Chronische vernauwingsschade van de distale infraorbitale zenuw bij muizen induceert veranderingen in spontaan gedrag (verhoogde gezichtsverzorgingsactiviteit) en nocifensief gedrag als reactie op tactiele stimulatie (hyperreactiviteit op von Frey-haarstimulatie) die tekenen zijn van aanhoudende pijn en allodynie, en dient als model voor trigeminusneuropathische pijn.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Chronisch vernauwingsletsel van de distale infraorbitale zenuw (DIoN-CCI) bij muizen om trigeminusneuropathische pijn te bestuderen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Diermodellen blijven noodzakelijke hulpmiddelen om neuropathische pijn te bestuderen. Dit manuscript beschrijft het model voor chronische vernauwingsschade aan de distale infraorbitale zenuw (DIoN-CCI) om trigeminusneuropathische pijn bij muizen te bestuderen. Dit omvat de chirurgische ingrepen om het chronische vernauwingsletsel uit te voeren en de postoperatieve gedragstests om de veranderingen in spontaan en opgeroepen gedrag te evalueren die tekenen zijn van aanhoudende pijn en mechanische allodynie. De methoden en gedragsuitlezingen zijn vergelijkbaar met het model voor chronische vernauwing van de infraorbitale zenuw (IoN-CCI) bij ratten. Er zijn echter belangrijke veranderingen nodig voor de aanpassing van het IoN-CCI-model aan muizen. Eerst wordt de intra-orbitale benadering vervangen door een meer rostrale benadering met een incisie tussen het oog en het snorhaarkussen. Het IoN wordt dus distaal buiten de orbitale holte afgebonden. Ten tweede, vanwege de hogere locomotorische activiteit bij muizen, wordt het vrij laten bewegen van ratten in kleine kooien vervangen door het plaatsen van muizen in op maat ontworpen en geconstrueerde fixatiemiddelen. Na DIoN-ligatie vertonen muizen veranderingen in spontaan gedrag en in reactie op von Frey-haarstimulatie die vergelijkbaar zijn met die bij IoN-CCI-ratten, d.w.z. verhoogde gerichte gezichtsverzorging en hyperreactiviteit op von Frey-haarstimulatie van het IoN-territorium.
Inleiding
Neuropathische pijn ontstaat door schade aan het somatosensorische zenuwstelsel, wat leidt tot abnormale overdracht van sensorische signalen naar de hersenen. Somatosensorische zenuwbeschadiging leidt niet altijd tot neuropathische pijn, maar de prevalentie neemt toe met de ernst van klinische neuropathie 1,2. Patiënten met neuropathische pijn ervaren specifieke symptomen zoals spontane gewaarwordingen (branderig gevoel, speldenprikken, elektrische gewaarwordingen) en abnormaal intense of langdurige pijn tot onschadelijke of schadelijke stimulatie die de neiging hebben chronisch te worden en resistent tegen behandeling met conventionele pijnmedicatie3. Aanzienlijke vooruitgang op het gebied van neuropathisch pijnonderzoek komt voort uit de ontdekking dat losjes vernauwende ligaturen rond de heupzenuw bij ratten leidt tot gedrag dat lijkt op menselijke neuropathische pijnaandoeningen4. De dieren vertonen verminderde drempels voor warmte, kou en mechanische stimulatie en vertonen nocifensief gedrag. Ondanks de inherente biologische verschillen in pijnverwerking tussen mensen en knaagdieren, zijn diermodellen een waardevol hulpmiddel voor het bestuderen van de onderliggende mechanismen bij de ontwikkeling van neuropathische pijn en het testen van nieuw voorgestelde behandelingsstrategieën.
Op sensorische reflexen gebaseerde pijntestparadigma's zijn op grote schaal gebruikt in neuropathische pijnmodellen, maar het meten van aanhoudende pijn of andere vaak gepaard gaande stoornissen (slaapstoornis, depressie, angst) heeft niet voldoende aandacht gekregen, aangezien dit veel voorkomende klinische symptomen zijn die de kwaliteit van leven beïnvloeden 5,6,7,8 . Gezichtsverzorgingsgedrag bij ratten is gedocumenteerd als een maat voor spontane neuropathische pijn na chronisch vernauwingsletsel (CCI) van de infraorbitale zenuw (IoN)9,10. Bovendien ontwikkelen ratten ook hyperreactiviteit op milde tactiele stimulatie van het IoN-territorium, wat wijst op mechanische allodynie.
In vergelijking met muizen zijn ratten vanwege hun grotere formaat beter geschikt voor chirurgische verwondingen. Muizen bieden echter kosten- en ruimte-efficiëntie en vereisen kleinere hoeveelheden medicijnen. Ook heeft de komst van transgene technologie het gebruik van muizen verder gestimuleerd11,12. Daarom is het algemene doel van deze procedure het uitvoeren van een chirurgisch infraorbitaal zenuwletsel bij muizen, vergelijkbaar met dat bij ratten, dat veranderingen in spontaan en opgeroepen gedrag induceert voor de studie van trigeminusneuropathische pijn.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Dieren worden behandeld en verzorgd volgens de richtlijnen voor pijnonderzoek bij bewuste dieren van de International Association for the Study of PAIN en in lijn met de Vlaamse en Europese regelgeving voor dierproeven en de ARRIVE-richtlijnen. Het protocol wordt goedgekeurd door de institutionele Ethische Commissie.
1. Dieren
- Gebruik mannelijke en vrouwelijke C57BL/6J muizen (Janvier, 10 weken oud bij aankomst).
- Plaats mannelijke en vrouwelijke muizen apart in standaard muizenkooien met vaste bodem in een kolonieruimte met een luchtvochtigheid van 40%-60% en een kamertemperatuur (RT) van 21 ± 1 °C.
- Zorg voor water en voedsel ad libitum.
- Houd muizen onder een normale 12:12 uur donker/licht-cyclus (lichten aan om 08:00 uur).
2. Chirurgie
- Bereid per muis een stuk chromische darmligatuur (6-0) van ongeveer 6 cm lang en leg het in een steriele zoutoplossing om te voorkomen dat het uitdroogt en stijf en broos wordt.
- Verdoof de muis met ketamine/xylazine (75/15 mg/kg, intraperitoneaal, injectievolume 10 ml/kg). Controleer de diepte van de anesthesie door in de huid tussen de tenen te knijpen. Zorg ervoor dat de muis zijn poot niet buigt. Wacht indien nodig tot het dier volledig verdoofd is en/of dien extra ketamine/xylazine toe.
OPMERKING: Aanvullende analgetica mogen niet worden toegediend om preventieve analgetische effecten te voorkomen die de ontwikkeling van trigeminusneuropathische pijn kunnen verstoren. - Scheer het buccale haar voorzichtig tussen het snorhaarkussen en het oog om een incisie van ongeveer 4 mm te maken, net rostraal ten opzichte van het infraorbitale foramen. Zorg ervoor dat u de snorharen niet beschadigt, omdat dit van invloed kan zijn op gedragstests.
- Bevestig het hoofd van de muis in een stereotaxisch frame of fixeer het hoofd op een andere manier. Plaats de muis op een verwarmde pad of zorg ervoor dat u op een andere manier de lichaamstemperatuur op peil houdt.
- Breng zalf aan op beide ogen om uitdroging te voorkomen. Schrob het geschoren hoofd met alcohol en vervolgens met betadine. Plaats een chirurgisch laken dat het geschoren hoofd blootlegt.
- Gebruik een microscoop voor stap 2.7 tot en met 2.14.
- Maak een incisie van 4 mm in de huid loodrecht op de middellijn ongeveer halverwege tussen de rand van het snorhaarkussen en het oog, net rostraal ten opzichte van het infraorbitale foramen en gecentreerd rond de lijn tussen het midden van het oog en het midden van het snorhaarkussentje.
- Leg de IoN bloot door het oppervlakkige bindweefsel botweg te scheiden. Zorg ervoor dat spierschade tot een minimum wordt beperkt en vermijd de motorische zenuwvezels. Zorg ervoor dat de stam van de IoN (1-1,5 mm in diameter) ongeveer 3 mm diep toegankelijk is tussen waar deze de schedel verlaat en waar deze zich vertakt naar het snorhaarkussen (Figuur 1).
- Schuif met een draaiende beweging de kop van een gehaakt ligatiehulpmiddel onder de IoN en zorg ervoor dat u de zenuw niet beschadigt.
- Plaats de chromische darmligatuur door het gat op de punt van het ligatiehulpmiddel en trek het ligatiehulpmiddel terug zodat de ligatuur onder de IoN blijft en beide uiteinden van de ligatuur min of meer op gelijke afstand van de IoN zijn.
- Leg een "schuifknoop" van de twee uiteinden van de ligatuur en schuif de knoop tegen de IoN. Zorg ervoor dat de schuifknoop een soepele werking mogelijk maakt, zodat de mate van vernauwing nauwkeurig kan worden gecontroleerd. Schuif de knoop verder en vernauw de IoN. Verminder de diameter van de zenuw met slechts een merkbare hoeveelheid4. Leg een normale knoop op de gespleten knoop om te voorkomen dat deze wegglijdt.
- Knip de uiteinden van de ligatuur af en laat ongeveer 1,5 mm vrije uiteinden over om te voorkomen dat de knoop losraakt.
- Voer de schijnoperatie uit volgens de stappen 2.2-2.8.
- Sluit de incisie in de huid met behulp van synthetische resorbeerbare hechtingen (6-0) en laat het dier herstellen op een verwarmd kussen of onder een infrarood verwarmingslamp.
3. Gedragsmatig testen
- Laat de muis ten minste 8 dagen wennen aan de omstandigheden in de behuizing voordat u preoperatief test.
- Laat de muis vóór de preoperatieve test minstens eenmaal per dag gedurende 3 dagen wennen aan de testprocedure.
- Voer tests uit onder normale lichtomstandigheden. Zorg indien nodig voor achtergrondgeluid om overlast door geluiden van buitenaf tot een minimum te beperken.
- Observatie van gezichtsverzorgingsgedrag
- Draag een enkele muis van de behuizing naar de testruimte in een afgedekte plastic kooi zonder beddengoed. Vermijd externe stimulatie tijdens het transport van de dieren.
- Plaats de muis in een afgedekte, doorzichtige plastic kooi zonder bodembedekking (l x b x h: 12 cm x 12 cm x 17 cm) voor een videocamera. Plaats een spiegel om het gezicht van het dier te bekijken wanneer het met de rug naar de camera staat.
- Registreer het gedrag van de muis gedurende 10 minuten. Zorg er tijdens het opnemen voor dat de onderzoeker niet in de kamer aanwezig is.
- Nadat u het volgende dier hebt opgenomen, maakt u de observatiekooi schoon.
- Laat een waarnemer die blind is voor de experimentele omstandigheden van de muis het geregistreerde gedrag analyseren.
- Noteer elke aflevering van gezichtsverzorging tijdens het analyseren van de opname van 10 minuten. Gezichtsverzorging is bewegingspatroon waarbij het dier zijn voorpoten in contact brengt met delen van het gezicht.
- Maak een onderscheid tussen geïsoleerd gezichtsverzorgingsgedrag en gezichtsverzorgingsgedrag tijdens lichaamsverzorging9. Als een sequentie niet wordt voorafgegaan of gevolgd door lichaamsverzorging, wordt de aflevering bestempeld als geïsoleerde gezichtsverzorging. Lichaamsverzorging wordt gedefinieerd als bewegingspatronen die poten, tong of snijtanden in contact brengen met een ander lichaamsgebied dan het gezicht of de voorpoten. Als lichaamsverzorging aanwezig is voor of na een gezichtsverzorgingsreeks, wordt de aflevering gelabeld als gezichtsverzorging tijdens lichaamsverzorging.
- Bepaal het aantal afleveringen van gezichtsverzorging door een cut-off-criterium van 4 s toe te passen. Een tijdsperiode tussen verzorgingsacties van minder dan 4 s wordt gedefinieerd als een pauze binnen een enkele aflevering. Een tijdsperiode van meer dan 4 s wordt gedefinieerd als een volledige onderbreking van verzorgingsacties tussen twee afleveringen.
- Mechanische stimulatie testen
- Draag muizen in groepen van maximaal 6 dieren van de huisvesting naar de testruimte in een overdekte kooi met strooisel. Nogmaals, zorg ervoor dat u externe stimulatie vermijdt.
- Leg de muizen één voor één op een tafel.
- Plaats de staart van de muis in een zachte siliconen klem en bevestig de klem magnetisch aan een metalen plaatje op de tafel. Het siliconenmateriaal voorkomt dat de staart van de klem glijdt en minimaliseert de druk op de staart.
- Plaats een driewandige plastic houder (65 mm x 25 mm x 23 mm) over het dier zodat alleen de kop van de muis uit de container steekt. De grootte van de houder maakt bewegingen van het hoofd en de voorpoten mogelijk, maar voorkomt dat het dier erin ronddraait. Plaats ten slotte een gewicht op de houder om de houder op zijn plaats te houden (Figuur 2).
- Gebruik een gegradueerde reeks van vier von Frey haren. De kracht die nodig is om de haren te buigen is 0,02 g, 0,16 g, 0,4 g en 1,0 g.
- Wen de muizen gedurende 10 minuten aan de weerhouder en bereikbewegingen. Maak elke 30 s een reikende beweging per dier.
- Wanneer het dier zich in een ontspannen toestand bevindt, breng dan langzaam het lichtste von Frey-haar aan binnen het IO-gebied nabij het midden van de vibrissae totdat het von Frey-haar buigt. Zorg ervoor dat de stimulatie niet langer dan 1 s duurt.
- Scoor de reactie van het dier op de stimulatie om in een van de volgende responscategorieën te passen.
- Geef een score van 0 als er geen reactie is.
- Geef een score van 1 voor detectie, d.w.z. de muis draait zijn hoofd naar het stimulerende object en verkent vervolgens het stimulusobject.
- Geef een score van 2 voor terugtrekkingsreactie, d.w.z. de muis draait het hoofd voorzichtig weg of trekt het snel naar achteren wanneer de stimulatie wordt toegepast; Soms vindt een enkele gezichtsveeg ipsilateraal van het gestimuleerde gebied plaats.
- Geef een score van 3 voor aanvallen, d.w.z. de muis valt het stimulusobject aan, waarbij hij bijt- en/of grijpbewegingen maakt.
- Geef een score van 4 voor asymmetrische gezichtsverzorging, d.w.z. de muis vertoont een ononderbroken reeks van ten minste drie gezichtsspoelbewegingen gericht op het gestimuleerde gezichtsgebied.
- Breng voor elke muis von Frey-haren aan in een oplopende volgorde van intensiteit en stimuleer willekeurig de ipsilaterale en contralaterale zijden. Pas elke stimulusintensiteit één keer aan elke kant toe.
- Bereken de gemiddelde score op basis van de reacties op de vier von Frey-haren in elk dier. Bereken afzonderlijke scores voor de ipsilaterale en contralaterale zijden.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
DIoN-CCI-muizen vertonen een sterke postoperatieve toename van de tijd die wordt besteed aan geïsoleerde gezichtsverzorging en het aantal geïsoleerde gezichtsverzorgingsepisodes (Figuur 3). De sterkste toename treedt op tijdens de eerste postoperatieve week en wordt dan kleiner tijdens de volgende weken, maar is significant verhoogd gedurende ten minste 6 weken. Gezichtsverzorging tijdens lichaamsverzorging wordt min of meer onaangetast.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Bij ratten is eerder betoogd dat een intra-orbitale benadering van het IoN de voorkeur verdient, gezien het belang van intacte fijne spieren die complexe kloppatronen beheersen bij vibrissotactiele discriminatie en de relatieve afstand van de incisie in de middellijn tot het cutane infraorbitale zenuwgebied10. Anderen hebben betoogd dat een distale benadering via een incisie in de behaarde huid caudaal naar het vibrissale kussen een aantal voordelen heeft
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben geen belangenconflicten bekend te maken.
Dankbetuigingen
De auteurs hebben geen erkenningen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Chromic catgut (6-0) | Dynek | CG602D | ligaturen |
| Wattenstaafje | Apotheek | ||
| Digitale videocamera | Sony | HDR-CX330E | |
| Dumont #5 pincet | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| Dumont pincet - Micro-blunted tips (#5/45) | Fine Science Tools | 11253-25 | |
| Duratears | Alcon | 0037-820 | oogzalf |
| Ligatuurhulp met haak | Fine Science Tools | 18062-12 | |
| Ketalar | Pfizer | ketamine (50 mg/mL) | |
| Operatiemicroscoop | Kaps | SOM 62 | |
| Precisie wattenstaafje | Qosina | 10225 | |
| Precisietrimmer | Philips | HP6392/00 | |
| Rompun | Bayer | xylazine (2%) | |
| Schaar - stompe uiteinden | Fine Science Tools | 14574-09 | |
| Semmes-Weinstein Von Frey Aesthesiometer kit | Stoelting | 58011 | |
| Vicryl Rapide | Ethicon | MPVR489H | naalden |
Referenties
- Costigan, M., Scholz, J., Woolf, C. J. Neuropathic pain: a maladaptive response of the nervous system to damage. Annu Rev Neurosci. 32, 1-32 (2009).
- Torrance, N., Smith, B. H., Bennett, M. I., Lee, A. J. The epidemiology of chronic pain of predominantly neuropathic origin. Results from a general population survey. J Pain. 7, 281-289 (2006).
- Jensen, T. S., Gottrup, H., Sindrup, S. H., Bach, F. W. The clinical picture of neuropathic pain. Eur J Pharmacol. 429 (1-3), 1-11 (2001).
- Bennett, G. J., Xie, Y. K. A peripheral mononeuropathy in rat that produces disorders of pain sensation like those seen in man. Pain. 33 (1), 87-107 (1988).
- Backonja, M. M., Stacey, B. Neuropathic pain symptoms relative to overall pain rating. J Pain. 5, 491-497 (2004).
- Basbaum, A. I., et al. Measurrement and New Technologies. Emerging Strategies for the Treatment of Neuropathic Pain. Campbell, J. N. , IASP Press. Seattle, WA. (2006).
- Mogil, J. S., Crager, S. E. What should we be measuring in behavioral studies of chronic pain in animals. Pain. 112, 12-15 (2004).
- Vierck, C. J., et al. Animal Studies of Pain: Lessons for Drug Development. Emerging Strategies for the Treatment of Neuropathic Pain. Campbell, J. N. , IASP Press. Seattle, WA. (2006).
- Deseure, K., Adriaensen, H. Nonevoked facial pain in rats following infraorbital nerve injury a parametric analysis. Physiol Behav. 81 (4), 595-604 (2004).
- Deseure, K., Hans, G. H. Chronic constriction injury of the rat's infraorbital nerve (IoN-CCI) to study trigeminal neuropathic pain. J Vis Exp. (103), e53167(2015).
- Mogil, J. S. Animal models of pain: progress and challenges. Nat Rev Neurosci. 10 (4), 283-294 (2009).
- Wilson, S. G., Mogil, J. S. Measuring pain in the (knockout) mouse: big challenges in a small mammal. Behav Brain Res. 125 (1-2), 65-73 (2001).
- Ding, W., et al. An improved rodent model of trigeminal neuropathic pain by unilateral chronic constriction injury of distal infraorbital nerve. J Pain. 18 (8), 899-907 (2017).
- Hardt, S., Fischer, C., Vogel, A., Wilken-Schmitz, A., Tegeder, I. Distal infraorbital nerve injury: a model for persistent facial pain in mice. Pain. 160 (6), 1431-1447 (2019).
- Krzyzanowska, A., Avendaño, C. Behavioral testing in rodent models of orofacial neuropathic and inflammatory pain. Brain Behav. 2 (5), 678-697 (2012).
- Martin, Y. B., Malmierca, E., Avendaño, C., Nuñez, A. Neuronal disinhibition in the trigeminal nucleus caudalis in a model of chronic neuropathic pain. Eur J Neurosci. 32 (3), 399-408 (2010).
- Deseure, K., Hans, G. Behavioral study of non evoked orofacial pain following different types of infraorbital nerve injury in rats. Physiol Behav. 138, 292-296 (2015).
- Vuralli, D., Wattiez, A. S., Russo, A. F., Bolay, H. Behavioral and cognitive animal models in headache research. J Headache Pain. 20 (1), 11(2019).
- Krzyzanowska, A., et al. Assessing nociceptive sensitivity in mouse models of inflammatory and neuropathic trigeminal pain. J Neurosci Methods. 201 (1), 46-54 (2011).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
