שימוש במכשיר ההערכה אופרנטית orofacial כאב (OPAD) כדי למדוד שינויים בהתנהגות nociceptive
Summary
אנו מציגים מערכת אופרנטית ידידותית למשתמש, תפוקה גבוהה לצורך ההערכה של התנהגויות כאב במכרסמים ערות ומודעים. מכשיר הערכת כאב orofacial (OPAD) יכול להעריך את כאב באמצעות הפרדיגמה גמול / סכסוך ובכך לספק דרך הומנית יותר של בדיקות. פרוטוקול זה יניבו נתונים יותר רלוונטיים קליני וtranslational ממכרסמים.
Abstract
אנו מציגים מערכת אופרנטית לצורך זיהוי של כאב במכרסמים ער ומודעים. מכשיר הערכת כאב orofacial (OPAD) מעריך התנהגויות כאב בצורה יותר רלוונטית מבחינה קלינית בכך שלא להסתמך על מדדים של Nociception מבוססי רפלקס. המזון צם, (או מגולח) מכרסמים חסרי שיער ממוקמים לתוך חדר שבו יש שני פרספקס thermodes מבוסס פלטייה שניתן לתכנת לכל טמפרטורה בין 7 מעלות צלזיוס, 60 ° C. המכרסמים הוא אימן ליצור קשר עם אלה כדי לגשת בקבוק גמול. במהלך פגישה, מספר תוצאות כאב התנהגותיות נרשמים באופן אוטומטי ונשמרים. אמצעים אלה כוללים מספר הפעלות בקבוק תגמול (מלקק) וגירויי מגע פנים (אנשי קשר פנים), אך אמצעים מותאמים אישית כמו ללקק / ניתן גם ליצור יחס פנים (סה"כ מלקק כל הפעלה / מספר הכולל של אנשי קשר). טמפרטורת הגירוי יכולה להיות מוגדרת לטמפרטורה אחת או טמפרטורות מרובות בתוך מושב. OPADהיא תפוקה גבוהה, קל לשימוש assay אופרנטית שיוביל לתרגום טוב יותר של מחקר כאב בעתיד שכן היא כוללת קלט קליפת המוח במקום להסתמך על מבחני nociceptive מבוססי רפלקס עמוד השדרה.
Introduction
כאב כרוני, בלתי מבוקר נשאר בעיה עיקרי בריאות ציבור ורומן טיפולי כאבים לעתים קרובות אינם מצליח לתרגם מהספסל אל המיטה. זה חוסר ההצלחה נובע בחלקו לשימוש במבחני התנהגות לא יעילים באמצעים המבוססים על רפלקס של כאב שלא בהכרח או לחלוטין אין מודל 1,2 מצב כאב האנושי, ובאופן ספציפי, חוסר אמין, תפוקה גבוהה, זמין מסחרי , בכאב assay-vivo הערכה לשני חולדות ועכברים. אנו מציגים כאן תפוקה גבוהה, קלה לשימוש גרסה של assay Nociception מבוסס אופרנטית שלנו. מערכת חדשה זו מבוססת על assay הקודם שלנו אופרנטית orofacial כאב אשר כבר הוכיח להיות רגיש לאיתור שיטות שונות, כולל כאבי חום, קור, ומכאני 3,4,5. מאמצעים אלה, במגוון רחב של תחומים נחקרו, כולל משככי כאבים 6,3,4,5,7, תנאי כאבים כמו דלקת, hyperalgesia וAllodynia <sעד> 3,8, אפנון nociceptive 9 עצבים, והיקפי משולש דרך ערוצי TRP עם קפסאיצין, resiniferatoxin, מנטול, וicillin 8,10,5,11. השפעות פסיכולוגיות כמו אפנון חרדה הנגרמת מכאב 12 ואפקט הפלצבו 13 גם הוכחו בבדיקות אופרנטית orofacial רומזים שהוא עשוי להיות מתאים למדידה את החוויה המלאה של כאב ולא רק Nociception.
מכשיר הערכת כאב orofacial (OPAD) משתמש assay גמול / קונפליקט המאפשר למכרסמים לבחור בין קבלת תגמול או חיזוק בריחת גירוי מרתיע וכך שליטה על כמות כאב שהיא מרגישה במהלך 14,15. מכרסמים מאומנים ראשון שילחצו את פניהם לתוך thermodes הטמפרטורה מבוקרת על מנת לקבל גישה לבקבוק מזון המכיל הפרס נוזל. לאחר אימון, יכולה להיות מחוממת לטמפרטורת הגירוי או מקורר והבדלים במחדשsponding יכול להצביע על הרמה של Nociception או כאבים בעלי החיים תופסים. OPAD הוא גם מסוגל שינויים מהירים בטמפרטורה המאפשר בדיקה בסיסית וההערכה של כאב בטמפרטורות חמות וקרות בתוך פגישת בדיקות יחידה. כאן אנו מציגים פרוטוקול פשוט אשר מדגיש את יכולתו של OPAD לזהות שינויים בכאב שנגרמו על ידי חום, קור, ואגוניסט TRPV1 קפסאיצין 16. קפסאיצין משמש בהמשך כסוכן רגישות תרמית כי יש לו מספר יתרונות על assay זה כפי שהוא אינו מזיק לרקמות וכבר הוכיח בעבר כדי לגרום אלודיניה פנים וhyperalgesia במודלים של מכרסמים 8. אנחנו נדגים כיצד תוכנת OPAD יכולה להשיג במהירות, לנתח גרף, ולבצע ניתוחים סטטיסטיים על נתוני התנהגות מכרסמים.
Protocol
Representative Results
Discussion
מערכת OPAD היא קל לשימוש assay, תפוקה גבוהה מסוגל לזהות שינויים בתפיסת כאב במכרסמים. טבע התפוקה הגבוהה של מערכת זו משמעות הדבר היא כי ניתן לבדוק בעלי חיים רבים ביום אחד על ידי אדם אחד. זאת בשל מערכת תוכנת OPAD כפי שהוא מאפשר עד 16 תיבות שרצות במקביל על מחשב בודד. משמעות דבר היא כי לאחר זמן ההתקנה הראשוני, כ 48 ריצות אופרנטית (ב 18 דקות לריצה) יכולות להתבצע בשעה, אפילו יותר אם זמן ההפעלה מוגדר פחות זמן לכל שלב. זה מאפשר לבדיקת כאב במאות בעלי חיים ביום. סכום זה של בדיקה לא יהיה מעשי עם מבחני לשיכוך כאבים מסורתיים ביותר.
עולה בקנה אחד עם העבודה הקודמת שלנו, התנהגות מכרסם משתנה תחת מצבים כואבים. בתקופות שאינן מזיקות בדרך כלל יש לי מכרסמים התקפים ארוכים של שתייה שבו הם שומרים על קשר עם את thermodes. במהלך מרתיעה 45 ° C או 7 ° C תנאים,יש מכרסמים התקפים קצרים בהרבה כמו שהם לא יכולים לשמור על קשר לתקופות ארוכות של זמן. לכן ללקק / יחס פנים (מספר מלקק מחולק במספר אנשי קשר פנים בתוך מושב) משנה עם כאב. קפסאיצין הגדיל את הרגישות לחום כאב כפי שמודגם על ידי יחס נמוך יותר L / F במכרסמים שטופלו לעומת מטופל ב45 ° C טמפרטורה. משככי כאבים יכולים לחזור יחס ללקק / להתמודד עם זה לרמות דומות לתנאים שאינם כואבים 3. למרות תנאי כאב שמיוצרים בקלות על עור (כמו היישום של קפסאיצין קרם) הם השיטות הפשוטות של איתור כאב על assay זה, מודלים של בעלי החיים של כאב עמוק יותר רלוונטי מבחינה קלינית עצבי כמו רקמת עצב משולש יכולים גם לשנות את ההתנהגות במבחני 9 אופרנטית orofacial . יחדיו נתונים אלה תומכים בראיות לכך שOPAD הוא רגיש לשינויים בחום וכאבים קרים, סף כאב, וחומרים כימיים רעילים כמו קפסאיצין בנוסף לאופרנטיתהיכולת של assay כאב orofacial כדי לזהות מצבים רבים אחרים של כאב ושיכוך כאבים 6,3,8,17,10,5,12,18,11,9.
המערכת של OPAD של כאב מדידה היא שיטה יותר רלוונטית מבחינה קלינית, משמעות, ואנושית של גילוי כאב מאשר אמצעים מבוססי רפלקס. אמצעים מסורתיים כמו אלה של Nociception נסיגת הכפה עם פון חוטי פריי 19 ו assay זנב הקפיצי 20 היו בשימוש במשך יותר ממאה שנים, אבל הם מודדים את התגובה לגירוי שנגרם ניסוי בלבד. יש בעלי החיים קטן ושליטה "Nociception" הוא מקומי בעיקר בחוט השדרה. עבור בני אדם, החוויה סובייקטיבית כאב היא גם חשובה כמו אנשים פשוט מתבקשים לדווח על הרמות סובייקטיבית של כאב. היכולת של בעלי חיים לעצמיים לדווח על כאבם בהליכים מבוסס אופרנטית תהיה פריצת דרך למחקר בסיסי כאב 1. עם OPAD, מקבלים בעלי חיים האפשרות לבחור אם להגיב בAPגירוי ainful או לא. אם זה כואב מדי, בעלי חיים פשוט להפחית את ניסיונותיהם להשיג את הפרס ובכך להגביל את החשיפה שלהם לכאב. זה assay הרבה יותר אנושי ופחות מלחיץ בהשוואה למדדים המבוססים על רפלקס רבים בבעלי חיים אשר לעתים קרובות יש התנועה שלהם מוגבלות ואין לי שליטה על כמות הגירויים מכאיבים שאליו הם חשופים. הצורך לברוח מכאב הוא כונן טבוע בכל בעלי החיים וOPAD משלב התנהגות במקום פיצוי זה לזה כמו מבחני nociceptive אחרים. התנועה ממדדים של כאב מבוסס רפלקס למשימות אופרנטית הופכת נפוצה יותר בתחום. קבוצות אחרות לא בשימוש באמצעים שאינם מבוסס על הרפלקס כמו משך ארוחה בוחן 21,22,23 ופרדיגמות תרמי חום כאב מילוט 24 (לסקירה של צעדי כאב אחרים אנו ממליצים ההתייחסות הראשונה שלנו 1). OPAD הוא הצליח לשלב אלמנטים של אלה למידה אחידה, היחס ליק / פנים, WHIch בוחן את צריכת מזון ואת הצורך לברוח מגירויים מכאיבים. יתרון נוסף הוא כי assay זה הוא מסוגל למדוד כאב על פני תקופות זמן ארוכות (1-2 חודשים) מבלי לאבד רגישות 7,9. בשל יתרונותיו על פני בדיקה מבוססת רפלקס, assay פחות מלחיץ ויותר אנושי זה מותאם היטב למדידת שינויים ארוכי טווח בהתנהגות nociceptive במכרסמים.
כאב אופרנטית מודד לעתים קרובות לתת תוצאות שונות בהשוואה לאמצעים מבוססי רפלקס במונחים של השפעות מינון אופיואידים וסף כאב. בעוד מינונים גבוהים של אופיואידים משמשים בדרך כלל לאמצעים מבוססי רפלקס 25 מספר מחקרים מצביעים על כך שמינונים נמוכים יותר יש צורך בתגובות על מבחני אופרנטית 26,27,28. מינונים גבוהים תרופה יכולים גם להפריע לצעדים אופרנטית אבל אלה הם זיהוי עם 6 OPAD. גם מחקרים אחרים הראו שערכי הסף לבריחה מגירוי מכאיב הם שונים עבור versu אופרנטיתצעדי s מבוססי רפלקס 29,2,30 מצביעים הבדל גדול בין תפיסת an חיות של כאב לעומת המהירות של רפלקסים בעמוד השדרה שלהם. יתרון של OPAD הוא שהמכרסם יכול לבחור אם לבצע את המשימה, זה מאפשר המכרסם להביע את הבריחה או התנהגות הימנעות. התנהגות מורכבת זה דורשת החלטת קליפת המוח עושה כדי לשלוט בכמות של Nociception המכרסם מרגיש 14,29,15,30. בעוד התנהגויות בריחה והימנעות יכולות להפריע למדדים המבוססים על רפלקס התנהגויות הכאבים האלה הן מרכיב בלתי נפרד של OPAD. את ההבדלים בסף כאב ואת המינונים הנמוכים יותר של אופיואידים דרושים למבחנים אופרנטית מציעים רגישות גבוהה יותר לכאב ולשיכוך כאבים מאמצעים מבוססי רפלקס מסורתיים.
למרות OPAD יכול למדוד את הכאב באופן ישיר יותר ממבחנים מסורתיים, כמה תנאי ניסוי ותרופות עלולים להיות השפעה לרעה על assay זה וחייב להיות מבוקר ל. שינויS במוטיבצית תיאבון יכול לשנות את התנהגות על assay זה. זה יכול לבוא לידי ביטוי על ידי הבדל בשכר עצמו או על ידי 31 המוטיבציה לפרס 6. יש להקפיד על מנת להבטיח כי המוטיבציה של החיה לפרס היא קבועה כמו תרופות רבות עלולות להפריע למוטיבציה. לדוגמה, מינונים גבוהים של מורפיום ואופיאטים אחרים יכולים לגרום לhyperphagia חומרים מתוקים, שומן 32 אשר משנים להגיב על assay 6 אופרנטית orofacial. אמנם זה מצביע על כך שיש פרדיגמה הפרס סכסוך מבוססת אופרנטית זה השלכות רחבות יותר לשימוש, כולל השדות של חרדה והתמכרות (כלומר שינוי ההיבטים המתגמלים בנוכחותו של גירוי כואב נתון) זה חשוב כדי לשלוט לשינויי תיאבון במהלך כאב בדיקת הפעלות. שינויים אלה במוטיבציה אינם מופיעים במינונים נמוכים הרלוונטיים קליני האלה, אבל את השפעות הכאבים יישארו ללא שינוי 3. דרך אחת להמשך רול ללבלבל אפשרי זו הוא להבטיח את המינון של התרופה נתון אינה מגבירה התנהגות בטמפרטורה ניטראלית (33-37 ° C). בדיקה של תרופה לעומת קבוצה שאינה תרופה בטמפרטורה ניטראלית צריכה להיות צעד ראשון לפני הוספת רכיב כאב. כמו כן, בהתחשב בעובדה שמספר מפגשים בסיסיים הם אפשרי במסגרת פגישת מבחן באמצעות OPAD ניתן להבחין בבעיות אלה וניתן לשלוט על התנהגותי בפגישה אחת. כלוח זמני הצום יכול לשנות את המוטיבציה על assay זה חשוב לשמור את זה בקנה אחד. אנחנו בדרך כלל עושים את צום לילה, אבל לוחות זמנים אחרים אפשריים. לדוגמה, יש לנו ניסויים במהירות קצרה יומית של 6 שעות לפני (תוצאות לא פורסמו). זה מאפשר לבדיקה יומית במקום כל יום אחר. כמו כן, חולדות unfasted גם הגיבו גם על assay 9. לא משנה מה טכניקות צום משמשים זה חשוב בעיקר כדי לשמור אותו עקבי בכל הבדיקות כדי לשלוט בגורמים למוטיבציה.
<p class=> "Jove_content" לסיכום, OPAD הוא קל לשימוש assay אופרנטית אשר מודד כאב ברמה הרבה יותר דומה למצבו של האדם יותר ממבחנים לשיכוך כאבים מסורתיים. התכונה המרכזית של מערכת זו היא שילוב של הפרמטרים הניסיוניים והפרוטוקולים, רכישת נתונים, והניתוח / מדדי תוצאה באמצעות מערכת תוכנה לשליטה. זה יספק שפע של אפשרויות ופרמטרים למשתמש מבוקרים כדי לאסוף ולנתח מדדי תוצאה רבים באופנת תפוקה גבוהה. זאת בניגוד למערכות לבדיקת כאב הנפוץ (קפיצי זנב למשל, חוטי פריי פון) שהם לא תוכנה מונחה ולא תפוקה גבוהה. מערכת תוכנה מונחה מספקת התקדמות משמעותית לכמה מחקרים התנהגותיים נועדו וכיצד הנתונים שנאספו ונותחו וגידול בשימוש של assay זה יאפשר מחקר בסיסי כאב להיות יותר לתרגום קליני בעתיד. מערכת זו צפויה להיות השפעה משמעותית על אדוהncing מחקר עתידי הקשורים לכאב, כי מחקרים התנהגותיים אופרנטית אלה יכולים לספק קישור ההכרחי להבנת ההשפעה של מבנים מסדר גבוהים יותר על התנהגות כאב כללית.Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המכון הלאומי לשימוש בסמים, מענק NIH 5R44DA026220-03
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Sweetended Condensed Milk | Borden | 5272910108 | |
| Capzasin-HP 0.1% | Chattem, Inc. | 0032648-02 | |
| Isopropyl alcohol | CVS | 5042826245 | |
| Isoflurane | Piramal Healthcare | 66794-013-25 | |
| Opthalamic vet ointment | Dechra | 17033-211-38 | |
| Hair remover lotion | Church and Dwight Co., Inc | NRLBB-22339-04 | |
| OPAD System | Stoelting | 67500 | |
| Additional OPAD cages | Stoelting | 67501 | |
| Granulated cylinder | Cole-Parmer | EW-34512-11 | |
| Paper towels | ANY | ANY | |
| Cotton tipped applicators | Fisher | 23-400-101 | |
| Fluotec 4 Vaporizer | Ohmeda | 39711 | |
| Hair clippers | Oster | 78005-010 |
References
- Mogil, J. S. Animal models of pain: progress and challenges. Nat. Rev. Neurosci. 10, 283-294 (2009).
- Vierck, C. J., Hansson, P. T., Yezierski, R. P. Clinical and pre-clinical pain assessment: are we measuring the same thing. Pain. , 135-137 (2008).
- Neubert, J. K., Widmer, C. G., Malphurs, W., Rossi, H. L., Vierck, C. J., Caudle, R. M. Use of a novel thermal operant behavioral assay for characterization of orofacial pain sensitivity. Pain. 116, 386-395 (2005).
- Nolan, T. A., Hester, J., Bokrand-Donatelli, Y., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Adaptation of a novel operant orofacial testing system to characterize both mechanical and thermal pain. Behav. Brain Res. 217, 477-480 (2011).
- Rossi, H. L., Vierck, C. J., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Characterization of cold sensitivity and thermal preference using an operant orofacial assay. Mol. Pain. 2, 37 (2006).
- Anderson, E. M., Valle-Pinero, A. Y., Suckow, S. K., Nolan, T. A., Neubert, J. K., Caudle, R. M. Morphine and MK-801 administration leads to alternative N-methyl-d-aspartate receptor 1 splicing and associated changes in reward seeking behavior and nociception on an operant orofacial assay. Neuroscience. 214, 14-27 (2012).
- Anderson, E. M., Neubert, J. K., Caudle, R. M. Long-term changes in reward-seeking following morphine withdrawal are associated with altered N-methyl-d-aspartate receptor 1 splice variants in the amygdala. Neuroscience. 223, 45-55 (2012).
- Neubert, J. K., Rossi, H. L., Malphurs, W., Vierck, C. J., Caudle, R. M. Differentiation between capsaicin-induced allodynia and hyperalgesia using a thermal operant assay. Behav. Brain Res. 170, 308-315 (2006).
- Rossi, H. L., Jenkins, A. C., Kaufman, J., Bhattacharyya, I., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Characterization of bilateral trigeminal constriction injury using an operant facial pain assay. Neuroscience. 224, 294-306 (2012).
- Neubert, J. K., King, C., Malphurs, W., Wong, F., Weaver, J. P., Jenkins, A. C., Rossi, H. L., Caudle, R. M. Characterization of mouse orofacial pain and the effects of lesioning TRPV1-expressing neurons on operant behavior. Mol. Pain. 4, 43 (2008).
- Rossi, H. L., Vierck, C. J., Caudle, R. M., Yezierski, R. P., Neubert, J. K. Dose-dependent effects of icilin on thermal preference in the hindpaw and face of rats. J. Pain. 10, 646-653 (2009).
- Rossi, H. L., Neubert, J. K. Effects of environmental enrichment on thermal sensitivity in an operant orofacial pain assay. Behav. Brain Res. 187, 478-482 (2008).
- Nolan, T. A., Price, D. D., Caudle, R. M., Murphy, N. P., Neubert, J. K. Placebo-induced analgesia in an operant pain model in rats. Pain. , (2012).
- Dubner, R., Beitel, R. E., Brown, F. J., Weisenberg, M., Tursky, B. A behavioral animal model for the study of pain mechanisms in primates. Pain: New Perspectives in Therapy and Research. , 155-170 (1976).
- Vierck, C. J., Hamilton, D. M., Thornby, J. I. Pain reactivity of monkeys after lesions to the dorsal and lateral columns of the spinal cord. Exp. Brain Res. 13, 140-158 (1971).
- Caterina, M. J., Schumacher, M. A., Tominaga, M., Rosen, T. A., Levine, J. D., Julius, D. The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Nature. 389, 816-824 (1997).
- Neubert, J. K., Rossi, H. L., Pogar, J., Jenkins, A. C., Caudle, R. M. Effects of mu- and kappa-2 opioid receptor agonists on pain and rearing behaviors. Behav. Brain Funct. 3, 49 (2007).
- Rossi, H. L., Neubert, J. K. Effects of hot and cold stimulus combinations on the thermal preference of rats. Behav. Brain Res. 203, 240-246 (2009).
- von Frey, M. Untersuchungen über die Sinnesfunctionen der menschlichen Haut. Abh. Sachs. Ges. Wiss. 23, 175-266 .
- D’Amour, F. E., Smith, D. L. A method for determining loss of pain sensation. J. Pharmacol. Exp. Ther. 75, 74-79 (1941).
- Kerins, C. A., Carlson, D. S., Hinton, R. J., Hutchins, B., Grogan, D. M., Marr, K., Kramer, P. R., Spears, R. D., Bellinger, L. L. Specificity of meal pattern analysis as an animal model of determining temporomandibular joint inflammation/pain. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 34, 425-431 (2005).
- Kramer, P. R., He, J., Puri, J., Bellinger, L. L. A non-invasive model for measuring nociception after tooth pulp exposure. J. Dent. Res. 91, 883-887 (2012).
- Thut, P. D., Hermanstyne, T. O., Flake, N. M., Gold, M. S. An operant conditioning model to assess changes in feeding behavior associated with temporomandibular joint inflammation in the rat. J. Orofac. Pain. 21, 7-18 (2007).
- Vierck, C. J., Acosta-Rua, A. J., Johnson, R. D. Bilateral chronic constriction of the sciatic nerve: a model of long-term cold hyperalgesia. J. Pain. 6, 507-517 (2005).
- Trujillo, K. A., Akil, H. Inhibition of morphine tolerance and dependence by the NMDA receptor antagonist MK-801. Science. 251, 85-87 (1991).
- King, C. D., Devine, D. P., Vierck, C. J., Mauderli, A., Yezierski, R. P. Opioid modulation of reflex versus operant responses following stress in the rat. Neuroscience. 147, 174-182 (2007).
- Morgan, D., Carter, C. S., DuPree, J. P., Yezierski, R. P., Vierck, C. J. Evaluation of prescription opioids using operant-based pain measures in rats. Exp. Clin. Psychopharmacol. 16, 367-375 (2008).
- Vincler, M., Maixner, W., Vierck, C. J., Light, A. R. Effects of systemic morphine on escape latency and a hindlimb reflex response in the rat. J. Pain. 2, 83-90 (2001).
- Mauderli, A. P., Acosta-Rua, A., Vierck, C. J. An operant assay of thermal pain in conscious, unrestrained rats. J. Neurosci. Methods. 97, 19-29 (2000).
- Vierck, C. J., Kline, R., Wiley, R. G. Comparison of operant escape and innate reflex responses to nociceptive skin temperatures produced by heat and cold stimulation of rats. Behav. Neurosci. 118, 627-635 (2004).
- Nolan, T. A., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Effect of caloric and non-caloric sweet reward solutions on thermal facial operant conditioning. Behav. Brain Res. 216, 723-725 (2011).
- Taha, S. A., Katsuura, Y., Noorvash, D., Seroussi, A., Fields, H. L. Convergent, not serial, striatal and pallidal circuits regulate opioid-induced food intake. Neuroscience. 161, 718-733 (2009).
