Summary
Vanligvis brukes musen nakke injeksjon modellen for å evaluere pruritogen-indusert scratch atferd. Men modellen gir informasjon bare på kløe, ikke smerte. Her er en kinn injeksjon modell innført i mus som kan brukes til å samtidig måle smerte og kløe-relatert atferd.
Abstract
Kløe ble definert som "en ubehagelig hud følelse som provoserer et ønske om å klø" av Rothman i 1941. I musemodeller, scratch anfall er vanligvis telles å evaluere kløe indusert av pruritogens. Imidlertid, foregående meddeler ha vist det algesic substans likeledes indusere avlysning opptreden inne en musen hals injeksjon modell, hvilke er de fleste vanlig test anvendt for avlysning opptreden. Dette funnet gjør det vanskelig å studere kløe i mus. I kontrast, capsaicin, en felles algogen, redusert skrape atferd i noen nakke injeksjon eksperimenter. Derfor er effekten av smerte på skrape atferd fortsatt uklart. Det er derfor nødvendig å utvikle en metode for å samtidig undersøke kløe og smerte følelse ved hjelp av atferds tester. Her er en kinn injeksjon modell innført som kan brukes til å samtidig måle smerte-og kløe-relatert atferd. I denne modellen, pruritogens indusere skrape atferd mens algesic stoffer induserer tørke atferd. Ved hjelp av denne modellen, lysophosphatidic acid (LPA), en kløe mekler som finnes i kolestatisk pasienter med kløe, er vist å utelukkende indusere kløe, men ikke smerte. I musemodeller har imidlertid LPA blitt rapportert å være både en pruritogen og en algogen. Gransking av virkningene av LPA i en mus kinn injeksjon modell viste at LPA bare indusert skrape, men ikke tørke atferd. Dette indikerer at LPA fungerer som en pruritogen tilsvarende i mus og mennesker, og demonstrerer nytten av en kinn injeksjon modell for kløe forskning.
Introduction
Kløe ble opprinnelig karakterisert som en sensasjon som induserer skrape atferd for å fjerne skadelige materialer fra hudoverflaten. Imidlertid har kløe vært fokus for behandling for ubehagelige opplevelser forårsaket av mange sykdommer som atopisk dermatitt, neurogenic lesjoner, og kolestase1. I disse tilfellene er kløe en alvorlig ubehagelig følelse som ligner på smerte. Derfor representerer kløe et viktig forsknings mål. Avlysning opptreden er det primære indikatoren av klø inne dyr eksperimenter, og avlysning opptreden kan indusert inne mus av injisere pruritogens inn i hud opp på deres hals2,3. Men en tidligere studie viste at capsaicin, en algogen, også induserer skrape atferd i en nakke injeksjon modell4, noe som gjør det vanskelig å diskriminere kløe fra smerte i denne modellen. Inne kontrasten, den har blitt grunnlegge det capsaicin nedsatte avlysning opptreden inne en hals injeksjon modell, angir det effekten av smerte opp på avlysning opptreden er innviklet og avhenger på eksperimentelle vilkårene. Derfor samtidige målinger av smerte og kløe relatert atferd ville muliggjøre presis analyse av pruritogens og algogens. Steven G. Shimada og Robert H. LaMotte lyktes i samtidige målinger av smerte og kløe-relatert atferd ved å endre injeksjonsstedet fra nakken til kinnet4. I kinnet injeksjon modell, capsaicin indusert tørke, men ikke skrape atferd, mens histamin, en pruritogen, bare indusert skrape atferd. Derfor gjør denne modellen den uavhengige vurderingen av kløe og smerte, noe som gjør kinnet injeksjon en nyttig modell for kløe forskning. Når du prøver å finne ut om et test stoff er en pruritogen og/eller en algogen, gir denne modellen mer informasjon enn nakke injeksjon modellen. Denne artikkelen beskriver en praktisk metode for å utføre kinnet injeksjon og telle utbrudd av skrape eller tørke, og viser nytten av denne metoden for å evaluere skrape atferd indusert av lysophosphatidic acid (LPA).
Protocol
Alle prosedyrer som involverer Stell og bruk av dyr ble godkjent av den institusjonelle Animal Care og bruk Committee of the National Institute of Natural Sciences (16A074), og utført i samsvar med retningslinjene for National Institute for Fysiologiske vitenskaper.
Merk: Den opprinnelige protokollen ble rapportert av Steven G. Shimada og Robert H. LaMotte4, og den nåværende rapporten beskriver disse metodene med flere modifikasjoner, inkludert tillegg av en skjerm for å hindre dyrene fra å se hverandre, fraværet av en speil, antall mus per opptak, mus belastning, bur størrelse, og opptakstid.
1. kinnet injeksjon modell
-
Forberedelse til eksperimenter
- Bur
- Sett fire bur under et kamera som vist i figur 1. Angi et skjermbilde for å hindre at musene ser hverandre. Putte inne hver musen å hver bur og sette en akryl lokk å forhindre flukt av mus. Merk at opptak skal utføres i et miljø der temperatur, fuktighet og lyd styres.
Merk: Opptreden kanne likeledes være registrert uten en lokk hvis byrået er tilstrekkelig høy.
- Sett fire bur under et kamera som vist i figur 1. Angi et skjermbilde for å hindre at musene ser hverandre. Putte inne hver musen å hver bur og sette en akryl lokk å forhindre flukt av mus. Merk at opptak skal utføres i et miljø der temperatur, fuktighet og lyd styres.
- Nål og sprøyte
- Bruk en 29 G eller 30 G nål festet til en 0,5 mL sprøyte for injeksjon av test stoffer. Hvis test stoff løsningen er svært tyktflytende, kreves det større nåler. Vær imidlertid oppmerksom på at store nåler utgjøre ytterligere fysiske bivirkninger.
Merk: En nål som er koblet til en sprøyte med et polyetylen rør kan brukes.
- Bruk en 29 G eller 30 G nål festet til en 0,5 mL sprøyte for injeksjon av test stoffer. Hvis test stoff løsningen er svært tyktflytende, kreves det større nåler. Vær imidlertid oppmerksom på at store nåler utgjøre ytterligere fysiske bivirkninger.
- Video kamera
- Bruk et videokamera med tilstrekkelig store bildefrekvenser (30-60 rammer/s) med relativt høy oppløsning for måling av riper kamper og tørke atferd.
- Programvare for video analyse
- Bruk et videoredigeringsprogram for videoavspilling og-analyse. Legg merke til at en modus for spoling fremover og en bilde-for-bilde-avspilling er nødvendig for presis analyse.
- Bur
Figur 1: video kamera og ramme oppsett. Fire akryl bur med akryl lokk, for å hindre flukt av mus, og en skjerm for å forebygge smittsom kløe blir brukt. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
-
Injeksjon og opptak
- En dag før eksperimentet, barbere pelsen på musen kinn med hår Clippers (film 1). Før barbering, ikke begrense mus.
Merk: CD-1 eller C57BL/6 mus ble mest brukt i denne modellen4,5. I denne artikkelen, mannlige 6-12 uke gamle C57BL/6N mus ble brukt. Merk at følsomhet for kjemikalier kan være forskjellig mellom de ulike mus stammer3,6,7. - En dag etter barbering flytter du musen til opptaks buret for 1 time for å akklimatisere seg den til opptaksforholdene. Hvis en aktuell applikasjon brukes, kan du bruke den i løpet av denne acclimation perioden.
Merk: I denne rapporten, 10 μL av 2% (w/v) difenhydramin hydrochloride salt i saltvann ble lokalt brukt 30 min før innspillingen. - Sett et videokamera over buret, og starte video innspillingen før testen stoffet injeksjon. Injiser en 10 μL løsning av test stoffet intradermalt inn i det barberte kinnet under våken forhold (film 2). Etter injeksjonen, returner musen til opptaks buret.
Merk: I denne rapporten ble 50 μg/10 μL histamin, 40 μg/10 μL capsaicin eller kjøretøy (7% mellom 80 i saltvann) brukt som test stoffer. - Lukk lokket på buret og Fortsett video innspillingen i 30 min.
Merk: Den totale opptakstiden vil avhenge av de eksperimentelle forholdene.
- En dag før eksperimentet, barbere pelsen på musen kinn med hår Clippers (film 1). Før barbering, ikke begrense mus.
-
Atferdsanalyse
- Greven avlyse anfall og utslettelse opptreden, respectively. Mus heve et hind etappe mot kinnet og klø flere ganger over en eller noen få sekunder, og deretter sette beinet ned. Denne serien med handlinger telles som en ripe kamp. Riper i andre områder bør ikke telles. Mus bruker en enkelt forben for å tørke og begge forbena for Stell. Disse handlingene bør skilles. Bare tørke atferd telles som smerte relatert atferd.
Merk: Hver handling vises i figur 2, film 3, film 4og film 5.
- Greven avlyse anfall og utslettelse opptreden, respectively. Mus heve et hind etappe mot kinnet og klø flere ganger over en eller noen få sekunder, og deretter sette beinet ned. Denne serien med handlinger telles som en ripe kamp. Riper i andre områder bør ikke telles. Mus bruker en enkelt forben for å tørke og begge forbena for Stell. Disse handlingene bør skilles. Bare tørke atferd telles som smerte relatert atferd.
Figur 2: vanlig museaktivitet under opptak. Panel A-C er illustrasjoner som representerer tørke atferd med høyre forben (A), skrape atferd med høyre hind etappe (B) og grooming atferd med både forbena (C). Mus heve et hind etappe mot kinnet og klø flere ganger over en eller noen få sekunder, og deretter sette beinet ned. Denne serien med handlinger telles som en ripe kamp. Riper i andre områder bør ikke telles. Mus bruker en enkelt forben for å tørke og begge forbena for Stell. Disse handlingene bør skilles. Bare tørke atferd telles som smerte relatert atferd. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
2. nakke injeksjon modell
-
Injeksjon og opptak
- En dag før eksperimentet, barbere pelsen på nakken av musen halsen med hår Clippers etter ca 5% isoflurane inhalasjon for 2-3 min.
- En dag etter barbering flytter du musen til opptaks buret for 1 time for å akklimatisere seg den til opptaksforholdene.
- Sett et videokamera over buret (figur 1), og start video innspillingen før testen stoffet injeksjon. Injiser en 10 μL løsning av test stoffet intradermalt inn i den barberte nakken under våken forhold. Etter injeksjonen, returner musen til opptaks buret.
Merk: I denne artikkelen ble 50 μg/10 μL histamin, 10 μg/10 μL eller 40 μg/10 μL capsaicin, eller kjøretøy (7% mellom 80 i saltvann) brukt som test stoffer. - Lukk lokket på buret og Fortsett video innspillingen i 30 min.
Merk: Total opptakstid vil avhenge av eksperimentelle forhold.
-
Atferdsanalyse
- Count scratch bout atferd. Mus heve en hind etappe mot halsen og klø flere ganger over en eller noen få sekunder, og deretter sette beinet ned. Denne serien med handlinger telles som en ripe kamp. Riper i andre områder bør ikke telles.
Merk: Handlingen av skrape er lik som i kinnet injeksjon modell, bortsett fra at plasseringen av skrape er forskjøvet til halsen.
- Count scratch bout atferd. Mus heve en hind etappe mot halsen og klø flere ganger over en eller noen få sekunder, og deretter sette beinet ned. Denne serien med handlinger telles som en ripe kamp. Riper i andre områder bør ikke telles.
Representative Results
I nakke injeksjon modell, histamin indusert sterk skrape atferd (Figur 3). Kjøretøy (7% mellom 80 i saltvann) også indusert skrape atferd. En tidligere rapport viste at vaskemiddel indusert kløe ved histamin produksjon fra keratinocytter8. Mellom 80 kunne indusere kløe ved lignende mekanismer, mens capsaicin redusert kjøretøy-indusert skrape atferd, i strid med en tidligere rapport4. Det er mulig at forskjeller i mus belastningen kan gjøre rede for disse ulike resultatene. Disse funnene tyder på at effekten av smerte på skrape atferd er komplisert. Derfor, samtidig måling av smerte og kløe-relatert atferd kan muliggjøre presis analyse av pruritogens og algogens. I kinnet injeksjon modell, capsaicin ikke indusere skrape atferd og bare indusert tørke atferd, som antas å være relatert til smerte9,10,11 (Figur 4). Capsaicin injeksjon også økt grooming atferd (data ikke vist). Etter injeksjon i kinnet, histamin hovedsakelig indusert skrape atferd med svak tørke atferd. Anvendelsen av en anti-histamin reagens, difenhydramin, hemmet skrape. Dette resultatet tyder på at histamin-indusert skrape atferd er forårsaket av handlingen av histamin på histamin reseptorer. Her, som et eksempel, er effekten av LPA i kinnet injeksjon modellen vist (figur 5). LPA er en kløe mellom mann som finnes hos kolestatisk pasienter med kløe. Men i musemodeller ble LPA rapportert som både en pruritogen og en algogen12,13,14,15. Derfor ble effekten av LPA undersøkt i en kinn injeksjon modell og resultatene viste at LPA indusert skrape, men ikke tørke atferd. Dette indikerer at LPA er en pruritogen, men ikke en algogen, i mus som ligner på dens virkninger hos mennesker.
Figur 3: effekter av histamin og capsaicin i nakke injeksjon modellen. (A) skrape atferd indusert ved injeksjon av kjøretøy (7% mellom 80 i saltvann, åpen firkant), histamin (50 μg/10 μL per område, fylte sirkler) eller capsaicin ( 10 μg/10 μL per område, åpen trekant; 40 μg/10 μL per område, fylt trekant) i nakken ble vurdert hver 5 min for totalt 30 min. (B) kvantitativ analyse av skrape atferd i løpet av 30 min periode i panel a. ∗ ∗P < 0,01 av Anova etterfulgt av Bonferroni Korreksjon. Data vises som gjennomsnittet ± SEM (n = 6-8). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: effekter av en pruritogen og en algogen i kinnet injeksjon modell. Tørke (A) og skrape (B) atferd indusert ved injeksjon av kjøretøy (7% mellom 80 i saltvann, åpen firkant), histamin (50 μg/10 μL per område, fylte sirkler) eller capsaicin (40 μg/10 μL per område, fylt trekant) i høyre kinn av mus ble vurdert hver 5 min for totalt 30 min. Gruppen vist som åpne sirkler ble behandlet med 10 μL av 2% (w/v) difenhydramin hydrochloride salt (DHHCL) perkutant 30 min før histamin injeksjon (50 μg/10 μL per område). DHHCl ble oppløst i saltvann. Kvantitativ analyse av tørke (C) og skrape (D) atferd i løpet av 30 min periode i paneler A og B; n = 8 dyr per gruppe. ∗P < 0,05, ∗ ∗p < 0,01 av Anova etterfulgt av Bonferroni korreksjon. Data vises som gjennomsnittet ± SEM. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: LPA induserer riper, men ikke tørke atferd i kinnet injeksjon modellen. Skrape (A) og tørke (B) atferd indusert ved injeksjon av kjøretøy (saltvann, åpne firkanter) eller LPA (100 nmol/10 μL per område, fylte sirkler) i høyre kinn av mus ble vurdert hver 5 min for totalt 30 min. kvantitativ analyse av skrape (C) og tørke (D) atferd i løpet av 30 min periode i paneler A og B; n = 17 for kjøretøy og n = 20 for LPA. ∗P < 0,05, ∗ ∗p < 0,01 av Welch ' s t -test. Data vises som gjennomsnittet ± SEM. Dette tallet har blitt modifisert fra Kittaka et al.5. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Film 1: film demonstrasjon hvordan å barbere musen kinnet. Vennligst klikk her for å se denne videoen. (Høyreklikk for å laste ned.)
Film 2: film demonstrasjon av injeksjon i en mus kinn. Vennligst klikk her for å se denne videoen. (Høyreklikk for å laste ned.)
Film 3: film demonstrasjon typisk tørke av opptreden. Denne filmen er vist med 25% fart. Vennligst klikk her for å se denne videoen. (Høyreklikk for å laste ned.)
Film 4: film av typisk avlysning opptreden. please Klikk her for å se denne videoen. (Høyreklikk for å laste ned.)
Film 5: film av typisk grooming opptreden. Denne filmen er vist med 25% fart. Vennligst klikk her for å se denne videoen. (Høyreklikk for å laste ned.)
Discussion
I denne artikkelen er en kinn injeksjon modell innført og vist å være nyttig for analyse av smerte og kløe-relatert atferd.
En tidligere rapport viste at algesic stoffer induserer skrape atferd i en mus nakke injeksjon modell4. I kontrast capsaicin redusert ripe atferd i andre nakke injeksjon eksperimenter (Figur 3). Derfor er effekten av smerte på skrape oppførsel uklart. Det er derfor nødvendig å utvikle en metode for samtidig å undersøke smerte og kløe gjennom atferds tester. Ved å bruke en kinn injeksjon modell, effekten av et stoff på både smerte og kløe kan evalueres.
Det har tidligere blitt rapportert at intracellulære LPA direkte aktiverer TRPV1 og TRPA1 som en mekanisme av LPA-indusert kløe5. Følgelig kan LPA-indusert kløe være histamin uavhengig. En tidligere studie viste også at en kinn injeksjon modell kan brukes til evaluering av histamin-uavhengige kløe16. Derfor kan denne modellen brukes for både histamin-avhengige og-uavhengige kløe.
En av de kritiske trinnene i dette eksperimentet er injeksjonen. Fordi dette er en akutt atferds test, kan anestesi ikke brukes i injeksjon trinn som det kan påvirke disse atferd. Derfor må musen holdes trygt for å utføre en presis injeksjon. Når holde på dyret er ikke sikker, spesielt når sprøytebruk sterk algogens, mus mai kamp, fører til en unøyaktig injeksjon volum og dybde, etterfulgt av vanskeligheter med å tolke resultatene. Når du håndterer en mus, trekk huden på nakken mellom tommelen og pekefingeren for å hemme bevegelsen av musen.
Et annet kritisk trinn er atferdsanalysen. Fordi avlysning er meget rask, det video nødvendig å bli iakttar forsiktig. Dessuten, utslettelse kan vanskelig å skjelne fra grooming. Derfor anbefales bruk av positive kontroll kjemikalier som capsaicin under det første eksperimentet. Opptaks-og repetisjons forhold kan også påvirke telling av begge handlingene. Hvis det er vanskelig å tydelig observere atferd, kan speil brukes rundt burene for å forbedre visningsvinkler4.
Det bør bemerkes at kinnet injeksjon modellen kan vise redusert kvantitativ nøyaktighet for testet kjemikalier enn i nakke injeksjon modellen. Som vist i Figur 3 og Figur 4, den samme mengden histamin indusert mer skrape atferd i nakken modellen enn i kinnet modell, og viste mindre variasjon i nakke injeksjon modellen. Når et testet stoff har vist å være en pruritogen med lav algesic effekter med kinnet injeksjon modellen, nakke injeksjon modellen anbefales for ytterligere kvantitativ analyse. Selv med disse begrensningene, er kinnet injeksjon modellen nyttig for nøyaktig evaluering av test stoffer, spesielt innen kløe forskning.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Vi er takknemlige til DRS. Steven G. Shimada og Robert H. LaMotte (Yale University School of Medicine, Connecticut) fra hvis metoder (referanse 4) denne teknikken ble tilpasset. Vi takker også Mr. Kentaro Miyahara for å lage musen illustrasjoner. Denne studien ble støttet av en Grant-in-Aid for vitenskapelig forskning fra departementet for utdanning, kultur, sport, vitenskap og teknologi i Japan (NOS. 15H02501 og 15H05928 til M.T., og no. 16K21691 til H.K.) og Uehara Memorial Foundation (til H.K.). Vi setter pris på innføringen av kinnet injeksjon metoden ved 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).
