Summary
Typisk, mus hals injektion model bruges til at evaluere pruritogen-induceret ridse adfærd. Men modellen giver kun oplysninger om kløe, ikke smerte. Her introduceres en kind injektion model i mus, som kan bruges til samtidigt at måle smerte og kløe-relaterede adfærd.
Abstract
Kløe blev defineret som "en ubehagelig kutane fornemmelse, der provokerer et ønske om at ridse" af Rothman i 1941. I musemodeller tælles ridse anfald typisk for at evaluere kløe induceret af pruritogens. Men, tidligere rapporter har vist, at algesic stoffer også fremkalde skrabe adfærd i en mus hals injektion model, som er den mest almindeligt test, der anvendes til at ridse adfærd. Dette fund gør det vanskeligt at studere kløe i mus. I modsætning hertil, capsaicin, en fælles algogen, reduceret skrabe adfærd i nogle nakke injektion eksperimenter. Derfor er effekten af smerte på ridser adfærd fortsat uklar. Det er derfor nødvendigt at udvikle en metode til samtidig undersøge kløe og smerte fornemmelse ved hjælp af adfærdsmæssige tests. Her introduceres en kind injektion model, som kan bruges til samtidigt at måle smerte-og kløe-relaterede adfærd. I denne model, pruritogens inducerer skrabe adfærd, mens algesic stoffer fremkalde aftørring adfærd. Ved hjælp af denne model, lysophosphatidic syre (LPA), en kløe mægler findes i kolestatiske patienter med kløe, er vist at udelukkende fremkalde kløe, men ikke smerte. Men, i musemodeller, LPA er blevet rapporteret til at være både en pruritogen og en algogen. Undersøgelse af virkningerne af LPA i en mus kind injektion model viste, at LPA kun induceret skrabe, men ikke tørre adfærd. Dette indikerer, at LPA fungerer som en pruritogen på samme måde i mus og mennesker, og demonstrerer nytten af en kind injektion model for kløe forskning.
Introduction
Kløe var oprindeligt karakteriseret som en fornemmelse, som inducerer skrabe adfærd til at fjerne skadelige materialer fra hudens overflade. Men, kløe har været fokus for behandlinger for ubehagelige fornemmelser forårsaget af mange sygdomme som atopisk dermatitis, neurogene læsioner, og kolestase1. I disse tilfælde, kløe er en alvorlig ubehagelig fornemmelse svarende til smerte. Derfor er kløe et vigtigt mål for forskningen. Skrabe adfærd er den primære indikator for kløe i dyreforsøg, og skrabe adfærd kan induceres i mus ved at injicere pruritogener i huden på halsen2,3. Men, en tidligere undersøgelse viste, at capsaicin, en algogen, også inducerer skrabe adfærd i en nakke injektion model4, hvilket gør det vanskeligt at diskriminere kløe fra smerter i denne model. I modsætning, det har været konstateret, at capsaicin reduceret skrabe adfærd i en nakke injektion model, hvilket indikerer, at effekten af smerte på skrabe adfærd er kompliceret og afhænger af de eksperimentelle betingelser. Derfor vil samtidige målinger af smerte og kløe-relaterede adfærd muliggøre den præcise analyse af pruritogens og algogens. Steven G. Shimada og Robert H. LaMotte lykkedes i samtidige målinger af smerte og kløe-relaterede adfærd ved at ændre injektionsstedet fra halsen til kinden4. I kinden injektion model, capsaicin induceret aftørring, men ikke skrabe adfærd, mens histamin, en pruritogen, kun induceret skrabe adfærd. Derfor, denne model giver mulighed for uafhængig vurdering af kløe og smerte, gør kind injektion en nyttig model for kløe forskning. Når du forsøger at afgøre, om en teststof er en pruritogen og/eller en algogen, denne model giver mere information end halsen injektion model. Denne artikel beskriver en praktisk metode til at udføre kinden injektion og tælle anfald af skrabe eller aftørring, og viser nytten af denne metode til at evaluere skrabe adfærd induceret af lysophosphatidic syre (LPA).
Protocol
Alle procedurer vedrørende pasning og anvendelse af dyr blev godkendt af det nationale Institut for natur videnskabers (16A074) institutionsudvalg for dyrepasning og-anvendelse, og udført i overensstemmelse med retningslinjerne fra det nationale Institut for Fysiologiske videnskaber.
Bemærk: Den oprindelige protokol blev rapporteret af Steven G. Shimada og Robert H. LaMotte4, og denne rapport beskriver disse metoder med flere modifikationer, herunder tilføjelsen af en skærm for at forhindre dyrene i at se hinanden, fraværet af en spejl, antallet af mus per optagelse, mus stamme, bur størrelse, og optagetid.
1. kind injektion model
-
Forberedelse af eksperimenter
- Bur
- Sæt fire bure under et kamera som vist i figur 1. Indstil en skærm for at forhindre, at musene ser hinanden. Put i hver mus til hvert bur og sæt en akryl låg for at forhindre flugt af mus. Bemærk, at optagelser skal udføres i et miljø, hvor temperatur, fugtighed og lyd styres.
Bemærk: Opførsel kan også optages uden låg, hvis buret er tilstrækkelig høj.
- Sæt fire bure under et kamera som vist i figur 1. Indstil en skærm for at forhindre, at musene ser hinanden. Put i hver mus til hvert bur og sæt en akryl låg for at forhindre flugt af mus. Bemærk, at optagelser skal udføres i et miljø, hvor temperatur, fugtighed og lyd styres.
- Nål og sprøjte
- Brug en nål på 29 G eller 30 G, der er fastgjort til en 0,5 mL sprøjte til injektion af teststoffer. Hvis teststof opløsningen er meget viskøs, kræves større nåle. Vær dog opmærksom på, at store nåle udgør yderligere fysiske bivirkninger.
Bemærk: En nål, der er sluttet til en sprøjte med et Polyethylenrør, kan anvendes.
- Brug en nål på 29 G eller 30 G, der er fastgjort til en 0,5 mL sprøjte til injektion af teststoffer. Hvis teststof opløsningen er meget viskøs, kræves større nåle. Vær dog opmærksom på, at store nåle udgør yderligere fysiske bivirkninger.
- Video kamera
- Brug et videokamera med tilstrækkelig store billedhastigheder (30-60 frames/s) med relativt høj opløsning til måling af ridse anfald og aftørring adfærd.
- Software til video analyse
- Brug en videoredigeringssoftware til videoafspilning og analyse. Bemærk, at der er behov for en hurtig frem spolings tilstand og en billed-for-ramme afspilningstilstand til præcis analyse.
- Bur
Figur 1: video kamera og bur-opsætning. Fire akryl bure med akryl låg, for at forhindre flugt af musene, og en skærm til forebyggelse af smitsom kløe anvendes. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
-
Injektion og optagelse
- En dag før eksperimentet barberer du pels på musens kind med hårklippere (film 1). Før barbering, ikke begrænse musene.
Bemærk: CD-1 eller C57BL/6 mus blev for det meste brugt i denne model4,5. I denne artikel, mandlige 6-12 uge-gamle C57BL/6N mus blev brugt. Bemærk, at følsomheden over for kemikalierne kan være forskellig mellem de forskellige muse stammer3,6,7. - En dag efter barbering skal du flytte musen til optagelses buret i 1 time for at akklimatisere det til optagelsesforholdene. Hvis der anvendes et aktuelt program, skal det anvendes i denne akklikalerings periode.
Bemærk: I denne rapport, 10 μL af 2% (w/v) diphenhydramin hydrochlorid salt i saltvand blev topisk anvendt 30 min før optagelse. - Indstil et videokamera over buret, og start videooptagelsen før teststof injektionen. Injicer en 10 μl opløsning af teststoffet intradermalt i den barberede kind under vågne forhold (film 2). Efter injektionen skal du returnere musen til optage buret.
Bemærk: I denne rapport blev 50 μg/10 μL histamin, 40 μg/10 μL capsaicin eller køretøj (7% Tween 80 i saltvand) anvendt som teststoffer. - Luk låget på buret og Fortsæt videooptagelsen i 30 minutter.
Bemærk: Den samlede optagetid vil afhænge af forsøgsbetingelserne.
- En dag før eksperimentet barberer du pels på musens kind med hårklippere (film 1). Før barbering, ikke begrænse musene.
-
Adfærdsmæssig analyse
- Tæl scratch anfald og aftørring opførsel, hhv. Mus hæve en bagben mod kinden og ridse flere gange i løbet af et eller et par sekunder, derefter sætte deres ben ned. Denne række af handlinger tælles som en scratch Bout. Skrabning af andre områder bør ikke tælles. Mus bruger en enkelt forbeg til aftørring og begge forbegler til grooming. Der bør skelnes mellem disse aktioner. Kun aftørring adfærd tælles som smerte-relaterede adfærd.
Bemærk: Hver handling vises i figur 2, Movie 3, Movie 4og Movie 5.
- Tæl scratch anfald og aftørring opførsel, hhv. Mus hæve en bagben mod kinden og ridse flere gange i løbet af et eller et par sekunder, derefter sætte deres ben ned. Denne række af handlinger tælles som en scratch Bout. Skrabning af andre områder bør ikke tælles. Mus bruger en enkelt forbeg til aftørring og begge forbegler til grooming. Der bør skelnes mellem disse aktioner. Kun aftørring adfærd tælles som smerte-relaterede adfærd.
Figur 2: typisk muse aktivitet under optagelsen. Paneler A-C er illustrationer, der repræsenterer aftørring adfærd med højre forbeg (A), skrabe adfærd med den rigtige bagben (B) og grooming adfærd med både forbegs (C). Mus hæve en bagben mod kinden og ridse flere gange i løbet af et eller et par sekunder, derefter sætte det ben ned. Denne række af handlinger tælles som en scratch Bout. Skrabning af andre områder bør ikke tælles. Mus bruger en enkelt forbeg til aftørring og begge forbegler til grooming. Der bør skelnes mellem disse aktioner. Kun aftørring adfærd tælles som smerte-relaterede adfærd. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
2. hals injektion model
-
Injektion og optagelse
- En dag forud for forsøget, barberer pels på nakken af musens hals med hårklippere efter ca 5% isofluran indånding for 2-3 min.
- En dag efter barbering skal du flytte musen til optagelses buret i 1 time for at akklimatisere det til optagelsesforholdene.
- Indstil et videokamera over buret (figur 1), og start videooptagelsen før teststof injektionen. Der indsprøjtes en 10 μl opløsning af teststoffet intradermalt i den barberede hals under vågne forhold. Efter injektionen skal du returnere musen til optage buret.
Bemærk: I denne artikel blev 50 μg/10 μL histamin, 10 μg/10 μL eller 40 μg/10 μL capsaicin eller køretøj (7% Tween 80 i saltvand) anvendt som teststoffer. - Luk låget på buret og Fortsæt videooptagelsen i 30 minutter.
Bemærk: Den samlede optagetid vil afhænge af forsøgsbetingelserne.
-
Adfærdsmæssig analyse
- Tæl scratch bout adfærd. Mus hæve en bagben mod halsen og ridse flere gange i løbet af et eller et par sekunder, derefter sætte det ben ned. Denne række af handlinger tælles som en scratch Bout. Skrabning af andre områder bør ikke tælles.
Bemærk: Virkningen af ridser svarer til, at i kinden injektion model, bortset fra, at placeringen af skrabning er flyttet til halsen.
- Tæl scratch bout adfærd. Mus hæve en bagben mod halsen og ridse flere gange i løbet af et eller et par sekunder, derefter sætte det ben ned. Denne række af handlinger tælles som en scratch Bout. Skrabning af andre områder bør ikke tælles.
Representative Results
I halsen injektion model, histamin induceret stærk skrabe adfærd (figur 3). Køretøj (7% Tween 80 i saltvand) også induceret skrabe adfærd. En tidligere rapport viste, at opvaskemiddel induceret kløe ved histamin produktion fra keratinocytter8. Tween 80 kunne fremkalde kløe ved lignende mekanismer, mens capsaicin reduceret køretøj-induceret skrabe adfærd, i modsætning til en tidligere rapport4. Det er muligt, at musestamme forskelle kunne tegner sig for disse forskellige resultater. Disse fund indikerer, at effekten af smerte på skrabe adfærd er kompliceret. Derfor kan den samtidige måling af smerte og kløe-relaterede adfærd muliggøre den præcise analyse af pruritogens og algogens. I kinden injektion model, capsaicin ikke fremkalde skrabe adfærd og kun induceret aftørring adfærd, der menes at være relateret til smerte9,10,11 (figur 4). Capsaicin injektion også øget grooming adfærd (data ikke vist). Efter injektion i kinden, histamin primært induceret skrabe adfærd med svage aftørring adfærd. Anvendelsen af en anti-histamin reagens, diphenhydramin, hæmmet skrabe. Dette resultat tyder på, at histamin-induceret skrabe adfærd er forårsaget af virkningen af histamin på histaminreceptorer. Her, som et eksempel, virkningerne af LPA i kinden injektion model er vist (figur 5). LPA er en kløe mægler findes i kolestatisk patienter med kløe. Men, i musemodeller, LPA blev rapporteret som både en pruritogen og en algogen12,13,14,15. Derfor, virkningerne af LPA blev undersøgt i en kind injektion model og resultater viste, at LPA induceret skrabe, men ikke tørre adfærd. Dette indikerer, at LPA er en pruritogen, men ikke en algogen, i mus svarende til dens virkninger hos mennesker.
Figur 3: virkningerne af histamin og capsaicin i halsen injektion model. a) skrabe adfærd induceret ved injektion af køretøj (7% Tween 80 i saltvand, åben firkant), histamin (50 μg/10 μl pr. sted, fyldte cirkler) eller capsaicin ( 10 μg/10 μL pr. sted, åben trekant 40 μg/10 μL pr. sted, fyldt trekant) i halsen blev vurderet hver 5 min. i alt 30 min.B) kvantitativ analyse af de ridser, der er foretaget i løbet af 30 min-perioden i panel a. ∗ ∗P < 0,01 af ANOVA efterfulgt af Bonferroni Korrektion. Data vises som middelværdien ± SEM (n = 6-8). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: virkningerne af en pruritogen og en algogen i kind injektion model. Aftørring (A) og ridser (B) adfærd induceret ved injektion af køretøj (7% Tween 80 i saltvand, åbent kvadrat), histamin (50 μg/10 μl pr. sted, fyldte cirkler) eller capsaicin (40 μg/10 μl pr. sted, udfyldt trekant) i højre kind af mus var vurderet hver 5 min for i alt 30 min. Gruppen, der blev vist som åbne cirkler, blev behandlet med 10 μL 2% (w/v) diphenhydraminhydrochlorid salt (DHHCL) perkutant 30 min før histamin injektion (50 μg/10 μL pr. sted). DHHCl blev opløst i saltvand. Kvantitativ analyse af aftørring (C) og skrabe (D) adfærd i løbet af 30 min periode i paneler A og B; n = 8 dyr pr. gruppe. ∗P < 0,05, ∗ ∗p ≪ 0,01 af ANOVA efterfulgt af Bonferroni korrektion. Data vises som middelværdien ± SEM. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: LPA inducerer skrabe, men ikke tørre adfærd i kind injektion model. Skrabe (A) og aftørring (B) adfærd induceret ved injektion af køretøj (saltvand, åbne FIRKANTER) eller LPA (100 nmol/10 μl pr. sted, fyldte cirkler) i højre kind af mus blev vurderet hver 5 min for i alt 30 min. kvantitativ analyse af de skrabe (C) og aftørring (D) adfærd i løbet af 30 min periode i paneler A og B; n = 17 for køretøjet og n = 20 for LPA. ∗P < 0,05, ∗ ∗p ≪ 0,01 af welchs t -test. Data vises som middelværdien ± SEM. Dette tal er blevet modificeret fra Kittaka et al.5. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Film 1: film demonstrerer hvordan man barberer en mus kind. Klik her for at se denne video. (Højreklik for at downloade.)
Movie 2: film demonstrerer injektionen i en mus kind. Klik her for at se denne video. (Højreklik for at downloade.)
Movie 3: Movie demonstrerer typisk aftørring adfærd. Denne film er vist ved 25% hastighed. Venligst klik her for at se denne video. (Højreklik for at downloade.)
Movie 4: film af typisk skrabe adfærd. Klik her for at se denne video. (Højreklik for at downloade.)
Movie 5: film af typiske grooming opførsel. Denne film er vist ved 25% hastighed. Venligst klik her for at se denne video. (Højreklik for at downloade.)
Discussion
I denne artikel, en kind injektion model er indført og vist sig at være nyttige til analyse af smerte og kløe-relaterede adfærd.
En tidligere rapport viste, at algesic stoffer fremkalde skrabe adfærd i en mus hals injektion model4. I modsætning hertil reducerede capsaicin ridse adfærd i andre nakke injektion eksperimenter (figur 3). Derfor er effekten af smerte på skrabe opførsel stadig uklar. Det er derfor nødvendigt at udvikle en metode til samtidig undersøge smerter og kløe gennem adfærdsmæssige tests. Ved hjælp af en kind injektion model, effekten af et stof på både smerte og kløe kan evalueres.
Det er tidligere blevet rapporteret, at intracellulære LPA direkte aktiverer TRPV1 og TRPA1 som en mekanisme af LPA-induceret kløe5. Derfor kan LPA-induceret kløe være histamin uafhængig. En tidligere undersøgelse viste også, at en kind injektion model kan anvendes til evaluering af histamin-uafhængig kløe16. Derfor kan denne model bruges til både histamin-afhængig og-uafhængig kløe.
Et af de kritiske trin i dette eksperiment er injektionen. Fordi dette er en akut adfærdsmæssige test, anæstesi kan ikke anvendes i injektion trin, da det kan påvirke disse adfærd. Derfor skal musen holdes sikkert for at udføre en præcis injektion. Når hold på dyret ikke er sikker, især når indsprøjtning stærke algogens, kan musene kæmper, fører til en unøjagtig injektion volumen og dybde, efterfulgt af vanskeligheder med at fortolke resultaterne. Når du håndterer en mus, skal du trække huden på nakken mellem tommelfingeren og pegefingeren for at hæmme bevægeligheden af musen.
Et andet kritisk skridt er den adfærdsmæssige analyse. Fordi skrabe er meget hurtig, skal videoen ses omhyggeligt. Desuden kan aftørring være vanskeligt at skelne fra grooming. Derfor anbefales brugen af positive kontrol kemikalier såsom capsaicin under det første eksperiment. Optagelses-og afspilnings forhold kan også påvirke optællingen af begge former for adfærd. Hvis det er svært at tydeligt observere opførsel, kan spejle bruges omkring bure til at forbedre betragtningsvinkler4.
Det skal bemærkes, at kinden injektion model kan vise reduceret kvantitativ nøjagtighed for de testede kemikalier end i halsen injektion model. Som vist i figur 3 og figur 4, den samme mængde af histamin induceret mere skrabe adfærd i halsen model end i kinden model, og viste mindre variation i halsen injektion model. Når et testet stof har vist sig at være en pruritogen med lav algesic effekter med kind injektion model, nakke injektion model anbefales til yderligere kvantitativ analyse. Selv med disse begrænsninger, kinden injektion model er nyttigt for den præcise vurdering af teststoffer, især inden for kløe forskning.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Vi er taknemmelige for DRs. Steven G. Shimada og Robert H. LaMotte (Yale University School of Medicine, Connecticut), fra hvis metoder (reference 4) denne teknik blev tilpasset. Vi takker også hr. kentaro Miyahara for at skabe musen illustrationer. Denne undersøgelse blev støttet af en støtte til videnskabelig forskning fra ministeriet for uddannelse, kultur, sport, videnskab og teknologi i Japan (nr. 15H02501 og 15H05928 til M.T., og No. 16K21691 til H.K.) og Uehara Memorial Foundation (til H.K.). Vi sætter pris på indførelsen af kinden injektion metode af Prof. LaMotte i Yale University.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Capsaicin | Sigma | M2028 | |
| Diphenhydramine hydrochloride | Wako | 044-19772 | |
| Histamine | Sigma | H7125 | |
| iMovie | Apple | ||
| Lysophosphatidic acid | Avanti Polar Lipids | 325465-93-8 | |
| Myjector | Terumo | ss-05M2913 | |
| Tween-80 | Sigma | P4780 | |
| Video camera | Panasonic | VX985M |
References
- Ikoma, A., Steinhoff, M., Stander, S., Yosipovitch, G., Schmelz, M. The neurobiology of itch. Nature Reviews Neuroscience. 7 (7), 535-547 (2006).
- Kuraishi, Y., Nagasawa, T., Hayashi, K., Satoh, M. Scratching behavior induced by pruritogenic but not algesiogenic agents in mice. European Journal of Pharmacology. 275 (3), 229-233 (1995).
- Kuraishi, Y., Yamaguchi, T., Miyamoto, T. Itch-scratch responses induced by opioids through central mu opioid receptors in mice. Journal of Biomedical Science. 7 (3), 248-252 (2000).
- Shimada, S. G., LaMotte, R. H. Behavioral differentiation between itch and pain in mouse. Pain. 139 (3), 681-687 (2008).
- Kittaka, H., Uchida, K., Fukuta, N., Tominaga, M. Lysophosphatidic acid-induced itch is mediated by signalling of LPA5 receptor, phospholipase D and TRPA1/TRPV1. The Journal of Physiology. 595 (8), 2681-2698 (2017).
- Maekawa, T., Nojima, H., Kuraishi, Y. Itch-associated responses of afferent nerve innervating the murine skin: different effects of histamine and serotonin in ICR and ddY mice. The Japanese Journal of Pharmacology. 84 (4), 462-466 (2000).
- Inagaki, N., et al. Scratching behavior in various strains of mice. Skin Pharmacology and Applied Skin Physiology. 14 (2), 87-96 (2001).
- Inami, Y., et al. Topical surfactant-induced pruritus: involvement of histamine released from epidermal keratinocytes. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 344 (2), 459-466 (2012).
- Vos, B. P., Hans, G., Adriaensen, H. Behavioral assessment of facial pain in rats: face grooming patterns after painful and non-painful sensory disturbances in the territory of the rat's infraorbital nerve. Pain. 76 (1-2), 173-178 (1998).
- Yeo, J. F., Ong, W. Y., Ling, S. F., Farooqui, A. A. Intracerebroventricular injection of phospholipases A2 inhibitors modulates allodynia after facial carrageenan injection in mice. Pain. 112 (1-2), 148-155 (2004).
- Yeo, J. F., Ling, S. F., Tang, N., Ong, W. Y. Antinociceptive effect of CNS peroxynitrite scavenger in a mouse model of orofacial pain. Experimental Brain Research. 184 (3), 435-438 (2008).
- Hashimoto, T., Ohata, H., Momose, K. Itch-scratch responses induced by lysophosphatidic acid in mice. Pharmacology. 72 (1), 51-56 (2004).
- Kremer, A. E., et al. Lysophosphatidic acid is a potential mediator of cholestatic pruritus. Gastroenterology. 139 (3), 1008-1018 (2010).
- Alemi, F., et al. The TGR5 receptor mediates bile acid-induced itch and analgesia. Journal of Clinical Investigation. 123 (4), 1513-1530 (2013).
- Nieto-Posadas, A., et al. Lysophosphatidic acid directly activates TRPV1 through a C-terminal binding site. Nature Chemical Biology. 8 (1), 78-85 (2011).
- Akiyama, T., Carstens, M. I., Carstens, E. Differential itch- and pain-related behavioral responses and µ-opoid modulation in mice. Acta Dermato-Venereologica. 90 (6), 575-581 (2010).
