電子フォンフレイ装置を用いたマウス後肢の触覚感度の変化の測定
2013年12月19日
Electronic von Frey測定は、炎症イベントの前後に連続的に加えられる圧力刺激に対するげっ歯類の機械的離脱閾値の変化を迅速かつ正確に測定できるため、従来のフォンフレイフィラメントに代わる効果的で改良された方法です。
この手順の全体的な目標は、マウスの後肢の機械的圧力に対する感受性反応を測定することです。これは、最初に動物を金網の床に置き、準備ができたら動物が慣れるようにすることで達成されます。後足の下側にポリプロピレンの先端を当て、徐々に圧力を上げていきます。
適切な行動反応が認められると、刺激は撤回されます。ベースライン値が収集されると、動物はさらなるテストの前に実験的介入を受けます。最終的に、後肢の離脱閾値の変化を治療群間で比較し、特定の治療が圧力に対する触覚感受性の変化に及ぼす影響を判断します。
痛みは炎症の主要な要素です。さまざまな状況で痛みを測定し、特徴付けることが重要です。この比較的単純な疼痛評価方法は、炎症の多くの異なるモデルに適用することができます。
その手順を実演するのは、私の研究室の研究技術者であるティアナ・オヴ、学部生時代にこの仕事に携わったマディソン・マック、そしてアキラ・サイクスです。現在、私の研究室の学部生です。後足に簡単にアクセスできるようにテスト装置をセットアップすることから始めます。
メッシュの床の上に個々のチャンバーを配置します。メッシュの床は、快適な高さで頑丈な表面にある必要があります。次に、電子フォンフレイ装置をベンチトップに置きます。
プローブとケーブルがディスプレイユニットに適切に接続されていることを確認し、セットアップモードで機器の電源を入れます。読み出しをゼロに設定し、付属のテストウェイトをフォンフレイプローブのコーンにそっと置きます。読み出しを記録し、テストの最後にこの手順を再度繰り返し、2つの値の間に不一致がある場合は、装置を再校正する必要があるかもしれません。
テストする組織に適したサイズのポリプロピレンチップを選択します。硬い先端は、感度が低く、丈夫な後足組織に適しています。先端をプローブのコーンにそっと取り付けます。
次に、セットアップモードから操作モードに切り替えます。これにより、プローブが引っ込められたときに適用される最大圧力が表示されます。後足の離脱閾値を測定するには、2人の研究者が必要です。
1つは、装置を操作して測定を行うこと、もう1つはバイアスを減らすためにそれらの測定を記録することです。麻酔 TER を操作する研究者は、治療と記録された離脱閾値について盲検化する必要があります。さらに、測定値間の一貫性を確保するために、同じ個人がすべてのベースラインと離脱しきい値を記録する必要があります。
治療の 48 時間前に、ベースライン測定値の最初のセットが記録されます。スタンドの下に吸収材を置き、排泄物を回収します。チップを取り付けてプローブをゼロにした後、測定値を記録する実験者はマウスを個々のチャンバーに配置する必要があります。
チャンバーを穴あき蓋で覆い、その上に重いものを置きます。マウスが逃げるのを防ぐために、マウスがチャンバーに15分間順応するのを待ってから続行します。一般に、この手法に不慣れな個人は、圧力の増加を徐々に加えることに苦労し、自分の測定値との内部一貫性を確立することで、再現性のある結果を生成するために練習が不可欠です。
準備ができたら、両手でプローブをゆっくりと持ち上げ、左足または右後足のフットパッドを刺激します。侵害受容行動が観察されるまで、圧力を徐々に上げます。.これらは、後足の引っ込み、後足の舐め、または足のジャンプによって識別されます。
観察された行動を誘発した圧力を記録するように他の研究者に指示します。測定中は、チャンバーのすぐ外側に食べ物の口蓋を置くか、測定を行う前に軽く叩くなどのわずかな音を立てて、マウスが静止するように促すと便利です。各マウスが 1 回テストされるまで次のマウスに進み、この手順をさらに 4 回繰り返します。
5つのベースライン値を収集した後、各マウスの平均を取得します。24時間後にベースライン測定を繰り返し、これらの値を使用して別の平均を計算します。すべてのマウスが一貫したベースライン反応を示すようにするには、平均ベースライン離脱閾値が3.5グラム未満、またはベースライン閾値が2グラム以上異なる動物を除外します。
最後に、マウスを別々の治療グループに割り当てて、各マウスの平均離脱ベースラインができるだけ類似するように、ここでは、離脱閾値を後足、毒液の投与、ROSラカの後に測定しました。生理食塩水処理コントロール。マウスは、常にベースラインと比較してほとんど変化を示さなかった。
治療されたマウスで侵害受容反応をテストしたポイントは、最大6時間まで明確に維持されました。さらに、炎症に特徴的な組織浮腫は毒液で明らかでしたが、生理食塩水で治療された後足では明らかではありませんでした。毒によって誘発される触覚感度の変化は、ほぼ1000倍の好中球の流入を伴いました。
生理食塩水処理された足の生理食塩水処理された後足と比較して、後足組織の足底肥満細胞はほぼ無傷であるか、軽度の脱顆粒を示していました。対照的に、交配後頭部では、肥満細胞の15〜20%の中等度かつ広範な脱顆粒が見られました。この手法は、後足以外のさまざまな組織における機械的または触覚的な感度を評価するために適応させることができます。
したがって、この手法は、炎症と痛みの多くの異なるげっ歯類モデルに組み込むことができます。
概要
この記事では、電子von Frey測定を用いてマウスの後肢の機械的圧力に対する疼痛反応を測定する方法を紹介します。この技術により、炎症性介入の前後の機械的撤退閾値の変化を迅速かつ正確に評価することができます。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 行動評価
- 炎症モデル
背景
- 痛みの測定は炎症を理解する上で重要です。
- 電子von Frey装置は従来の方法に比べて利点があります。
- 撤退閾値の正確な測定は再現性にとって不可欠です。
- この方法は様々なげっ歯類モデルに適応できます。
研究の目的
- 圧力刺激に対する機械的感受性を評価すること。
- 疼痛行動に対する治療の効果を評価すること。
- 研究における痛みの評価のための信頼性の高い方法を確立すること。
使用した方法
- ワイヤーメッシュ床上でのマウスの順応。
- ポリプロピレン製チップを用いた圧力の段階的な適用。
- 2人のブラインド化された調査者による撤退閾値の記録。
- ベースラインと治療後の測定値の比較。
主要な結果
- 治療後に撤退閾値に有意な変化が観察されました。
- 炎症は組織浮腫と好中球の浸潤によって特徴づけられました。
- 肥満細胞の脱顆粒は治療群間で異なっていました。
- この方法は様々な組織に適応できることが示されました。
結論
- 電子von Frey法はげっ歯類の痛みの評価に効果的です。
- この技術は炎症性疼痛メカニズムの理解を深めることができます。
- 痛みと治療効果に関する今後の研究の基礎を提供します。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Assessing tactile sensitivity changes in rodent models provides critical early-phase data for analgesic target validation and mechanistic de-risking in pain therapeutics development. The electronic von Frey method enables rapid, quantitative measurement of mechanical withdrawal thresholds, supporting reproducible preclinical evaluation of inflammatory and neuropathic pain models. This approach enhances predictive confidence in target engagement and treatment efficacy before advancing compounds into later-stage studies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to nociceptive pathways and pain modulation mechanisms.
- Operational Value: Supports biological de-risking by providing quantifiable, internally controlled tactile sensitivity readouts across treatment groups.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage through objective comparison of baseline and post-intervention withdrawal thresholds to assess target modulation.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream screening by establishing standardized baseline tactile sensitivity measurements.
- Reproducibility: Enables consistent, repeated measurements within short time periods, supporting assay standardization and cross-group comparability.
- Scalability: Allows multiple measurements per subject, increasing throughput and reliability for compound screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models inflammation-induced mechanical allodynia, aligning with clinical pain phenotypes in inflammatory and neuropathic conditions.
- Translational Continuity: Bridges discovery and preclinical workflows by providing mechanistically relevant, quantifiable pain sensitivity outcomes.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions based on reproducible changes in withdrawal thresholds following experimental interventions.
Pipeline & Workflow Integration
The electronic von Frey method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, particularly for pain-modulating compounds.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by measuring nociceptive responses to mechanical pressure as a functional readout of target engagement.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible quantitative outputs essential for reliable compound evaluation in pain models.
- Analytics: Provides precise withdrawal threshold measurements and statistical comparability across baseline and treatment conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical validation through disease-relevant mechanical sensitivity outcomes in inflammation models.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform capability across multiple inflammatory and neuropathic pain models, reducing redundant assay development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in pain pathway modulation.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible tactile sensitivity measurements with minimal technical variability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality, enhancing capital efficiency and reducing late-stage attrition due to lack of target-mediated efficacy.
- Portfolio Impact: Enables risk-based prioritization of compounds based on quantifiable effects on mechanical withdrawal thresholds.
Implementation Considerations
- Requires training in behavioral observation and nociceptive response identification to ensure measurement consistency.
- Dependent on calibrated electronic von Frey apparatus and appropriate polypropylene tip selection for hind paw tissue.
- Necessitates blinding of operators and recorders to treatment conditions to minimize bias in threshold recording.
- Involves exclusion criteria based on baseline threshold variability to ensure group homogeneity and data integrity.
- Limited to measurable behavioral responses; requires clear nociceptive endpoints such as paw withdrawal, licking, or jumping.
