Summary

En enkel og billig metode til bestemmelse Kolde Følsomhed og tilpasning i mus

Published: March 17, 2015
doi:

Summary

The Cold Plantar Assay (CPA) measures cold responsiveness between 30 °C and 5 °C, and can also measure cold adaptation. This protocol describes how to use the CPA to measure cold hypersensitivity, analgesia, and adaptation in mice.

Abstract

Cold hypersensitivity is a serious clinical problem, affecting a broad subset of patients and causing significant decreases in quality of life. The cold plantar assay allows the objective and inexpensive assessment of cold sensitivity in mice, and can quantify both analgesia and hypersensitivity. Mice are acclimated on a glass plate, and a compressed dry ice pellet is held against the glass surface underneath the hindpaw. The latency to withdrawal from the cooling glass is used as a measure of cold sensitivity.

Cold sensation is also important for survival in regions with seasonal temperature shifts, and in order to maintain sensitivity animals must be able to adjust their thermal response thresholds to match the ambient temperature. The Cold Plantar Assay (CPA) also allows the study of adaptation to changes in ambient temperature by testing the cold sensitivity of mice at temperatures ranging from 30 °C to 5 °C. Mice are acclimated as described above, but the glass plate is cooled to the desired starting temperature using aluminum boxes (or aluminum foil packets) filled with hot water, wet ice, or dry ice. The temperature of the plate is measured at the center using a filament T-type thermocouple probe. Once the plate has reached the desired starting temperature, the animals are tested as described above.

This assay allows testing of mice at temperatures ranging from innocuous to noxious. The CPA yields unambiguous and consistent behavioral responses in uninjured mice and can be used to quantify both hypersensitivity and analgesia. This protocol describes how to use the CPA to measure cold hypersensitivity, analgesia, and adaptation in mice.

Introduction

Måling kold lydhørhed hos gnavere er vigtig for at forbedre forståelsen af ​​de potentielle mekanismer i kulde følsomhed hos mennesker under både normale og patologiske tilstande. Den kolde Plantar Assay (CPA), der oprindeligt blev udviklet for flere år siden 1, er designet til at generere reproducerbare, utvetydige murine adfærdsmæssige reaktioner på en kold stimulus leveret ved stuetemperatur. Nyere forbedringer af dette assay har tilladt reproducerbar måling af koldt følsomhed ved en lang række temperaturer 2. Begge versioner er også designet til at være relativt højt gennemløb, og billig at anvende.

En stor del af der er gjort fremskridt i forståelsen af ​​mekanismerne i koldt følsomhed ved hjælp af andre adfærdsmæssige metoder. En fremgangsmåde er acetone fordampning test, som indebærer duppe eller sprøjtning acetone på musen pote og måling af mængden af tid, som musen bruger på at stille pote 3,4. Desværresvarene til acetone fordampning er forvirret af våd fornemmelse og lugten af ​​acetone. Ligeledes kan den kolde stimulus, der anvendes i acetone fordampning test variere baseret på mængden af ​​acetone anvendes, og er vanskelig at kvantificere. Endelig uskadte mus har minimale reaktioner på acetone ved baseline, hvilket gør det umuligt at måle analgesi i fravær af overfølsomhed med denne metode.

En anden klassisk assay til kolde svar er halen svirp assay, hvor latenstiden til tilbagetrækningen er målt efter halen er nedsænket i koldt vand 5,6. Mens de adfærdsmæssige reaktioner i denne analyse er entydige og analysen måler svar på en bestemt temperatur, skal dyrene fastholdes under test, som kan ændre kold lydhørhed gennem velbeskrevne stressinducerede smertestillende mekanismer 7.

En anden almindeligt anvendt værktøj er den kolde plade test, som måler de adfærdsmæssigereaktioner af mus efter de er placeret på et Peltier-kølet plade 8-10. Mens dette værktøj indeholder oplysninger om dyr reaktioner på bestemte temperaturer, er det også blevet inkonsekvent anvendt; forskellige grupper har målt forskellige reaktioner, herunder antal hopper 8,11, latenstiden til første reaktion 8,11- 13, og antallet af pote løfter 11,13,14 med meget forskellige resultater. Den kolde plade assay er også relativt lav gennemløb som kun et dyr kan testes på et tidspunkt, og det kræver et dyrt og skrøbelige Peltier indretning.

2-plade præference temperatur test er en almindeligt anvendt derivat af den kolde plade test, der måler den relative mængde af tid, som dyrene tilbringer på 2 forbundne plader af forskellige temperaturer 9,15- 17. En anden lignende almindeligt anvendt assay er den termiske gradient assay, hvor mængden af ​​tid, at mus tilbringer i forskellige temperaturzonermellem 5 ° C og 45 ° C på en lang metalplade måles 16. Mens disse analyser kunne sammenligne temperaturer, er det uklart, om den adfærd repræsenterer temperaturen aversion eller præference temperatur.

Endelig har den dynamiske kold plade assay blevet anvendt til at måle, hvordan mus reagere på skiftende temperaturer 18. Denne metode indebærer at placere mus på en RT Peltier enhed og rampe ned til 1 ° C under måling, hvor meget musene hoppe eller slikker deres poter ved forskellige plade temperaturer. Mens dette tester hvordan mus tilpasse sig et kølende miljø, betyder det ikke en måde at teste, hvordan mus reagere på en kold stimulus i fastsættelsen af ​​en køligere omgivende temperatur. Derudover kræver dyrt udstyr til at udføre og giver ikke en måde at akklimatisere mus til det udstyr, før måling af deres kolde følsomhed.

For at supplere disse analyser, CPA tester acclimated svar på et veldefineret koldt stimulus på en række temperaturområder, eller i løbet af processen med tilpasning til kolde temperaturer. Det kan teste op til 14 mus ad gangen med vores aktuelle apparat med potentialet til at blive billigt opskaleres for high-throughput test.

Protocol

Alle mus protokoller var i overensstemmelse med National Institutes of Health retningslinjer og er blevet godkendt af Animal Studies Udvalg Washington University School of Medicine (St. Louis, MO). 1. Forberedelse af Test Plate og kabinetter Tør glasoverfladen. Fastgør T-typen filament termoelementprobe til overfladen i midten af ​​glaspladen med laboratorium tape. Placer indhegninger på glaspladen på en enkelt linje langs midten af ​​pladen. <…

Representative Results

De adfærdsmæssige reaktioner fremkaldt fra mus begyndende ved 30 ° C, 23 ° C, 17 ° C og 12 ° C er meget reproducerbar (figur 4A) 20. For at måle den kolde stimulus, der genereres under bagpote blev musene bedøvet med en ketamin / xylazin / acepromazin cocktail blev sikret deres poter på glasset på toppen af en T-typen filament termoelement (figur 4B) 20. Glasset afkøles eller opvarmes til den ønskede måleområde. Selvom pladen afkøles ensartet langs l…

Discussion

The CPA can be used to assess cold sensitivity and cold adaptation in mice. It provides an affordable, efficient way to measure cold responses in unrestrained, acclimated animals at a wide variety of temperature ranges. It also provides an unambiguous behavioral response with an easily quantified and analyzed output variable. It has already been used to assess changes in cold sensitivity induced by inflammation1, neuropathic injury1, analgesics1, genetic knockouts20, and ge…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to acknowledge contributions from the entire Gereau Lab for manuscript editing. This work is supported by NINDS funds 1F31NS078852 to DSB and NINDS fund NS42595 to RWG.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
T-type thermocouple probe Physitemp IT-24p Used to measure the surface temperature of the glass (http://www.physitemp.com/products/probesandwire/)
Glass plate Local glass company (in St. Louis, Stemmerich Inc) N/A We use pyrex glass (borosilicate float). Our lab generally uses 1/4'', but 3/16'' and 1/8'' are also useful
Thermal Data logger Extech EA15 Thermologger to keep track of glass temperature (http://www.extech.com/instruments/product.asp?catid=64&prodid=408)
3mL Syringe BD 309657 The top is cut off, and dry ice is compressed in the syringe to generate a cold probe
Computer If using Extech logger, any Pcwill work N/A
Aluminum boxes Washington University in St. Louis machine shop N/A boxes are 3' long, 4.5'' wide, and 3'' tall with a sealed lid.  There is a 1/2'' hole drilled into one short side of each box, near the bottom. These holes are filled with rubber stopcocks when the boxes are filled with wet ice or hot water.
Heated water circulator VWR Any water circulator model with a pump will work
21 gauge needle BD 305165 The exact needle size is not important
Hand timer N/A Any hand timer will work
Mirror N/A Any flat mirror will work

References

  1. Brenner, D. S., Golden, J. P., Gereau, R. W. A Novel Behavioral Assay for Measuring Cold Sensation in Mice. Plos ONE. 7 (6), 8 (2012).
  2. Brenner, D. S., Vogt, S. K., Gereau, R. W. A technique to measure cold adaptation in freely behaving mice. Journal of Neuroscience Methods. , (2014).
  3. Choi, Y., Yoon, T. W., Na, H. S., Kim, S. H., Chung, J. M. Behavioral signs of ongoing pain and cold allodynia in a rat model of neuropathic pain. Pain. 59 (3), 369-376 (1994).
  4. Gauchan, P., Andoh, T., Kato, A., Kuraishi, Y. Involvement of increased expression of transient receptor potential melastatin 8 in oxaliplatin-induced cold allodynia in mice. Neuroscience letters. 458 (2), 93-95 (2009).
  5. Carlton, S. M., Lekan, H. A., Kim, S. H., Chung, J. M. Behavioral manifestations of an experimental model for peripheral neuropathy produced by spinal nerve ligation in the primate. Pain. 56 (2), 155-166 (1994).
  6. Pizziketti, R. J., Pressman, N. S., Geller, E. B., Cowan, A., Adler, M. W. Rat cold water tail-flick: A novel analgesic test that distinguishes opioid agonists from mixed agonist-antagonists. European Journal of Pharmacology. 119 (1-2), 23-29 (1985).
  7. Pinto-Ribeiro, F., Almeida, A., Pego, J. M., Cerqueira, J., Sousa, N. Chronic unpredictable stress inhibits nociception in male rats. Neuroscience letters. 359 (1-2), 73-76 (2004).
  8. Karashima, Y., et al. TRPA1 acts as a cold sensor in vitro and in vivo. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (4), 1273-1278 (2009).
  9. Knowlton, W. M., Bifolck-Fisher, A., Bautista, D. M., McKemy, D. D. TRPM8, but not TRPA1, is required for neural and behavioral responses to acute noxious cold temperatures and cold-mimetics in vivo. Pain. 150 (2), 340-350 (2010).
  10. Allchorne, A. J., Broom, D. C., Woolf, C. J. Detection of cold pain, cold allodynia and cold hyperalgesia in freely behaving rats. Molecular pain. 1, 36 (2005).
  11. Colburn, R. W., et al. Attenuated cold sensitivity in TRPM8 null mice. Neuron. 54 (3), 379-386 (2007).
  12. Dhaka, A., Murray, A. N., Mathur, J., Earley, T. J., Petrus, M. J., Patapoutian, A. TRPM8 is required for cold sensation in mice. Neuron. 54 (3), 371-378 (2007).
  13. Bautista, D. M., et al. The menthol receptor TRPM8 is the principal detector of environmental cold. Nature. 448 (7150), 204-208 (2007).
  14. Obata, K., et al. TrpA1 induced in sensory neurons contributes to cold hyperalgesia after inflammation and nerve injury. The Journal of Clinical Investigation. 115 (9), 2393-2401 (2005).
  15. Tang, Z., et al. Pirt functions as an endogenous regulator of TRPM8. Nature communications. 4, 2179 (2013).
  16. Lee, H., Iida, T., Mizuno, A., Suzuki, M., Caterina, M. J. Altered thermal selection behavior in mice lacking transient receptor potential vanilloid 4. The Journal of neuroscience the official journal of the Society for Neuroscience. 25 (5), 1304-1310 (2005).
  17. Pogorzala, L. A., Mishra, S. K., Hoon, M. A. The cellular code for Mammalian thermosensation. The Journal of neuroscience the official journal of the Society for Neuroscience. 33 (13), 5533-5541 (2013).
  18. Yalcin, I., Charlet, A., Freund-Mercier, M. -. J., Barrot, M., Poisbeau, P. Differentiating thermal allodynia and hyperalgesia using dynamic hot and cold plate in rodents. The journal of pain official journal of the American Pain Society. 10 (7), 767-773 (2009).
  19. Callahan, B. L., Gil, A. S., Levesque, A., Mogil, J. S. Modulation of mechanical and thermal nociceptive sensitivity in the laboratory mouse by behavioral state. The journal of pain: official journal of the American Pain Society. 9 (2), 174-184 (2008).
  20. Brenner, D. S., Golden, J. P., Vogt, S. K., Dhaka, A., Story, G. M., Gereau, R. W. A dynamic set point for thermal adaptation requires phospholipase C-mediated regulation of TRPM8 in vivo. Pain. , (2014).
  21. Patwardhan, A. M., Scotland, P. E., Akopian, A. N., Hargreaves, K. M. Activation of TRPV1 in the spinal cord by oxidized linoleic acid metabolites contributes to inflammatory hyperalgesia. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (44), 18820-18824 (2009).
  22. Fujita, F., Uchida, K., Takaishi, M., Sokabe, T., Tominaga, M. Ambient Temperature Affects the Temperature Threshold for TRPM8 Activation through Interaction of Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphate. Journal of Neuroscience. 33 (14), 6154-6159 (2013).
  23. Rohacs, T., Lopes, C. M., Michailidis, I., Logothetis, D. E. PI(4,5)P2 regulates the activation and desensitization of TRPM8 channels through the TRP domain. Nature neuroscience. 8 (5), 626-634 (2005).
  24. Daniels, R. L., Takashima, Y., McKemy, D. D. Activity of the neuronal cold sensor TRPM8 is regulated by phospholipase C via the phospholipid phosphoinositol 4,5-bisphosphate. The Journal of biological chemistry. 284 (3), 1570-1582 (2009).
  25. Zhang, H., et al. Neurokinin-1 receptor enhances TRPV1 activity in primary sensory neurons via PKCepsilon: a novel pathway for heat hyperalgesia. The Journal of neuroscience the official journal of the Society for Neuroscience. 27 (44), 12067-12077 (2007).
  26. Wang, H., Zylka, M. J. Mrgprd-expressing polymodal nociceptive neurons innervate most known classes of substantia gelatinosa neurons. The Journal of neuroscience the official journal of the Society for Neuroscience. 29 (42), 13202-13209 (2009).

Play Video

Cite This Article
Brenner, D. S., Golden, J. P., Vogt, S. K., Gereau IV, R. W. A Simple and Inexpensive Method for Determining Cold Sensitivity and Adaptation in Mice. J. Vis. Exp. (97), e52640, doi:10.3791/52640 (2015).

View Video