Évaluation de la sensibilité mécanique du dos chez le rat pour l’étude mécaniste des maux de dos chroniques
Summary
Pour développer de nouvelles interventions thérapeutiques pour la prévention et la prise en charge des maux de dos, des modèles animaux sont nécessaires pour examiner les mécanismes et l’efficacité de ces thérapies dans une perspective translationnelle. Le présent protocole décrit le test BMS, une méthode normalisée pour évaluer la sensibilité mécanique dorsale chez le rat.
Abstract
La lombalgie est la principale cause d’invalidité dans le monde, avec des conséquences personnelles, économiques et sociales dramatiques. Pour développer de nouvelles thérapies, des modèles animaux sont nécessaires pour examiner les mécanismes et l’efficacité des nouvelles thérapies d’un point de vue translationnel. Plusieurs modèles de maux de dos chez les rongeurs sont utilisés dans les enquêtes actuelles. Étonnamment, cependant, aucun test comportemental standardisé n’a été validé pour évaluer la sensibilité mécanique dans les modèles de maux de dos. Ceci est essentiel pour confirmer que les animaux souffrant de maux de dos présumés présentent une hypersensibilité locale aux stimuli nociceptifs et pour surveiller la sensibilité lors d’interventions conçues pour soulager les maux de dos. L’objectif de cette étude est de mettre au point un test simple et accessible pour évaluer la sensibilité mécanique du dos des rats. Une cage d’essai a été fabriquée spécifiquement pour cette méthode; longueur x largeur x hauteur: 50 x 20 x 7 cm, avec un treillis en acier inoxydable sur le dessus. Cette cage d’essai permet l’application de stimuli mécaniques sur le dos. Pour effectuer le test, le dos de l’animal est rasé dans la région d’intérêt et la zone d’essai est marquée pour répéter le test à des jours différents, au besoin. Le seuil mécanique est déterminé avec des filaments de Von Frey appliqués sur les muscles paraspinaux, en utilisant la méthode haut-bas décrite précédemment. Les réponses positives comprennent (1) des contractions musculaires, (2) une cambrure (extension du dos), (3) une rotation du cou (4) un grattage ou un léchage du dos et (5) une fuite. Ce test comportemental (test de sensibilité mécanique du dos (BMS)) est utile pour la recherche mécanistique avec des modèles de maux de dos chez les rongeurs pour le développement d’interventions thérapeutiques pour la prévention et la gestion des maux de dos.
Introduction
La lombalgie est la principale cause d’invalidité dans le monde, qui a des conséquences personnelles, économiques et sociales dramatiques 1,2,3,4. Chaque année, environ 37 % de la population est touchée par la lombalgie5. La lombalgie disparaît généralement en quelques semaines, mais récidive chez 24 % à 33 % des individus, devenant chronique dans 5 % à 10 % descas2. Pour comprendre les mécanismes et les impacts de la lombalgie ainsi que les effets de différentes interventions thérapeutiques, plusieurs modèles animaux de lombalgie ont été utilisés, imitant les conditions cliniques ou certains composants de la lombalgie6. Ces modèles de souris et de rats peuvent être classés dans une ou plusieurs des catégories suivantes : (1) lombalgie discogénique7,8,, (2) lombalgie radiculaire 8,9,10,11, (3) arthrose articulaire facettaire 12 et (4) lombalgie musculaire 13,14 . Comme la douleur ne peut pas être mesurée directement chez les espèces non humaines, de nombreux tests ont été développés pour quantifier les comportements douloureux dans ces modèles8. Ces tests évaluent les comportements évoqués par un stimulus nocif (force mécanique 15,16,17, stimulation thermique 18,19,20,21,22,23,24,25) ou produits spontanément26,27,28,29.
Les méthodes utilisant des stimuli mécaniques comprennent le test de Von Frey 15,16 et le test de Randall-Selitto17. Les méthodes utilisant des stimuli thermiques comprennent l’essai de battement de queue18, l’essai de plaque chauffante19, l’essai Hargreaves20 et l’essai de sonde thermique21. Les méthodes utilisant des stimuli froids comprennent le test sur plaque froide22, le test d’évaporation de l’acétone 23 et le test plantaire à froid24. Les méthodes de comportements spontanés comprennent les échelles de grimace26, l’enfouissement 27, l’analyse de la mise en charge et de la marche 28, ainsi qu’une analyse comportementale automatisée29. Malgré ces nombreux tests disponibles, aucun d’entre eux n’est conçu spécifiquement pour les modèles de maux de dos.
L’objectif de cette étude est de mettre au point un test simple et accessible pour évaluer la sensibilité mécanique du dos des rats. La technique est largement basée sur le test de Von Frey appliqué à la surface plantaire de la patte postérieure15,16. Le principe de base du test de Von Frey est d’utiliser une série de monofilaments dans la région d’intérêt, délivrant des forces prédéterminées constantes. Une réponse est considérée comme positive si le rat montre un comportement nocifensif. Le seuil mécanique peut alors être calculé en fonction des filaments qui ont suscité des réponses. Dans la présente étude, une méthode simple et accessible adaptée du test de Von Frey est fournie pour déterminer la sensibilité mécanique dans le dos des rats.
Protocol
Representative Results
Discussion
Étapes critiques
Le test BMS est une méthode simple pour évaluer la sensibilité mécanique dans le dos des rats, soit à un moment donné, soit à plusieurs reprises pendant des jours ou des semaines, lorsque des changements sont attendus (modèles de douleur) ou après une intervention pharmacologique ou non pharmacologique. Les problèmes critiques de la méthode incluent la cage d’essai, dont les dimensions doivent garantir que le rat est confortable mais ne bouge pas trop. Le dos de l’anim…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ces travaux ont été soutenus par une subvention de la Fondation Chiropratique du Québec et du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (MP: subvention #06659). La contribution de HK a été soutenue par l’Université du Québec à Trois-Rivières (programme PAIR). La contribution de BP a été soutenue par le Fonds de recherche du Québec en Santé (FRQS) et la Fondation Chiropratique du Québec. La contribution de TP a été appuyée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada. La contribution de NE et EK a été soutenue par la Fondation Chiropratique du Québec. La contribution de MP a été appuyée par le 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 |
References
- 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. Neuroscience. 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. Neuroscience. 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).
