Urokinase-type plasminogeen activator-geïnduceerd model voor rugpijn bij muizen
Summary
Methoden voor eenvoudige, snelle inductie van een rugpijnmodel bij muizen worden hier gegeven met behulp van een intraligamentaire injectie van urineplasminogeenactivator.
Abstract
Een model van aanhoudende lage rugpijn kan bij muizen worden geïnduceerd met de eenvoudige methodologie die hierin wordt beschreven. Stap-voor-stap methoden voor eenvoudige, snelle inductie van een persisterend rugpijnmodel bij muizen worden hier gegeven met behulp van een injectie van urokinase-type plasminogeenactivator (urokinase), een serineprotease dat aanwezig is bij mensen en andere dieren. De methodologie voor inductie van aanhoudende lage rugpijn bij muizen omvat een eenvoudige injectie van urokinase langs het ligamenteuze insertiegebied van de lumbale wervelkolom. Het urokinase-ontstekingsmiddel activeert plasminogeen tot plasmine. Doorgaans kan het model binnen 10 minuten worden geïnduceerd en houdt de overgevoeligheid ten minste 8 weken aan.
Overgevoeligheid, loopstoornissen en andere standaard angst- en depressie-achtige maatregelen kunnen worden getest in het persistente model. Rugpijn is de meest voorkomende vorm van pijn. Om het bewustzijn van rugpijn te verbeteren, heeft de International Association for the Study of Pain (IASP) 2021 uitgeroepen tot het “Global Year about Back Pain” en 2022 tot het “Global Year for Translating Pain Knowledge to Practice”. Een beperking van de therapeutische vooruitgang van pijntherapieën is het gebrek aan geschikte modellen voor het testen van aanhoudende en chronische pijn. De kenmerken van dit model zijn geschikt voor het testen van potentiële therapieën gericht op de vermindering van rugpijn en de bijbehorende kenmerken, wat ertoe bijdraagt dat IASP 2022 heeft uitgeroepen tot het wereldwijde jaar voor het vertalen van pijnkennis naar de praktijk.
Introduction
Lage rugpijn is een van de meest voorkomende oorzaken van invaliditeit: wereldwijd lijdt 1 op de 5 mensen aan1. Ondanks deze inspanningen worden in de volksmond maar weinig betrouwbare diermodellen van rugpijn gebruikt in dieronderzoek op het gebied van pijn, vooral bij muizen. Eerdere modellen hebben bijna uitsluitend gebruik gemaakt van ratten voor de inductie van chronische rugpijn (CBP), zoals die veroorzaakt door injectie van urineplasminogeenactivator (uPA) in het lumbale facetgewricht 2,3, injectie van zenuwgroeifactor (NGF) in rompmusculatuur4, of mononatriumjodoacetaat (MIA)5 of interleukine-1beta6 injectie in de tussenwervelschijf. Natuurlijk hebben ratten de voorkeur voor deze modellen, voornamelijk vanwege hun grotere formaat en gemakkelijke toegang voor injectie van ontstekingsmiddelen.
Voor alle duidelijkheid: er bestaan wel muismodellen van rugpijn, zoals het SPARC-null muismodel van degeneratie van de tussenwervelschijf dat al vele jaren wordt gebruikt7, maar deze zijn duurder en tijdrovender om op te stellen dan op injectie gebaseerde modellen. Een recente muizenstudie heeft een model van lage rugpijn vastgesteld door NGF-injectie in lage rugspieren te combineren met verticale chronische fixatiestress8. In het volgende protocol hebben we het uPA-geïnduceerde CBP-model van ratten aangepast voor muizen2. Overgevoeligheid wordt binnen 1 week vastgesteld en houdt tot 6-8 weken aan. Daarnaast stellen we vast dat muizen angst- en depressie-achtig gedrag ontwikkelen. Gezien de prevalentie van rugpijn en het meer algemene gebruik van muizen in moleculair pijnonderzoek, is dit duurzame model gemakkelijk vast te stellen voor gebruik bij de ontwikkeling van nieuwe behandelingsstrategieën voor verlichting van rugpijn.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit model van chronische rugpijn is eenvoudig op te wekken en overgevoeligheid die binnen 1 week wordt vastgesteld, kan tot (en mogelijk langer) 8 weken aanhouden. Dit maakt een nauwkeurige studie van de chronische pijntoestand mogelijk in tegenstelling tot andere acute modellen die slechts een week of twee duren. Hoewel we het model bij muizen laten zien, kan het uPA-geïnduceerde CBP-model ook bij ratten wordenvastgesteld. Een voordeel van het model is dat het langdurige tijdsverloop de ontwikke…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Subsidie werd verstrekt door NIH HEAL UG3 NS123958. De huisvestingsfaciliteiten werden geïnspecteerd en geaccrediteerd door AAALAC. De dieren werden gehuisvest in de huisvestingsfaciliteit van het Animal Resources Center (ARC) die werd onderhouden door het laboratoriumpersoneel en het personeel van de Division of Laboratory and Animal Resources (DLAR). De procedures voor gedragstesten zijn standaardmethoden in het veld zoals goedgekeurd door de American Pain Society en de International Association for the Study of Pain. De methode van euthanasie is in overeenstemming met de aanbevelingen van het Panel on Euthanasia van de American Veterinary Medical Association.
Materials
| Animals and Consumables | |||
| 70% ethanol | Local Source | ||
| BALB/c mice | Envigo | 20-25 g | |
| Cotton balls | Fisher Scientific | 19-090-702 | |
| Cotton-tipped applicators | Fisher Scientific | 19-062-616 | |
| Isoflurane inhalant anesthetic | MedVet | RXISO-250 | |
| Labeling tape | Fisher Scientific | NGFP7002 | |
| Nitrile exam gloves | Fisher Scientific | ||
| Oxygen tank | Local Source | ||
| Surgical drape, Steri-Drape Utility Sheet, Absorbent Prevention | VWR | 76246-788 | cut into 15 x 15 cm pieces |
| Tygon tubing with 3 mm inner diameter | Grainger | 22XH87 | |
| Equipment | |||
| #11 carbon steel scalpel blades | VWR | 21909-612 | |
| Anesthesia induction chamber | Summit Medical Equipment Company | AS-01-0530-LG | |
| Autoclave | Local Unit | ||
| Biology Dumont #5 forceps | Fine Science Tools | 11252-30 | |
| Glass bead sterilizer Germinator 500 | VWR | 102095-946 | |
| IITC Life Sciences Series 8 Model PE34 Hot/Cold Plate Analgesia Meter | IITC | PE34 | |
| Integra Miltex cotton & dressing pliers | Safco Dental Supply | 66-317 | |
| OPTIKA CL31 double arm LED illuminator | New York Microscope Company | OPCL-31 | |
| Plantar Test System with InfraRed Emitter, i. e. Hargreaves Apparatus | Ugo Basile | 37370-001 and 37370-002 | |
| Scalpel Handle No. 3 | VWR | 25607-947 | |
| Small animal heating pad | Valley Vet Supply | 47375 | |
| Student Vannas spring scissors, straight blade | Fine Science Tools | 91500-09 | |
| Table top animal research portable anesthesia workstation “PAM” | Patterson Scientific | AS-01-0007 | |
| Von Frey Filaments | Ugo Basile | 37450-275 |
References
- O’Sullivan, P. B., et al. Back to basics: 10 facts every person should know about back pain. British Journal of Sports Medicine. 54 (12), 698-699 (2020).
- Nauta, H. J., McIlwrath, S. L., Westlund, K. N. Punctate midline myelotomy reduces pain responses in a rat model of lumbar spine pain: evidence that the postsynaptic dorsal column pathway conveys pain from the axial spine. Cureus. 10 (3), 2371 (2018).
- Shuang, F., et al. Establishment of a rat model of lumbar facet joint osteoarthritis using intraarticular injection of urinary plasminogen activator. Scientific Reports. 5 (1), 9828 (2015).
- Reed, N. R., et al. Somatosensory behavioral alterations in a NGF-induced persistent low back pain model. Behavioural Brain Research. 418, 113617 (2022).
- Suh, H. R., Cho, H. -. Y., Han, H. C. Development of a novel model of intervertebral disc degeneration by the intradiscal application of monosodium iodoacetate (MIA) in rat. The Spine Journal. 22 (1), 183-192 (2022).
- Kim, H., Hong, J. Y., Lee, J., Jeon, W. -. J., Ha, I. -. H. IL-1β promotes disc degeneration and inflammation through direct injection of intervertebral disc in a rat lumbar disc herniation model. The Spine Journal. 21 (6), 1031-1041 (2021).
- Millecamps, M., Tajerian, M., Sage, E. H., Stone, L. S. Behavioral signs of chronic back pain in the SPARC-null mouse. Spine. 36 (2), 95-102 (2011).
- La Porta, C., Tappe-Theodor, A. Differential impact of psychological and psychophysical stress on low back pain in mice. Pain. 161 (7), 1442-1458 (2020).
- 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).
- Takao, K., Miyakawa, T. Light/dark transition test for mice. Journal of Visualized Experiments JoVE. (1), e104 (2006).
- Deuis, J. R., Dvorakova, L. S., Vetter, I. Methods used to evaluate pain behaviors in rodents. Frontiers in Molecular Neuroscience. 10, 284 (2017).
- David, D. J., et al. Neurogenesis-dependent and -independent effects of fluoxetine in an animal model of anxiety/depression. Neuron. 62 (4), 479-493 (2009).
- Yalcin, I., et al. A time-dependent history of mood disorders in a murine model of neuropathic pain. Biological Psychiatry. 70 (10), 946-953 (2011).
- Madathil, S. K., et al. Astrocyte-specific overexpression of insulin-like growth factor-1 protects hippocampal neurons and reduces behavioral deficits following traumatic brain injury in mice. PloS One. 8 (6), e67204 (2013).
- Sugimoto, H., Kawakami, K. Low-cost protocol of footprint analysis and hanging box test for mice applied the chronic restraint stress. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (143), e59027 (2019).
- Hassan, S., et al. Identifying chronic low back pain phenotypic domains and characteristics accounting for individual variation: a systematic review. Pain. , (2023).
