Vurdering af rygmekanisk følsomhed hos rotter til mekanistisk undersøgelse af kroniske rygsmerter
Summary
For at udvikle nye terapeutiske interventioner til forebyggelse og håndtering af rygsmerter kræves dyremodeller for at undersøge mekanismerne og effektiviteten af disse terapier fra et translationelt perspektiv. Denne protokol beskriver BMS-testen, en standardiseret metode til vurdering af rygmekanisk følsomhed hos rotter.
Abstract
Lændesmerter er den største årsag til handicap på verdensplan med dramatiske personlige, økonomiske og sociale konsekvenser. For at udvikle nye behandlinger er dyremodeller nødvendige for at undersøge mekanismerne og effektiviteten af nye terapier fra et translationelt perspektiv. Flere gnavermodeller af rygsmerter anvendes i aktuelle undersøgelser. Overraskende nok blev der imidlertid ikke valideret nogen standardiseret adfærdstest for at vurdere mekanisk følsomhed i rygsmertemodeller. Dette er afgørende for at bekræfte, at dyr med formodede rygsmerter udviser lokal overfølsomhed over for nociceptive stimuli, og for at overvåge følsomheden under interventioner, der er designet til at lindre rygsmerter. Formålet med denne undersøgelse er at fastlægge en enkel og tilgængelig test til vurdering af mekanisk følsomhed i ryggen på rotter. Et testbur blev fremstillet specielt til denne metode; længde x bredde x højde: 50 x 20 x 7 cm, med et net i rustfrit stål på toppen. Dette testbur tillader anvendelse af mekaniske stimuli på ryggen. For at udføre testen barberes dyrets ryg i det pågældende område, og testområdet markeres for at gentage testen på forskellige dage efter behov. Den mekaniske tærskel bestemmes med Von Frey-filamenter påført paraspinalmusklerne ved hjælp af den tidligere beskrevne op-ned-metode. De positive reaktioner omfatter (1) muskeltrækninger, (2) bue (rygforlængelse), (3) rotation af nakken (4) ridser eller slikker ryggen og (5) undslipper. Denne adfærdstest (Back Mechanical Sensitivity (BMS) test) er nyttig til mekanistisk forskning med gnavermodeller af rygsmerter til udvikling af terapeutiske interventioner til forebyggelse og styring af rygsmerter.
Introduction
Lændesmerter (LBP) er den førende årsag til handicap på verdensplan, hvilket har dramatiske personlige, økonomiske og sociale konsekvenser 1,2,3,4. Hvert år rammes ca. 37% af befolkningen af LBP5. LBP forsvinder normalt inden for få uger, men gentager sig hos 24% -33% af individerne og bliver kronisk i 5% -10% af tilfældene2. For at forstå mekanismerne og virkningerne af LBP samt virkningerne af forskellige terapeutiske interventioner er der blevet anvendt flere dyremodeller af LBP, der efterligner kliniske tilstande eller nogle komponenter i LBP6. Disse muse- og rottemodeller kan klassificeres i en eller flere af følgende kategorier: (1) diskogen LBP7,8,, (2) radikulær LBP 8,9,10,11, (3) facetledsslidgigt 12 og (4) muskelinduceret LBP 13,14 . Da smerten ikke kan måles direkte i ikke-menneskelige arter, er der udviklet adskillige tests for at kvantificere smertelignende adfærd i disse modeller8. Disse tests vurderer adfærd fremkaldt af en skadelig stimulus (mekanisk kraft 15,16,17, termisk stimulering 18,19,20,21,22,23,24,25) eller produceret spontant26,27,28,29.
Metoderne ved hjælp af mekaniske stimuli omfatter Von Frey test 15,16 og Randall-Selitto Test17. Metoder, der bruger varmestimuli, inkluderer haleflick test18, hot plate test19, Hargreaves test20 og termisk sonde test21. Metoder, der anvender kolde stimuli, omfatter koldpladetest22, acetonefordampningstest23 og kold plantaranalyse24. Metoder til spontan adfærd omfatter grimasseskalaerne26, gravning 27, vægtbærende og ganganalyse 28 samt en automatiseret adfærdsanalyse29. På trods af disse mange tilgængelige tests er ingen af dem designet specielt til rygsmerter modeller.
Formålet med denne undersøgelse er at fastlægge en enkel og tilgængelig test til vurdering af mekanisk følsomhed i ryggen på rotter. Teknikken er stort set baseret på Von Frey-testen anvendt på plantaroverfladen af bagpoten15,16. Det grundlæggende princip i Von Frey-testen er at anvende en række monofilamenter til interesseområdet og levere konstante forudbestemte kræfter. Et svar betragtes som positivt, hvis rotten viser en nocifensiv adfærd. Den mekaniske tærskel kan derefter beregnes ud fra filamenterne, der fremkaldte reaktioner. I denne undersøgelse gives en enkel og tilgængelig metode tilpasset fra Von Frey-testen til bestemmelse af mekanisk følsomhed i ryggen på rotter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiske trin
BMS-testen er en simpel metode til at vurdere mekanisk følsomhed hos rotter, enten på et tidspunkt eller gentagne gange over dage eller uger, når der forventes ændringer (smertemodeller) eller efter farmakologisk eller ikke-farmakologisk intervention. Kritiske spørgsmål ved metoden omfatter testburet, hvis dimensioner skal sikre, at rotten er behagelig, men ikke bevæger sig for meget. Dyrets ryg skal være tilgængelig gennem maskeloftet for reproducerbar mekanisk stimulering. For…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af et tilskud fra Fondation Chiropratique du Québec og Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (MP: bevilling #06659). HK’s bidrag blev støttet af Université du Québec à Trois-Rivières (PAIR-programmet). BP’s bidrag blev støttet af Fonds de recherche du Québec en Santé (FRQS) og Fondation Chiropratique du Québec. TP’s bidrag blev støttet af Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada. Bidraget fra NE og EK blev støttet af Fondation Chiropratique du Québec. MP’s bidrag blev støttet af 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).
