В данной работе мы представляем протокол оценки ноцицепции у мышей, инфицированных Trypanosoma evansi, с использованием электронного аппарата фон Фрея в качестве инструмента, измеряющего механические пороги задней лапы и внутренних органов.
Методическая статья
В данной работе мы представляем протокол оценки ноцицепции у мышей, инфицированных Trypanosoma evansi, с использованием электронного аппарата фон Фрея в качестве инструмента, измеряющего механические пороги задней лапы и внутренних органов.
Патогенез инфекционных заболеваний до сих пор остается сложной областью для изучения. У домашних животных может наблюдаться течение нескольких клинических признаков, таких как аллодиния и боль. Тем не менее, знание их путей и правильное лечение требуют контролируемых экспериментов, многие из которых проводятся с использованием лабораторных животных. Измерение изменений механических порогов задней лапы и внутренних органов является полезным методом для наблюдения за изменениями в восприятии боли у грызунов. Реакция отмены может быть измерена сначала в базовых тестах, что обеспечивает лучший контроль экспериментальных групп. Последующие тесты могут быть проведены после индуцирования инфекции и добавления препаратов в протокол. Использование электронного аппарата фон Фрея в сочетании с использованием лицевой шкалы для наблюдения за изменениями, подобными боли, позволяет проводить простую, точную и последовательную оценку аллодинии и боли у мышей. Таким образом, эксперименты с использованием настоящей методики для лечения инфекции Trypanosoma evansi представляют собой полезный метод оценки аллодинии и боли у лабораторно инфицированных животных, который может быть применен к традиционному лечению домашних животных.
Trypanosoma evansi является этиологическим агентом заболевания, называемого в Южной Америке "surra" или "mal-das-cadeiras" 1,2. Обычно поражает лошадей и крупный рогатый скот, а также дикую фауну, передаваясь через летучих мышей-гематофагов, табанид и укусы мух 1,3. Сурра является основным заболеванием домашних животных, которое может привести к летальному исходу при отсутствии правильного лечения, проявляя неспецифические клинические признаки, такие как анемия, потеря аппетита и веса, мышечная слабость и аборты, которые могут варьироваться в зависимости от хозяина и географического региона 2,4,5,6.
Выраженность аллодинии и боли у инфицированных животных в течение болезни все еще является новой темой 2,7. Стремление понять патогенез, стоящий за этими признаками, является важным шагом для улучшения и уточнения используемого в настоящее время лечения путем добавления эффективных обезболивающих препаратов к классическому трипаноцидному протоколу 5,6. В этом сценарии возможность репликации болезни с использованием мышиной модели представляет собой преимущество, поскольку мышей можно легко содержать в контролируемых условиях в лаборатории, и, следовательно, результаты более стабильны, чем в полевых экспериментах с использованием домашнего скота.
Механический порог обычно получают с помощью электронного аппарата фон Фрея (EvF) для оценки аллодинии в огромном числе экспериментов 2,8,9. Этот прибор используется для оценки чувствительности тканей к механической стимуляции: как только аппарат касается лапы животного, через прикрепленный к прибору наконечник объемом 20-200 мкл, фиксируется сила, с которой животное отводит лапу.
Грызуны обычно используются в качестве стандартных животных в этих экспериментах, и большинство результатов экстраполируются на другие виды, поскольку большинство исследованных болезней происходят от других видов, на которых было бы трудно провести контролируемое исследование. Кроме того, аллодиния и боль тесно связаны. Использование специальной шкалы лица для оценки боли у инфицированных мышей играет важную роль в качестве подтверждающего адъюванта для подтверждения наличия боли в течение инфекции T. evansi 2,10.
В этом протоколе мы демонстрируем новую модель для оценки аллодинии и боли у мышей, экспериментально инфицированных T. evansi, демонстрируя высокую корреляцию между переменными, тем самым оказываясь сильной моделью. Кроме того, для проведения всей процедуры требуется небольшое количество исследователей, что снижает вероятность вмешательства человека во время эксперимента. Это также позволяет исследователю воспроизвести целевое заболевание во время острого течения и добавить несколько различных лечебных препаратов в экспериментальный дизайн, тем самым получая стабильные результаты за короткий период.
Все эксперименты проводились с использованием 10-недельных взрослых самок швейцарских мышей (35-55 г). Животных размещали в полисульфоновых клетках (3-5 животных в клетке) в помещении с контролируемой температурой (21 ± 1 °C), 12 ч светлым / 12 ч темным циклом, а также стандартным лабораторным кормом и водой ad libitum. Десять животных были распределены в каждую группу в каждом тесте, чтобы продемонстрировать последовательные эффекты медикаментозного лечения. Проект эксперимента был представлен и одобрен Этическим комитетом Государственного университета Санта-Катарины (CEUA) (номер протокола: 6019201123). Все эксперименты на животных проводились в соответствии с руководящими принципами ARRIVE.
1. Препарат и посев Trypanosoma evansi
ВНИМАНИЕ: Надевайте одноразовый лабораторный халат, перчатки, маску и средства защиты глаз при работе с инфицированными образцами крови, реагентами и другими химическими соединениями.
2. Настройка и эксплуатация электронного аппарата фон Фрея
ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте внимательны к тому, как записываются полученные данные. Некоторые EvF-оборудование имеют специальные программы для передачи полученных данных с аппарата на другие электронные устройства, такие как компьютеры, планшеты или смартфоны.
3. Общие соображения по оценке механических пороговых значений
4. Базовая оценка механического порога и реакции мыши на стимулы
5. Экспериментальная оценка механического порога правой задней лапы и висцеральной аллодинии
6. Оценка шкалы мышиной гримасы
Снижение механического порога вследствие инфекции T. evansi по данным электронного аппарата фон Фрея как на правой задней лапе, так и на висцеральных тканях
Эксперимент проводился в течение 5 дней, согласно предыдущим данным, относящимся к имеющемуся образцу T. evansi 2. Инфицированные мыши начали демонстрировать значительную разницу в механическом пороге на правой задней лапе на 3-й день после заражения и оставались значительно ниже, чем в контрольной группе, в течение следующих 2 дней после заражения (рис. 1A) по сравнению с неинфицированными мышами. Аналогичные результаты для абдоминальной тактильной чувствительности показали висцеральную аллодинию у инфицированных мышей, начиная с 3-го дня после заражения и оставаясь значительно ниже, чем в контрольной группе, в течение следующих 2 дней после инфекции (рис. 1B).

Рисунок 1: Оценка аллодинии у мышей, экспериментально инфицированных Trypanosoma evansi. (А) аллодиния правой задней лапы и (В) висцеральная аллодиния. Данные выражены в виде среднего SD ± десяти животных для каждой опытной группы. Статистический анализ: t-критерий Стьюдента, один непарный анализ на каждую временную точку. Звездочками отмечены достоверные различия между экспериментальными группами, рассматривающими одну и ту же анализируемую временную точку (p < 0,05). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Индукция черт лица, связанных с болью у мышей, инфекцией T. evansi и численная интерпретация с помощью оценки боли по шкале гримасы мыши
Инфицированные мыши начали проявлять значительные признаки связанных с болью черт лица на 3-й день после заражения, показав средний балл 0,4 [0-1] в указанный момент времени. Та же тенденция наблюдалась и в ходе эксперимента, в котором инфицированная группа показала значимые различия по сравнению с контрольной группой, показав средние баллы 0,6 [0-1] и 1,3 [0-2] на 4 и 5 день после заражения соответственно. Контрольная группа не набрала баллов по шкале гримасы мыши, как ожидалось. Статистический анализ проводили с использованием t-критерия Стьюдента, одного непарного анализа на каждый момент времени, учитывая значение p < 0,05. Кроме того, коэффициент корреляции Пирсона (r) идентифицировал паттерны взаимодействия между оценкой боли по шкале гримасы мыши и аллодинией правой задней лапы или между той же шкалой и висцеральной аллодинией, значения которых составили -96,35% и -84,08% соответственно. Кроме того, коэффициенты детерминации (R2) для оценки боли по шкале гримасы мыши и аллодинии правой задней лапы или висцеральной аллодинии составили 0,9283 и 0,7070 соответственно.
Настоящее исследование согласуется с предыдущими данными, которые подтвердили наличие воспаления и боли на протяжении инфекции T. evansi 2,3,7,12. Более того, описанный метод обеспечивает точную методологию выявления и измерения аллодинии и боли у мышей. Кроме того, использование шкалы Mouse Grimace Scale для оценки боли у инфицированных мышей показало очень высокий отрицательный r (от 90 до 100%) по сравнению с результатами, выраженными при оценке аллодинии правой задней лапы, и высокий отрицательный r (от 70 до 89%) при оценке висцеральной аллодинии у соответствующих животных13. Аналогичным образом, использование оценки боли по шкале гримасы мыши у инфицированных мышей показало очень сильный R2 (от 0,90 до 1,00) по сравнению с результатами, выраженными при оценке аллодинии правой задней лапы, и сильный R2 (от 0,70 до 0,89) для оценки висцеральной аллодинии у тех же животных14.
Важнейшим этапом в экспериментах с участием инфицированных животных является контроль уровня паразитемии. Различные штаммы T. evansi могут вести себя у мышей по-разному, что приводит к переходу от острых к хроническим инфекциям 2,4,5,6. Кроме того, изменения в дозе инфекции могут снизить или увеличить время выживания мышей. Таким образом, рекомендуется получить кривую выживаемости до начала экспериментов, чтобы определить правильный период эксперимента и предотвратить разочарование в связи с неожиданными событиями смерти мышей15,16. Кроме того, эти данные могут определить гуманные конечные точки для эксперимента, если это применимо.
Кроме того, один и тот же изолят должен быть использован для заражения всех мышей в эксперименте, чтобы обеспечить равное количество проходов крови, как описано в разделе протокола. Таким же образом криоконсервированная или свежая инфицированная кровь может быть использована для заражения мышей, поскольку некоторые криоконсервированные образцы могут быть инактивированы после размораживания на водяной бане. Однако свежая инфицированная кровь может быстрее вызывать паразитемию и, следовательно, более раннюю смерть17,18.
Модификации в эксперименте, такие как добавление трипаноцидальных или обезболивающих препаратов, являются жизнеспособными. Новые группы означают больше животных, и важно помнить, что даже контрольные группы для выбранных препаратов должны быть подвергнуты базовым измерениям. По нашему опыту, примерно 20-25% мышей исключаются из эксперимента после второго исходного измерения, что согласуется с предыдущимиданными8. Это означает, что первоначальное количество животных должно быть выше, чем экспериментальное количество животных, что может быть проблемой, когда оценивается большее количество групп и, следовательно, оценивается большее количество мышей.
Фармакокинетика и фармакодинамика должны быть приняты во внимание для данной модели. Некоторым препаратам требуется длительное время, чтобы оказать свое фармакологическое действие, что может повлиять на экспериментальный дизайн модели, где мыши обычно умирают в среднем от 4 до 5 дней. Кроме того, если животные голодают для выбранного лечения, период акклиматизации может быть важным фактором, который следует учитывать, поскольку он повлияет как на динамику препарата, так и на график и процедуру эксперимента, как указано в разделе протокола.
Большим усовершенствованием данного метода является то, что один хорошо обученный исследователь может выполнять всю процедуру считывания EvF (как исходные, так и экспериментальные измерения), оставаясь при этом слепым к инфекции или лечению. Другой исследователь должен провести инфекцию в начале эксперимента. После процедуры заражения в этом нет необходимости, так как аппарат EvF имеет специальную программу измерения Wi-Fi фон Фрея, которая позволяет полноценно управлять оборудованием только одному человеку. Кроме того, этот метод быстрее, чем обычное оборудование Filament von Frey и проще в выполнении 8,19.
Тем не менее, усталость может быть осложнением, так как один и тот же исследователь должен выполнять все показания на животных, и черезнекоторое время может развиться истощение из-за повторяющихся движений. Принимая во внимание ожидаемую выживаемость мышей, инфицированных T. evansi, большое количество групп в экспериментальном дизайне не поощряется. По нашему опыту, в среднем 10 мышей за раз (в зависимости от плана эксперимента) могут быть измерены менее чем за 30 минут. Кроме того, для каждой мыши в каждом эксперименте должна быть выбрана только одна целевая ткань, чтобы животные не привыкли к зондированию, как объясняется в разделе протокола, что также снижает вероятность развития усталости у исследователя.
Кроме того, как для оценки EvF (измерения правой задней лапы и висцеральных пальцев), так и для оценки по шкале гримасы мыши требуются хорошо обученные исследователи. Перед проведением экспериментов исследователь должен провести длительное время за практикой. Чтобы правильно оценить изменения мимики у мышей, исследователь должен знать не только ожидаемые изменения, но и нормальное выражение лица обычной мыши и ее вариации нормальности иповедения. Кроме того, чтобы правильно оценить механический порог мышей с помощью аппарата EvF, исследователь должен повторить несколько базовых измерений до тех пор, пока реакция мыши на стимулы зонда не будет легко распознана и не будет достигнута консистенция 2,8.
Будущие применения протокола включают оценку аллодинии и боли, а также ее лечение на мышах, инфицированных T. evansi. Настоящая модель позволяет научным исследователям оценить связанный с болью патогенез заболевания, обычно встречающегося у домашнего скота, у мышей в контролируемой среде в лаборатории.
У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявить.
Авторы выражают особую благодарность Государственному университету Санта-Катарины за финансовую поддержку, Лаборатории фармакологии животных и космоса, а также Лаборатории биохимии гемопаразитов и векторов за криоконсервированный образец крови, инфицированный T. evansi , использованный в этих экспериментах.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Игла 26 Г 1/2", соединенная со шприцем с инсулином | TKL | 80288090100 | Используется для введения растворов на лабораторных животных |
| Аксессуары для анальгезиметра фон Фрея | INSIGHT | EFF 303 | Контейнерная коробка с поддержкой цифрового анальгезиметра |
| оценки D-(+)-глюкоза | SIGMA-ALDRICH | G7021 | Моносахарид, который является основным источником энергии в форме АТФ для живых организмов |
| Цифровой анальгезиметр | INSIGHT | von Frey Wi-Fi | Von Frey Wi-Fi – это портативное устройство, используемое для оценки чувствительности тканей к механическим раздражителям |
| типа Gilson 10 и микро; L полипропиленовый наконечник | CRALPLAST | 18261 | Полипропилен для использования на электротронном аппарате фон Фрея, рекомендуется для оценки аллодинии задней лапы |
| Лабораторная водяная баня | BEING INSTRUMENT | BW-22P | Используется для нагрева жидких и полутвердых веществ, содержащихся в соответствующих реципиентах, до определенной температуры |
| Фосфатно-солевой буферный раствор | SIGMA-ALDRICH | 806552 | Сбалансированный буфер в солевом растворе, используемый для различных применений в клеточных культурах |
| швейцарских мышей (Mus musculus) обоих полов | UFSC | Swiss Webster | Laboratory animals, используемых для контролируемых экспериментов |
| Trypanosoma evansi cryiopreserved sample | UDESC-Sample | использован для заражения всех мышей, предоставленных Лабораторией | |
| биохимии гемопаразитов и векторовУниверсальный тип 10 & микро; L полипропиленовый наконечник | CRALPLAST | 18171 | Полипропилен для использования на электронных аппаратах фон Фрея, рекомендуется для оценки висцеральной аллодинии |