يصف البروتوكول الحالي نموذج إطلاق الببتيد المرتبط بجين الكالسيتونين خارج الجسم الحي (CGRP) واستراتيجية تحديد تأثير العوامل الدوائية على كمية CGRP المنبعثة من نظام الأوعية الدموية ثلاثية التوائم في القوارض.
تم اكتشاف الببتيد المرتبط بجين الكالسيتونين (CGRP) لأول مرة في 1980s كمتغير لصق من جين الكالسيتونين. منذ اكتشافه ، تم تأسيس دوره في الفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي ، أولا من خلال خصائصه القوية في موسع الأوعية الدموية وبعد ذلك من خلال وجوده ووظيفته كناقل عصبي في الجهاز الحسي ثلاثي التوائم. أعطت قدرة CGRP المثيرة للصداع النصفي الدعم لصناعة الأدوية لتطوير الأجسام المضادة وحيدة النسيلة ومضادات تثبيط تأثير CGRP. أثبت نموذج علاجي جديد فعاليته في العلاج الوقائي للصداع النصفي. واحدة من الأدوات المفيدة لفهم آليات الصداع النصفي بشكل أكبر هي نموذج خارج الجسم الحي لإطلاق CGRP من نظام الأوعية الدموية الثلاثية التوائم. إنها طريقة بسيطة نسبيا يمكن استخدامها مع أدوات دوائية مختلفة لتحقيق المعرفة لتطوير علاجات جديدة فعالة للصداع النصفي. يصف البروتوكول الحالي نموذج إطلاق CGRP وتقنية تحديد تأثير العوامل الدوائية على كمية CGRP المنبعثة من نظام الأوعية الدموية الثلاثية في القوارض. يتم توفير إجراء يصف النهج التجريبي من القتل الرحيم لقياس مستويات البروتين. يتم وصف العزلة الأساسية للعقدة الثلاثية التوائم والنواة الذيلية ثلاثية التوائم من كل من الفئران والجرذان وإعداد الأم الجافية للفئران بالتفصيل. علاوة على ذلك ، يتم تقديم نتائج تمثيلية من كلا النوعين (الجرذان والفئران). هذه التقنية هي أداة رئيسية للتحقيق في الآليات الجزيئية المشاركة في الفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي باستخدام مركبات دوائية مختلفة معدلة وراثيا.
الصداع النصفي هو اضطراب عصبي ، وفقا لمنظمة الصحة العالمية ، يقدر أنه يؤثر على أكثر من مليار شخص وهو أحد الأسباب الرئيسية للإعاقة في جميع أنحاء العالم1. وبالتالي ، فإن الصداع النصفي له تأثير كبير على كل من المرضى والمجتمع. على الرغم من النجاح السريري الأخير للعقاقير المعادية CGRP ، فإن نسبة كبيرة من المرضى يحتاجون إلى خيارات علاج محسنة2،3،4،5. مطلوب توضيح الفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي مما يؤدي إلى علاجات فعالة جديدة. تعد الإشارات داخل نظام الأوعية الدموية الثلاثية التي تتكون من السحايا والعقد ثلاثية التوائم (TG) والنواة الذيلية ثلاثية التوائم (TNC) أمرا أساسيا في الفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي 6,7.
تم اكتشاف الببتيد المرتبط بجين الكالسيتونين 37 من الأحماض الأمينية (CGRP) لأول مرة في أوائل 1980s عندما أظهر Amara وزملاؤه أنه يمكن معالجة نسخة RNA الأولية لجين الكالسيتونين لإعطاء ترميز mRNA ل CGRP بالإضافة إلى الكالسيتونين 8,9. اقترح البحث اللاحق وجود صلة بالفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي10. CGRP هو ناقل عصبي ذو خصائص توسع أوعية قوية 11،12،13،14،15،16،17 ، ويتم توزيعه على نطاق واسع في الجهاز العصبي المركزي والمحيطي 13،14،18،19،20،21،22 . تم التأكيد على تورط CGRP في الصداع النصفي مع اكتشاف زيادة مستويات CGRP في الدورة الدموية خارج الدماغ أثناء نوبات الصداع النصفي لدى البشر23 ، وأن ضخ CGRP يسبب ألما يشبه الصداع النصفي لدى المرضى24. بعد ذلك بعامين ، تم نشر أول دراسة لإثبات المفهوم لفعالية مضادات CGRP olcegepant في علاج الصداع النصفي25.
CGRP وفيرة في نظام الأوعية الدموية الثلاثية كما هو موضح في TG 21،26 ، والألياف العصبية الحسية التي تعصب الأم الجافية27،28،29 ، و TNC30. في نظام الأوعية الدموية الثلاثية التوائم ، تم العثور على CGRP في الخلايا العصبية الصغيرة والمتوسطة الحجم في TG ، في ألياف C غير الميالينية ، ويتم التعبير عنها في ما يقرب من 50 ٪ من السكان العصبية في TG. يتم التعبير عن مستقبلات CGRP بشكل رئيسي في الخلايا العصبية الأكبر حجما وتوجد في ألياف Aδ الميالينية31,32. يتم إطلاق CGRP من الخلايا العصبية عند التحفيز الكيميائي أو الكهربائي33،34. تعد دراسات المسارات المؤدية إلى إطلاق CGRP وموقع هذا التنشيط أمرا بالغ الأهمية لفهم الفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي. على مدار العقود ال 5 الماضية ، ساهمت الدراسات قبل السريرية في اكتساب معرفة واسعة حول الإشارات المتعلقة بالصداع النصفي وساهمت في تطوير علاجات جديدة35. تم تعديل العديد من الطرق التي تراعي المشاركة الوعائية والعصبية وتطبيقها في أبحاث الصداع النصفي. في الجسم الحي وفي النماذج المختبرية للاستجابات الشريانية للمركبات البيولوجية أو العلاجات الدوائية17،36،37 ، والتحفيز الكهربائي للأعصاب38،39 يمكن ذكرها. علاوة على ذلك ، يمكن اكتشاف الخلايا العصبية المنشطة في TNC بواسطة تعبير c-Fos40،41،42 والتسجيلات الفيزيولوجية الكهربية في هذا المجال43،44. تقيس كلتا الطريقتين إشارات مسبب للألم تنتقل إلى الدماغ من الرأس ، على سبيل المثال ، الأم الجافية. لا يقدم استخدام نموذج واحد فقط قبل السريرية الصورة الكاملة للفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي. لذلك ، من المهم الجمع بين نماذج مختلفة تغطي أكبر عدد ممكن من جوانب الفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي. سيغطي التطوير المستمر لنماذج جديدة جوانب مختلفة من آليات الصداع النصفي ، وفي الوقت المناسب سيتم الكشف عن لغز الفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي.
هنا ، يتم تقديم بروتوكول مفصل لطريقة إطلاق CGRP ، التي يتم إجراؤها خارج الجسم الحي في TG و TNC المعزولة من الفئران بعد التحفيز الكيميائي. يمكن أيضا دراسة إطلاق CGRP في الأم الجافية من الفئران. وهكذا ، في البروتوكول التجريبي للفئران ، يتم وصف الأم الجافية مع TG و TNC. تم وصف أساس طريقة إطلاق CGRP لأول مرة في عام 1999 ، حيث أجرى Ebersberger وزملاؤه بحثا رائدا ووجدوا أن CGRP تم إطلاقه من الأم الجافية بعد التحفيز الكيميائي والكهربائي للوارد الجافية في الفئران45. في وقت لاحق ، تم توسيع هذا النهج ليشمل إصدار CGRP من TG46 و TNC47. بعد ذلك ، تم تعديل الطريقة لتطبيقها على TG و TNC في الفئران. حتى الآن ، كان إطلاق CGRP من الأم الجافية يمثل تحديا في الفئران.
تم تطوير الطريقة الموصوفة بعد دراسات تظهر أهمية CGRP في الفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي. إنه مناسب تماما للتحقيق في الآليات التي ينطوي عليها إطلاق CGRP من نظام الأوعية الدموية الثلاثية التوائم ، وهو أمر بالغ الأهمية لإشارات الألم في منطقة الرأس. تقيس كمية CGRP التي تم الحصول عليها في هذا النموذج بشكل مباشر إطلاق CGRP من الأعصاب ثلاثية التوائم التي تعصب الأم الجافية و TG و TNC. كمية إطلاق CGRP أكبر كميا 45,54 من الإطلاق المقاس في البلازما بعد التخثير الحراري في البشر ، والتحفيز الثلاثي التوائم في القط39،55،56 ، وأثناء نوبات الصداع النصفي23. يمكن أن يكون أحد التفسيرات هو أن CGRP مخفف ويتحلل في الدم54. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن التحفيز المباشر بالمواد الكيميائية قد يكون أفضل من التنشيط الفيزيولوجي المرضي. المزايا الأخرى هي أنه من الممكن تحديد موقع الإطلاق من ثلاثة مواقع مختلفة داخل نظام الأوعية الدموية الثلاثية وأنه يمكن استخدامه مع التلاعب الدوائي وفي الأنسجة من القوارض المعدلة وراثيا.
في الآونة الأخيرة ، تركز العديد من نماذج القوارض قبل السريرية على الإدارة الجهازية للمواد والألم اللاحق أو القراءات المرتبطة بالصداع النصفي باستخدام اختبار فون فراي57،58 ، التجهم59،60،61 أو النفور من الضوء 62،63،64. هذه الطرق مفيدة في فهم الخصائص المسببة للألم وتخفيف الألم للمواد المختلفة. ومع ذلك ، فإن هذه الأساليب لا تعطي أي معلومات عن الأنسجة المستهدفة المحددة المعنية. في الطريقة الحالية ، ينقسم نظام الأوعية الدموية الثلاثية إلى ثلاثة هياكل: الأم الجافية ، TG ، و TNC. وهذا يتيح التعرض المحلي لكل هيكل وتقييم موقع عمل مادة معينة. تم استخدام هذا في دراسة من عام 2011 ، حيث تم استكشاف دور قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي في الفئران ، ووجد أن تثبيط هذه القنوات مختلف في الهياكل الثلاثة للمسار الوعائي الثلاثي التوائم47. عند تشريح هياكل الجهاز العصبي ، لا مفر من بضع الأكسب. لقد ثبت أن Axotomy يغير نسخ الجينات المختلفة65. هذه التغييرات في النسخ بطيئة جدا بحيث لا تؤثر على نتائج هذه الطريقة ، ولكن لا يمكن استبعاد التغييرات في الفسفرة عند مقارنتها بالمواقف في الجسم الحي 46. على الرغم من أن الببتيدات العصبية مثل CGRP تتشكل في سوما الخلية ، إلا أن إطلاق وعمل الببتيدات العصبية عادة ما يكون في المحطات العصبية المركزية أو الطرفية. وبالتالي ، فإن دراسات الخلايا العصبية السليمة ، بما في ذلك المحطات ، مثيرة للاهتمام عند دراسة إطلاق الببتيد العصبي. لذلك ، تم إنشاء طرق لدراسة ثقافات الخلايا العصبية من العقد المعزولة لتكون بمثابة نموذج للمحطات. ومع ذلك ، فإن مزارع الخلايا العصبية تخضع للعديد من المشكلات لأن التفكك الميكانيكي يمكن أن يدمر الخلايا العصبية في الثقافة46. الإطار الزمني الأطول المرتبط بزراعة الخلايا يترك هذه الطريقة حساسة للتغيرات النسخية بسبب بضع الفغر وظروف الثقافة65. علاوة على ذلك ، أدت إضافة عوامل النمو والزراعة على الطلاءات السطحية إلى تغيير الخصائص العصبية كتعبير عن المرسل والمستقبل66،67،68،69. يتم تجنب هذه المشاكل عند دراسة العقد السليمة المعزولة حديثا بدلا من مزارع الخلايا العصبية.
يتمثل أحد التحديات في طريقة إطلاق CGRP خارج الجسم الحي في التشريح الدقيق للأنسجة المطلوبة للحصول على نتائج قابلة للتكرار. يمثل التشريح الدقيق بشكل خاص للشركات عبر الوطنية تحديا لأن هذا هيكل داخل جذع الدماغ بدون حدود مرئية. علاوة على ذلك ، فإن الأم الجافية هشة ، ويجب إجراء إزالة الدماغ بعناية لضمان بنية سليمة. يمكن أن تؤدي هذه العقبات إلى اختلاف حجم الأنسجة ، وبالتالي ، مستويات CGRP القاعدية والتحفيزية. ومع ذلك ، يمكن تفسير هذا الاختلاف عن طريق التطبيع إلى إصدار CGRP القاعدي. وتجدر الإشارة أيضا إلى أنه عند عزل TNC عن الفئران ، يتم عزل الجزء السفلي بأكمله من جذع الدماغ وليس الجزء الأكثر تحديدا المحتوي على TNC كما يحدث في الفئران. بشكل عام ، يمكن أن يكون من المفيد استخدام أنسجة الفئران ، لأن هذا يسمح بقياس إطلاق CGRP من الأم الجافية وتشريح أكثر دقة لل TNC. وعلاوة على ذلك، فإن حجم النسيج يمكن أيضا من استخدام الجرذ كعنصر تحكم في مركبته، حيث ينتج عن فأر واحد نصفين من الجمجمة، واثنين من TGs، واثنين من الشركات عبر الوطنية حيث يتم استخدام قطعة واحدة من الأنسجة لتحفيز المواد والأخرى للمركبة. عند استخدام الفئران ، هناك حاجة إلى حيوانين لتجربة واحدة حيث يتم تجميع كل من TGs في عينة واحدة ، ويتم تشريح الشركات عبر الوطنية كجذع دماغ واحد. لذلك ، يتم استخدام اثنين من TGs وجذع دماغ واحد لتحفيز المواد ، ويتم استخدام اثنين من TGs وجذع دماغ واحد من فأر آخر للتحكم في السيارة. ينتج عن هذا استخدام ضعف عدد الفئران مقارنة بالفئران للحصول على نفس العدد من النسخ المتماثلة. لتقليل عدد الفئران المستخدمة ، تم اقتراح طريقة لقياس إطلاق CGRP من شرائح جذع الدماغ49. إنها ميزة أنه تم تعديل الطريقة لتمكين استخدام الفئران. وهذا يسمح باستخدام العديد من سلالات الفئران المعدلة وراثيا المتاحة بالفعل ، وهي أداة مفيدة للدراسة ، على سبيل المثال ، مسارات الإشارة. يجب تضمين عنصر تحكم إيجابي في نهاية التجربة للتأكد من أن الأنسجة المستخدمة في التجربة يمكنها إطلاق CGRP. يمكن أن يكون التحكم الإيجابي هو ناهض TRPV1 كبخاخات أو بوتاسيوم التحفيز المزيل للاستقطاب (KCl) ، والذي وجد أنه يطلق CGRP من نظام الأوعية الدموية الثلاثية في كل من الفئران والجرذان46،47،48،49،50. علاوة على ذلك ، تم تكييف الطريقة أيضا لقياس إطلاق الببتيدات الأخرى ذات الصلة مثل الببتيد المنشط للإنزيم النخامي (PACAP) – وهو ببتيد آخر ذو أهمية كبيرة في أبحاث الصداع النصفي70.
توفر هذه الطريقة أداة مفيدة للتحقيق في إطلاق CGRP من أنسجة مستهدفة محددة في الجرذان والفئران. إنها طريقة سريعة نسبيا تتجنب المشاكل المرتبطة بزراعة الخلايا العصبية. يمكن بسهولة تعديل بروتوكول الطريقة لدراسة علاقة التركيز والاستجابة أو تثبيط الاستجابة بواسطة المركبات الدوائية المختلفة. طريقة إطلاق CGRP خارج الجسم الحي هي واحدة من العديد من الطرق قبل السريرية المفيدة لدراسة دور CGRP والآليات الأخرى المتعلقة بإطلاق CGRP في الفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي.
The authors have nothing to disclose.
تم تمويل هذا العمل من قبل مؤسسة Candys.
6-well culture plate | NUNC | 140675 | |
Calcium chloride dihydrate | Merck | 1.02382.1000 | For SIF buffer |
Caps for plastic containers | ThermoFisher Scientific | 536617 | |
Capsaicin | Merck | M2028 | |
CGRP kits | AH Diagnostics | A05482.96 | |
CO2 | Strandmøllen | 4.6 | For carbogen gassing of SIF |
Delicate Bone Trimmer | Fine Science Tools | 16109-14 | |
Glibenclamide | Tocris | 911 | |
Glucose | Merck | G7021 | For SIF buffer |
Guillotine for rats | Scandidact | NS-802 | |
Magnesium sulfate heptahydrate | Merck | M5921 | For SIF buffer |
Microcenrifuge tubes + lids/caps | VWR | 700-5239 | |
Mini Hacksaw | BAHCO | 208 | |
O2 | Strandmøllen | 4.5 | For carbogen gassing of SIF |
Pentobarbital | Glostrup pharmacy | NA | Magistral formula |
Plastic containers | ThermoFisher Scientific | 536455 | |
Plate photometer – Infinite M200 | Tecan | NA | Infinite M200 is discontinued. A Infinite 200 PRO is available at Tecan. Software: SW Magellan v.6.3 |
Potassium chloride | Merck | P9333 | For SIF buffer |
Scissor | Allgaier Instruments | 307-156-170 | |
Small scissor | Allgaier Instruments | 04-520-115 | |
Sodium bicarbonate | Merck | S6014 | For SIF buffer |
Sodium chloride | Merck | S9888 | For SIF buffer |
Sodium dihydrogen phosphate monohydrate | Merck | 1.06346.1000 | For SIF buffer |
Sodium gluconate | Merck | S2054 | For SIF buffer |
Spatula | Bochem Lab Supply | 3018 | |
Spring scissor | Fine Science Tools | 15024-10 | |
Sucrose | Merck | 84097 | For SIF buffer |
Supercinnamaldehyde | Merck | S3322 | |
Tulle (fabrics) | NA | NA | Bought in the local fabrics store |