är den främsta orsaken till funktionshinder över hela världen, vilket har dramatiska personliga, ekonomiska och sociala konsekvenser 1,2,3,4. Varje år drabbas cirka 37% av befolkningen av LBP5. LBP försvinner vanligtvis inom några veckor men återkommer hos 24% -33% av individerna och blir kronisk i 5% -10% av fallen2. För att förstå mekanismerna och effekterna av LBP samt effekterna av olika terapeutiska ingrepp har flera djurmodeller av LBP använts, som efterliknar kliniska tillstånd eller vissa komponenter av LBP6. Dessa mus- och råttmodeller kan klassificeras i en eller flera av följande kategorier: (1) diskogen LBP7,8,, (2) radikulär LBP 8,9,10,11, (3) fasettledsartros 12 och (4) muskelinducerad LBP 13,14 . Eftersom smärtan inte kan mätas direkt i icke-mänskliga arter har många tester utvecklats för att kvantifiera smärtliknande beteenden i dessa modeller8. Dessa tester bedömer beteenden som framkallas av en skadlig stimulans (mekanisk kraft 15,16,17, termisk stimulering 18,19,20,21,22,23,24,25) eller produceras spontant26,27,28,29.
Metoderna som använder mekaniska stimuli inkluderar Von Frey-testet 15,16 och Randall-Selitto-testet17. Metoder som använder värmestimuli inkluderar svansflicktestet18, värmeplatttestet19, Hargreaves-testet20 och termiskt sondtest21. Metoder som använder kalla stimuli inkluderar kallplatttestet 22, acetonavdunstningstestet23 och kallplantaranalysen24. Metoder för spontana beteenden inkluderar grimasskalorna 26, grävning27, viktbärande och gånganalys 28, samt en automatiserad beteendeanalys29. Trots dessa många tillgängliga tester är ingen av dem utformade speciellt för ryggsmärtmodeller.
Syftet med denna studie är att fastställa ett enkelt och tillgängligt test för att bedöma mekanisk känslighet i ryggen på råttor. Tekniken bygger till stor del på Von Frey-testet som tillämpas på baktassens plantaryta15,16. Grundprincipen för Von Frey-testet är att använda en serie monofilament till intresseområdet och leverera konstanta förutbestämda krafter. Ett svar anses vara positivt om råttan visar ett nocifensivt beteende. Den mekaniska tröskeln kan sedan beräknas baserat på filamenten som framkallade svar. I den aktuella studien ges en enkel och tillgänglig metod anpassad från Von Frey-testet för att bestämma mekanisk känslighet i ryggen på råttor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiska steg
BMS-testet är en enkel metod för att bedöma mekanisk känslighet i ryggen på råttor, antingen vid en tidpunkt eller upprepade gånger under dagar eller veckor, när förändringar förväntas inträffa (smärtmodeller) eller efter farmakologisk eller icke-farmakologisk intervention. Kritiska frågor om metoden inkluderar testburen, vars dimensioner måste säkerställa att råttan är bekväm men inte rör sig för mycket. Djurets rygg måste vara tillgänglig genom nättaket för r…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av ett bidrag från Fondation Chiropratique du Québec och Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (MP: grant #06659). HK: s bidrag stöddes av Université du Québec à Trois-Rivières (PAIR-programmet). BP:s bidrag stöddes av Fonds de recherche du Québec en Santé (FRQS) och Fondation Chiropratique du Québec. TP: s bidrag stöddes av Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada. NE:s och EK:s bidrag stöddes av Fondation Chiropratique du Québec. MP:s bidrag stöddes 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 |
Referências
- 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. Neurociência. 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. Neurociência. 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).
