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Neuroscience

Intracranial औषधीय और दर्द के साथ-साथ Rodents में Assays

Published: April 9, 2019 doi: 10.3791/58473

Summary

यहाँ हम intracranial औषधीय प्रयोगों के लिए एक प्रोटोकॉल पेश करने के लिए दर्द का व्यवहार के बाद से rodents में assays. इस प्रोटोकॉल के शोधकर्ताओं के मस्तिष्क में आणविक और सेलुलर लक्ष्य देने के लिए, दर्द के उपचार में औषधीय एजेंटों के लिए अनुमति देता है ।

Abstract

दर्द भावात्मक और संज्ञानात्मक आयामों के साथ एक प्रमुख संवेदी अनुभव है । हालांकि, दर्द के लिए केंद्रीय तंत्र खराब समझ में रहते हैं, प्रभावी चिकित्सा विज्ञान के विकास में बाधा । Intracranial भेषजगुण मस्तिष्क में दर्द के आणविक और सेलुलर तंत्र को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण प्रस्तुत करता है, साथ ही उपन्यास उपचार के लिए. यहां हम एक प्रोटोकॉल है कि दर्द व्यवहार परीक्षण के साथ intracranial भेषजगुण को एकीकृत प्रस्तुत करते हैं । विशेष रूप से, हम एक का चयन मस्तिष्क क्षेत्र है, जो दर्द मॉडुलन के लिए जिंमेदार हो सकता है में एनाल्जेसिक दवाओं डालना करने के लिए कैसे दिखा । इसके अलावा, केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में उंमीदवार दवा के प्रभाव का निर्धारण करने के लिए, दर्द assays intracranial उपचार के बाद किया जाता है । हमारे परिणाम प्रदर्शित करता है कि एक लक्षित क्षेत्र में दर्दनिवारक दवाओं के intracranial प्रशासन कुतर में दर्द की राहत प्रदान कर सकते हैं । इस प्रकार, हमारे प्रोटोकॉल को सफलतापूर्वक दर्शाता है कि intracranial भेषजगुण, दर्द व्यवहार परीक्षण के साथ संयुक्त, मस्तिष्क में दर्द तंत्र के अध्ययन के लिए एक शक्तिशाली उपकरण हो सकता है ।

Introduction

केंद्रीय तंत्रिका तंत्र दर्द विनियमन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए जाना जाता है । उदाहरण के लिए, मस्तिष्क में ग्लूपामेट संकेतन दर्द1,2के संदर्भ में एक नियामक की भूमिका है । इसलिए, दर्द के संबंध में मस्तिष्क में सेलुलर और आणविक संकेतन रास्ते का अध्ययन करने की आवश्यकता है । इसके अलावा, वहां एक को समझने की जरूरत है अगर विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों में आणविक लक्ष्य को दर्द का इलाज संशोधित किया जा सकता है । मस्तिष्क में दर्द के वर्तमान अध्ययन प्रणालीगत (intraperitoneal) औषधीय एजेंटों के वितरण के साथ संयोजन में इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी के विट्रो अध्ययन में पर निर्भर करते हैं । विट्रो अध्ययन में vivo दर्द तंत्र में खुलासा में स्पष्ट घाटा है । इस बीच, प्रणालीगत दवा वितरण सटीक सेलुलर लक्ष्य चित्रित नहीं करता है । विवो में रासायनिक और जीवविज्ञान एजेंटों के intracranial इंजेक्शन मस्तिष्क में स्नायविक और आणविक रास्ते का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण बन गए हैं । हाल के वर्षों में, अंय क्षेत्रों vivo intracranial इंजेक्शन में इस्तेमाल किया है सफलतापूर्वक लत और इनाम व्यवहार और कुतर3,4में सर्किट रास्ते का अध्ययन । हालांकि, दर्द के संदर्भ में, vivo intracranial फार्माकोलॉजी में उपयोग की कमी है ।

Intracranial इंजेक्शन मस्तिष्क के एक विशिष्ट क्षेत्र में एक दवा के सटीक इंजेक्शन के लिए अनुमति देते हैं । इसके अलावा, विशिष्ट रास्ते और रिसेप्टर्स उच्च चयनात्मक दवाओं का उपयोग कर लक्षित किया जा सकता है । परिशुद्धता दवाओं के साथ एक intracranial वितरण प्रणाली के संयोजन हमें दर्द के लिए आणविक और सेलुलर लक्ष्य को लक्षित करने के लिए अनुमति देता है । इन दवाओं के intracranial प्रसव के बाद, शोधकर्ताओं कुतर के व्यवहार में तत्काल प्रभाव का पालन कर सकते हैं । अच्छी तरह से संचालित प्रयोगों से, ' rodents ' व्यवहार फार्माकोलॉजी के साथ जोड़ा जा सकता है.

इस प्रोटोकॉल में, हम दर्द विनियमन में प्रांतस्था ग्लूटोमेट संकेतन के तंत्र को प्रदर्शित करने के लिए prefrontal प्रांतस्था (पीएफसी) में ampakine अर्क के उदाहरण का इस्तेमाल किया । एम्पाकीन्स संश्लेषित यौगिक होते हैं जो ऐलोस्टेरिक मॉडुलेटर्स कहलाते हैं । वे पशु मॉडल5,6में तीव्र और पुराने दर्द को दूर करने की क्षमता को दिखाया गया है । पिछले अध्ययनों से पता चलता है कि एमपीलाइंस की कार्रवाई की संभावना साइटों5,6मस्तिष्क में हैं । पीएफसी मस्तिष्क में एक ऐसा क्षेत्र है जो मूड और व्यवहार को विनियमित करने के लिए उपवल्कुट क्षेत्रों को नियंत्रित करता है । इन आउटपुट अनुमानों में से कुछ को दर्द विनियमन1,2,7में महत्वपूर्ण होना दिखाया गया है । अधिक विशेष रूप से, पीएफसी में ग्लूपामेट सिग्नलिंग दर्द को विनियमित करने के लिए दिखाया गया है । इस प्रकार पीएफसी को दर्द वाले राज्यों में एंपाकीन्स के अध्ययन के लिए एक लक्षित मस्तिष्क क्षेत्र के रूप में चुना गया ।

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Protocol

इस अध्ययन में सभी प्रक्रियाओं को न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय स्कूल ऑफ मेडिसिन संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति (IACUC) द्वारा प्रयोगशाला जानवरों की देखभाल और उपयोग के लिए राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (NIH) गाइड के अनुरूप के रूप में अनुमोदित किया गया.

1. त्रिवर्गिकी प्रवेघन आरोपण

  1. 10-12 सप्ताह पुराने पुरुष Sprague-Dawley चूहों का प्रयोग करें ।
  2. पहले वर्णित के रूप में, 1.5-2% isoflurane1,3,5के साथ एनिस्थेटाइज़ जानवरों । एक बार जब पशु तेज forceps के साथ एक मजबूत चुटकी के लिए अनुत्तरदायी हो जाता है, सर्जरी प्रदर्शन । सभी उपकरणों आटोक्लेव करने के लिए सुनिश्चित करें, बाँझ सर्जिकल दस्ताने का उपयोग, और नुकसान को रोकने के लिए जानवरों की आँखों में ऑप्थैल्मिक मरहम जोड़ें ।
  3. स्टीरियो निर्देशांक के साथ एक १२.५ डिग्री के कोण पर पीएफसी में एक द्विपक्षीय 26 गेज गाइड cannulas प्रत्यारोपण: + २.९ mm; ML: +/− १.६ mm; DV: − २.१ mm. आदेश में cannulas डालने के लिए, वांछित निर्देशांक पर खोपड़ी में छेद ड्रिल, छेद व्यास के साथ cannulas के आकार के अनुसार इस्तेमाल किया ।
    नोट: यहाँ, पीएफसी दर्द प्रसंस्करण में अपनी महत्वपूर्ण भूमिका के कारण intracranial प्रत्यारोपण के लिए संभावित लक्ष्य के रूप में अध्ययन किया गया था, जो पिछले अध्ययनों की संख्या1,2,7में प्रदर्शित किया गया है. अन्य विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों के समारोह का अध्ययन करने के लिए, शोधकर्ताओं मस्तिष्क एटलस के अनुसार विभिन्न निर्देशांक का उपयोग कर सकते हैं. Intracranial सर्जरी प्रदर्शन पर अधिक जानकारी के लिए कृपया Goffer एट अल (२०१३)3, ली एट अल (२०१५)1, और सूरज एट अल (२०१७)10देखें ।
  4. चूहों के लिए सर्जरी से ठीक करने के लिए अनुमति दें 1 सप्ताह । सर्जरी के बाद, चमड़े के नीचे तरल पदार्थ वसूली करने के लिए पहले चयापचय आवश्यकताओं का समर्थन मदद करने के लिए सुई, और हौसले से बंद चीरा में सामयिक बुपिवाकेन लागू होते हैं । एक गर्म पैड पर पशु प्लेस जब तक वे जाग, और 3 दिनों के लिए पशु पोस्ट आपरेशन की निगरानी के लिए अच्छा स्वास्थ्य और एक उचित वसूली सुनिश्चित करने के लिए ।
  5. एक बार जानवरों को पूरी तरह से सर्जरी से बरामद किया है, इंजेक्शन (अगले कदम) शुरू करते हैं ।

2. Intracranial और Intraperitoneal इंजेक्शन

  1. Intracranial इंजेक्शन के लिए, उपयोग पीई-५० ट्यूबिंग एक छोर पर संलग्न 10-μL हैमिल्टन सिरिंज के साथ ३३-गेज इंजेक्टर कैन्कुला कि प्रत्यारोपित गाइड से परे १.० मिमी का विस्तार ।
  2. इन चूहों के पीएफसी में या तो अध्ययन की दवा या खारा के ०.५ μL (या कम अगर वांछित) सुई । क्योंकि पीएफसी चूहों में एक बड़ा क्षेत्र है, यह राशि अन्य क्षेत्रों में नहीं फैलाई जाएगी । हालांकि, छोटे मस्तिष्क क्षेत्रों के लिए या चूहों के लिए, एक छोटी मात्रा का उपयोग करें । इंजेक्शन राशि मस्तिष्क और पशु की प्रजातियों के क्षेत्र पर निर्भर करेगा ।
    नोट: कृपया ध्यान दें कि खारा DMSO के बजाय एक नियंत्रण के रूप में इस्तेमाल किया जाना चाहिए क्योंकि DMSO neurotoxic है । हालांकि, dmso की एक बहुत छोटी राशि के अर्क के लिए सुरक्षित हो सकता है, के रूप में अध्ययनों से पता चला है कि कम से ५०% dmso (यानी, ०.३ μl की कुल मात्रा से कम, इस मामले में के रूप में) व्यवहार अध्ययन के साथ हस्तक्षेप नहीं कर सकते हैं8,9.
  3. १०० s की अवधि पर द्विपक्षीय मात्रा सुई और एक अतिरिक्त ६० s के लिए जगह में सुई लगानेवाला cannulas रखने के लिए हटाने से पहले इस समाधान के धीमी प्रसार की अनुमति ।
  4. Synergistic औषधीय प्रभाव के अध्ययन के लिए, प्रणालीगत तरीकों के माध्यम से एक और दवा सह प्रशासन । इस मामले में, वांछित दवा या नियंत्रण intracranially सुई और इसके तुरंत बाद एक अतिरिक्त दवा प्रशासन । एक उदाहरण के रूप में, इस अध्ययन में हम एक additive प्रभाव के लिए परीक्षण करने के लिए अफ़ीम और ampakines के synergistic एनाल्जेसिक प्रभाव का अध्ययन किया. 1 मिलीग्राम/किग्रा अफ़ीम (एक सुरक्षित प्रणालीगत खुराक)10के intraperitoneal डिलीवरी के साथ संयोजन में, हम एक ampakine intracranially संचार किया ।
    नोट: यह अनुशंसित है कि intracranial इंजेक्शन पहले किया जाता है, के रूप में वे intraperitoneal इंजेक्शन से प्रदर्शन करने के लिए और अधिक कठिन हैं ।

3. एनालजिसिया एसेसेस और असेसमेंट

  1. चूहों में तीव्र दर्द व्यवहार पर intracranial इंजेक्शन के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए, थर्मल उत्तेजेें के जवाब में वापसी विलंबता की गणना करने के लिए तल परीक्षण (Hargreaves परीक्षण) का उपयोग करें । ' Hargreaves तंत्र एक ग्लास विमान के माध्यम से चूहे के पैर पर एक अवरक्त बीम ध्यान केंद्रित; चूहा खड़ा है और स्वतंत्र रूप से कांच के विमान से ऊपर जा रहा है । ' Hargreaves परीक्षण प्रदर्शन करते हैं, चूहे के पैर के तल क्षेत्र के तहत अवरक्त बीम फोकस ।
    1. आधार रेखा से पहले ' Hargreaves परीक्षण प्रदर्शन से शुरू इंजेक्शन, तुलना के लिए एक आधार रेखा मूल्य स्थापित करने के लिए ।
  2. आधारभूत मूल्य स्थापित करने से पूर्व किसी भी प्रकार की किसी भी दवा का इंजेक्शन न लगाना । 5 अच्छा परीक्षण, 5 मिनट के अलावा आचरण । एक अच्छा परीक्षण एक स्पष्ट वापसी से संकेत मिलता है, यानी, जब चूहा अपने घुटने को मोड़ देता है और अपने पैर ऊपर और शरीर में लिफ्टों ।
    नोट: सुनिश्चित करें कि परीक्षण 5 मिनट के अलावा चूहे के संवेदीकरण को रोकने के लिए कर रहे हैं । ' Hargreaves उपकरण स्वचालित रूप से वापसी के समय रिकॉर्ड, एक बार अवरक्त बीम टूट गया है । नतीजतन, गति से परीक्षण छूट सुनिश्चित हो, वजन स्थानांतरण, आदि अगर एक रियायती परीक्षण होता है, 5 मिनट रुको और परीक्षण दोहराने ।
  3. 5 परीक्षणों का औसत लेने के द्वारा वापसी थ्रेसहोल्ड की गणना ।
  4. आधार रेखा औसत प्राप्त करने के बाद, दवाओं के अर्क के बाद वापसी समय प्राप्त करने के लिए प्रयोग शुरू करते हैं । हालांकि सटीक समय विशिष्ट एजेंटों के फार्माकोकइनेटिक्स पर निर्भर हो सकता है ' Hargreaves परीक्षण intracranial इंजेक्शन के बाद 20-30 मिनट का प्रदर्शन किया जा सकता है । यह सुनिश्चित करने के लिए है कि चूहे दवा अवशोषित कर लिया है और इसके प्रभाव का सामना कर रहा है । चरण ३.१ के रूप में एक ही तरीके से इस प्रयोग आचरण ।
  5. चरण ३.२ में उल्लेखित के रूप में वापसी थ्रेशोल्ड्स परिकलित करें ।

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Representative Results

एक उदाहरण के रूप में, हम cannulas के माध्यम से पीएफसी में एक AMPAkine संचार (चित्रा 1) । हम भी असुमीन प्रणालीबद्ध आमपाइंस और अफ़ीम के बीच synergistic एनाल्जेसिक प्रभाव का आकलन करने के लिए संचार किया । इन परिणामों से पता चलता है कि ampakines और अफ़ीम एक additive एनाल्जेसिक प्रभाव है । यह भी पता चलता है कि intracranial इंजेक्शन की शक्ति को खोजने के लिए, कम से भाग में, दर्द के संदर्भ में दवा सक्रियण के लिए एक तंत्र है ।

Figure 1
चित्रा 1. एमपाइंस और मॉर्स्टीन के प्रणालीगत इंजेक्शन के Intracranial इंजेक्शन पूरक analgesia प्रदान करते हैं । मॉर्स्टीन के प्रणालीगत इंजेक्शन के साथ या तो खारा, एमपीलाइंस, या एमपीलाइंस के intracranial इंजेक्शन के बाद ' hargreaves ' परीक्षण से वापसी विलंब की तुलना ग्राफ । त्रुटि पट्टियां SEM. n = 8 के साथ माध्य का प्रतिनिधित्व करती हैं; p < ०.०००१, * *p = ०.००९९, *p = ०.०१२४, अयुग्मित विद्यार्थी का t-test । यह आंकड़ा सन एट अल से अनुकूलित किया गया है । (२०१७) 10, एलसीवियर से अनुमति लेकर । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

इस अध्ययन में, हमने दर्शाया है कि इन्ट्राक्रेनियल भेषजगुण दर्द तंत्र का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है और इसमें चिकित्सीय वितरण प्रणाली के रूप में क्षमता है । हमारे प्रोटोकाल में हमने एमपीलाइंस को सीधे पीएफसी में पहुंचा दिया और पाया कि पीएफसी में ग्लूटामेट सिग्नलिंग को बढ़ाकर, एमपीलाइंस ने दर्द से राहत प्रदान की । हम intracranial इंजेक्शन intraperitoneal इंजेक्शन के साथ संयुक्त के उपयोग के माध्यम से इस प्रदर्शन में सक्षम थे, बाद में दर्द assays के साथ । दर्द से राहत देने वाले प्रभावों के प्रमाणों के आधार पर जब एमपीईकेंस पीएफसी को सुपुर्द किया जाता है तो वर्तमान अध्ययन से पता चलता है कि पीएफसी को एमपाइंस के लक्ष्य के रूप में शामिल कर सकते हैं । यह intracranial औषधीय दृष्टिकोण का एक महत्वपूर्ण लाभ है, जब व्यवहार परीक्षण के साथ संयुक्त । इसके अलावा, दवाओं की प्रणालीगत डिलीवरी के साथ intracranial गठबंधन करने की क्षमता हमें दो अलग दवाओं और संभावित औषधीय बातचीत के बीच चिकित्सीय संबंध को समझने के लिए अनुमति देता है । इस अध्ययन में दर्शाए गए उदाहरण में, अफ़ीम के साथ संयोजन में पीएफसी में एम्पाकिन को प्रशासित करने से एक प्रत्याशित योज्य प्रभाव दिखाई देता है, जो यह इंगित करता है कि एम्पाइंस और मॉर्स्टीन विभिन्न आण्विक तंत्रों के माध्यम से कार्य करते हैं ।

हालांकि vivo में फार्माकोलॉजी दर्द का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, यह सीमाओं है । सबसे पहले, यह संभव है कि अनुभवहीन हाथों में, संचार दवा पड़ोसी मस्तिष्क क्षेत्रों के लिए फैलाना कर सकते हैं । यह चूहों के साथ एक विशेष समस्या है । यह प्रकाश सक्रिय दवाओं और ऑप्टिक फाइबर के आरोपण के उपयोग के साथ दूर किया जा सकता है, इंजेक्शन साइट से अलग दूरी पर दवा के स्तर की माप के द्वारा, या बंद संरचनात्मक साइटों पर दवा इंजेक्शन द्वारा. दूसरा, intracranial इंजेक्शन कम टिकाऊ हो सकता है, लेकिन प्रभाव की समय अवधि पूरी तरह से दवा के फार्माकोकइनेटिक्स के कारण नहीं जाना जाता है । ऐसे ऑप्टोजेनेटिक्स के रूप में अंय तकनीकों, तात्कालिक सक्रियण या मस्तिष्क के एक वांछित क्षेत्र के inactivation के लिए अनुमति देते हैं; इस तकनीक को और अधिक प्रत्यक्ष है और प्रभाव की एक ज्ञात अवधि है । दूसरी ओर, vivo में फार्माकोलॉजी विशिष्ट रिसेप्टर्स या संकेतन रास्ते को लक्षित कर सकते हैं, और इस तरह आणविक विशिष्टता का एक अतिरिक्त स्तर प्रदान करते हैं । इस प्रकार, भविष्य में, यह विवो फिजियोलॉजी और ऑप्टोजेनेटिक्स के रूप में अतिरिक्त तकनीकों के साथ वीवो फार्माकोलॉजी में संयोजन का पता लगाने के लिए आवश्यक हो जाएगा । इन उपकरणों के संयोजन के साथ, नए रास्ते और रिसेप्टर विशिष्ट रास्ते की खोज की जा सकती है और दर्द के इलाज के लिए इस्तेमाल किया ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस काम के राष्ट्रीय जनरल मेडिकल साइंसेज संस्थान (GM102691, GM115384), राष्ट्रीय मस्तिष्क संबंधी विकार और स्ट्रोक के संस्थान (NS100065), (Bethesda, एमडी, संयुक्त राज्य अमेरिका) और ंयूयॉर्क विश्वविद्यालय विभाग के संवेदनाहरण अनुसंधान कोष द्वारा समर्थित किया गया एनस्थिसियोलॉजी (न्यूयॉर्क, NY, यूएसए) ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sterotaxic Cannula PlasticsOne 8I26GA8MMKIT
Digital Syringe Hamilton 8440
AMPAkine Sigma Aldrich C-271
Dimethyl Sulfoxide Sigma Aldrich D4540
Hargreaves Apparatus Ugo Basile 37370
Male Sprague-Dawley rats Taconic Farms NTac:SD
Sterile Surgical gloves Dynarex 6535

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References

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तंत्रिका विज्ञान अंक १४६ Stereotaxic प्रत्यारोपण Intracranial इंजेक्शन Analgesia दर्द आकलन Vivo में फार्माकोलॉजी AMPAkines
Intracranial औषधीय और दर्द के साथ-साथ Rodents में Assays
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Martinez, E., Zhou, H., Wang, J.More

Martinez, E., Zhou, H., Wang, J. Intracranial Pharmacotherapy and Pain Assays in Rodents. J. Vis. Exp. (146), e58473, doi:10.3791/58473 (2019).

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