Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Kind injektion modell för samtidig mätning av smärta och klåda-relaterade beteenden

Published: September 27, 2019 doi: 10.3791/58943
Automatic Translation
1,2,3,4, 1,2,5, 1,2,3,6
1Thermal Biology Group, Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS), 2Division of Cell Signaling, National Institute for Physiological Sciences, 3Department of Physiological Sciences, Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), 4Research Laboratory, Ikedamohando Co., Ltd., 5Department of Molecular Biomedical Sciences, College of Veterinary Medicine, North Carolina State University, 6Institute for Environmental and Gender-Specific Medicine, Juntendo University

Summary

Vanligtvis används musen hals injektion modell för att utvärdera kliande togen-inducerad Scratch beteenden. Emellertid, modellen ger information endast om klåda, inte smärta. Här, en kind injektion modell introduceras i möss som kan användas för att samtidigt mäta smärta och klåda-relaterade beteenden.

Abstract

Klåda definierades som "en obehaglig kutan sensation som provocerar en önskan att repa" av Rothman i 1941. I musmodeller, Scratch anfall är vanligtvis räknas för att utvärdera klåda induceras av kliande togens. Men tidigare rapporter har visat att algesic ämnen också inducera repor beteenden i en mus hals injektion modell, som är det vanligaste testet används för repor beteenden. Detta fynd gör det svårt att studera klåda hos möss.  Däremot capsaicin, en vanlig algogen, minskad repor beteenden i vissa hals injektion experiment. Därför är effekten av smärta på repor beteenden oklart. Det är därför nödvändigt att utveckla en metod för att samtidigt undersöka klåda och smärta sensation med hjälp av beteendemässiga tester. Här introduceras en kind injektion modell som kan användas för att samtidigt mäta smärta och klåda-relaterade beteenden. I denna modell, kliande togens inducera repor beteenden medan algesic ämnen inducera torka beteenden. Med hjälp av denna modell, lysophosphatidic Acid (LPA), en klåda medlare finns i kolestatisk patienter med klåda, visas uteslutande framkalla klåda men inte smärta. Men i musmodeller, LPA har rapporterats vara både en kliande togen och en algogen. Utredning av effekterna av LPA i en mus kind injektion modell visade att LPA endast inducerade repor, men inte torka beteenden. Detta indikerar att LPA fungerar som en kliande togen på samma sätt i möss och människor, och visar nyttan av en kind injektion modell för klåda forskning.

Introduction

Klåda kännetecknades ursprungligen som en känsla som inducerar repor beteenden att ta bort skadliga material från hudytan. Emellertid, klåda har varit i fokus för terapier för obehagliga förnimmelser orsakade av många sjukdomar såsom atopisk dermatit, neurogena lesioner, och kolestas1. I dessa fall, klåda är en allvarlig obehaglig känsla som liknar smärta. Därför är klåda ett viktigt forskningsmål. Repor beteende är den primära indikatorn på klåda i djurförsök, och repor beteenden kan induceras i möss genom att injicera kliande togens i huden på halsen2,3. Emellertid, en tidigare studie visade att capsaicin, en algogen, också inducerar repor beteenden i en hals injektion modell4, vilket gör det svårt att diskriminera klåda från smärta i denna modell.  Däremot har det visat sig att capsaicin minskat repor beteenden i en hals injektion modell, vilket indikerar att effekten av smärta på repor beteenden är komplicerat och beror på Försöksförhållanden.  Därför, samtidiga mätningar av smärta och klåda-relaterade beteenden skulle möjliggöra en exakt analys av kliande togens och algogens. Steven G. Shimada och Robert H. LaMotte lyckades samtidigt mätningar av smärta och klåda-relaterade beteenden genom att ändra injektionsstället från halsen till kinden4. I kind injektion modellen inducerade capsaicin torka, men inte repor beteenden, medan histamin, en kliande togen, endast inducerad repor beteenden. Därför, denna modell möjliggör oberoende bedömning av klåda och smärta, vilket gör kind injektion en användbar modell för klåda forskning. När man försöker avgöra om en testsubstans är en kliande togen och/eller en algogen, denna modell ger mer information än hals injektion modellen. Denna artikel beskriver en praktisk metod för att utföra kind injektion och räkna anfall av repor eller torka, och visar nyttan av denna metod för att utvärdera repor beteenden induceras av lysophosphatidic Acid (LPA).

Protocol

Alla förfaranden som omfattar vård och användning av djur godkändes av den institutionella djuromsorg och användning kommittén för National Institute of Natural Sciences (16A074), och genomförs i enlighet med riktlinjerna från det nationella institutet för Fysiologiska vetenskaper.

Anmärkning: Det ursprungliga protokollet rapporterades av Steven G. Shimada och Robert H. LaMotte4, och den nuvarande rapporten beskriver dessa metoder med flera modifieringar, inklusive tillägg av en skärm för att förhindra att djuren ser varandra, frånvaron av en antal möss per inspelning, musens stam, Bur storlek och inspelningstid.

1. kind injektion modell

  1. Förberedelse av experiment
    1. Bur
      1. Ställ in fyra burar under en kamera som visas i figur 1. Ställ in en skärm för att förhindra att möss ser varandra. Sätt i varje mus till varje bur och ställa in ett akryl lock för att förhindra flykt av möss. Observera att inspelningar ska utföras i en miljö där temperatur, fuktighet och ljud kontrolleras.
        Anmärkning: Beteenden kan också spelas in utan lock om buren är tillräckligt hög.
    2. Nål och spruta
      1. Använd en 29 G eller 30 G nål som fästs på en 0,5 mL spruta för injektion av testsubstanser. Om testsubstans lösningen är mycket trögflytande krävs större nålar. Observera dock att stora nålar utgör ytterligare fysiska biverkningar.
        Anmärkning: En nål som är ansluten till en spruta med en polyeten röret kan användas.
    3. Video kamera
      1. Använd en videokamera med tillräckligt stora bildrutehastigheter (30-60 bildrutor/s) med relativt hög upplösning för mätning av skraplotter och avtorkning av beteenden.
    4. Programvara för videoanalys
      1. Använd ett videoredigeringsprogram för videouppspelning och-analys. Observera att ett snabbt framåtläge och ett uppspelningsläge för bildruta för bildruta behövs för exakt analys.

Figure 1
Bild 1: video kamera och Cage set-up. Fyra akryl burar med akryl lock, för att förhindra flykt av möss, och en skärm för att förhindra smittsam klåda används. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Injektion och inspelning
    1. En dag före experimentet, raka pälsen på musens kind med hårklippningsmaskiner (film 1). Före rakning, inte hindra möss.
      Anmärkning: CD-1 eller C57BL/6 möss användes mest i denna modell4,5. I denna artikel, manliga 6-12 vecka gamla C57BL/6N möss användes. Observera att känsligheten för kemikalierna kan skilja sig mellan de olika mus stammarna3,6,7.
    2. En dag efter rakning, flytta musen till inspelningen bur för 1 h att acklimatisera den till inspelningsförhållanden. Om en topikal applicering används, applicera den under denna acklimatisering.
      Anmärkning: I denna rapport applicerades 10 μL av 2% (w/v) difenhydraminhydroklorid i saltlösning lokalt 30 min före inspelningen.
    3. Ställ in en videokamera ovanför buren och Starta videoinspelningen innan testsubstansen injiceras. Injicera en 10 μL lösning av testsubstansen intradermalt i den rakade kinden under vakna förhållanden (film 2). Efter injektionen, returnera musen till registrerings buren.
      Anmärkning: I denna rapport användes 50 μg/10 μL histamin, 40 μg/10 μL kapsaicin eller vehikel (7% Tween 80 i saltlösning) som testsubstanser.
    4. Stäng locket på buren och fortsätt videoinspelning i 30 minuter.
      Anmärkning: Den totala inspelningstiden kommer att bero på försöks förhållandena.
  2. Beteendeanalys
    1. Räkna Scratch skjutningar och avtorkning beteenden, respektive. Möss höjer ett bakben mot kinden och repar flera gånger under en eller några sekunder och lägger sedan benet nedåt. Denna serie av åtgärder räknas som en Scratch bout. Repor på andra områden bör inte räknas. Möss använder ett enda framben för att torka och båda frambenen för grooming. Dessa åtgärder bör särskiljas. Endast rensnings beteenden räknas som smärtrelaterade beteenden.
      Anmärkning: Varje åtgärd visas i figur 2, Movie 3, Movie 4och Movie 5.

Figure 2
Bild 2: typisk mus aktivitet under inspelning. Paneler A-C är illustrationer som representerar avtorkning beteende med höger framben (a), repor beteende med rätt bakbenet (B) och grooming beteende med båda frambenen (C). Möss höjer en bakben mot kinden och skrapa flera gånger under en eller några sekunder, sedan lägga det benet ner. Denna serie av åtgärder räknas som en Scratch bout. Repor på andra områden bör inte räknas. Möss använder ett enda framben för att torka och båda frambenen för grooming. Dessa åtgärder bör särskiljas. Endast rensnings beteenden räknas som smärtrelaterade beteenden. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

2. hals injektion modell

  1. Injektion och inspelning
    1. En dag före experimentet, raka pälsen på nacken av musens hals med hårklippningsmaskiner efter ca 5% isofluran inandning för 2-3 min.
    2. En dag efter rakning, flytta musen till inspelningen bur för 1 h att acklimatisera den till inspelningsförhållanden.
    3. Ställ in en videokamera ovanför buren (bild 1) och Starta videoinspelningen innan testsubstansen injiceras. Injicera en 10 μL lösning av testsubstansen intradermalt i den rakade halsen under vakna förhållanden. Efter injektionen, returnera musen till registrerings buren.
      Anmärkning: I denna artikel användes 50 μg/10 μL histamin, 10 μg/10 μL eller 40 μg/10 μL kapsaicin eller vehikel (7% Tween 80 i saltlösning) som testsubstanser.
    4. Stäng locket på buren och fortsätt videoinspelning i 30 minuter.
      Anmärkning: Den totala inspelningstiden beror på försöks förhållandena.
  2. Beteendeanalys
    1. Räkna Scratch bout beteenden. Möss höjer en bakben mot halsen och skrapa flera gånger under en eller några sekunder, sedan lägga det benet ner. Denna serie av åtgärder räknas som en Scratch bout. Repor på andra områden bör inte räknas.
      Anmärkning: Effekten av repor är liknande den i kind injektion modell, förutom att placeringen av repor flyttas till halsen.

Representative Results

I hals injektion modellen inducerade histamin starka repor beteenden (figur 3). Fordon (7% Tween 80 i saltlösning) också inducerade repor beteenden. En tidigare rapport visade att tvättmedel inducerad klåda av histaminproduktion från keratinocyter8. Tween 80 kan framkalla klåda genom liknande mekanismer, medan capsaicin minskade fordonsframkallade repor beteenden, i motsats till en tidigare rapport4. Det är möjligt att musen stam skillnader kan redogöra för dessa olika resultat. Dessa fynd tyder på att effekten av smärta på repor beteenden är komplicerat. Därför, samtidig mätning av smärta och klåda-relaterade beteenden kan möjliggöra en exakt analys av kliande togens och algogens. I kind injektion modellen inducerade capsaicin inte repor beteenden och endast inducerad torka beteenden, som tros vara relaterade till smärta9,10,11 (figur 4). Capsaicin injektion också ökad grooming beteenden (data visas inte). Efter injektion i kinden, histamin främst inducerad repor beteenden med svaga torka beteenden. Tillämpningen av en anti-histamin reagens, difenhydramin, hämmade repor. Detta resultat tyder på att histamininducerad repor beteenden orsakas av verkan av histamin på histaminreceptorer. Här visas, som ett exempel, effekterna av LPA i kind insprutnings modellen (figur 5). LPA är en klåda medlare finns i kolestatisk patienter med klåda. Men i musmodeller, LPA rapporterades som både en kliande togen och en algogen12,13,14,15. Därför, effekterna av LPA undersöktes i en kind injektion modell och resultat visade att LPA inducerad repor, men inte torka beteenden. Detta indikerar att LPA är en kliande togen, men inte en algogen, i möss som liknar dess effekter på människor.

Figure 3
Figur 3: effekter av histamin och kapsaicin i halsen injektion modell. a) reporbeteenden induceras av injektion av fordon (7% Tween 80 i saltlösning, öppen fyrkant), histamin (50 μg/10 μl per plats, fyllda cirklar) eller kapsaicin ( 10 μg/10 μL per anläggning, öppen triangel; 40 μg/10 μL per anläggning, fylld triangel) i nacken bedömdes var 5 min för totalt 30 min. (B) kvantitativ analys av de repande beteenden under 30 min period i panel a. ∗ ∗P < 0,01 av ANOVA följt av Bonferroni Korrigering. Data visas som medelvärdet ± SEM (n = 6-8). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: effekter av en kliande togen och en algogen i kind injektion modellen. Avtorkning (A) och repor (B) beteenden inducerade genom injektion av vehikel (7% Tween 80 i saltlösning, öppen fyrkant), histamin (50 μg/10 μl per plats, fyllda cirklar) eller kapsaicin (40 μg/10 μl per anläggning, fylld triangel) i den högra kinden hos möss bedöms var 5 min för totalt 30 min. Gruppen som visas som öppna cirklar behandlades med 10 μL av 2% (w/v) difenhydraminhydroklorid salt (DHHCL) perkutant 30 min före histamininjektion (50 μg/10 μL per anläggning). DHHCl upplöstes i saltlösning. Kvantitativ analys av avtorkning (C) och repor (D) beteenden under 30 min period i paneler A och B; n = 8 djur per grupp. ∗P < 0,05, ∗ ∗p ≪ 0,01 av ANOVA följt av Bonferroni Correction. Data visas som medelvärdet ± SEM. vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5: LPA inducerar repor, men inte torka beteenden i kind injektion modellen. Repor (A) och avtorkning (B) beteenden som induceras genom injektion av fordon (saltlösning, öppna KVADRATER) eller LPA (100 nmol/10 μl per plats, fyllda cirklar) till höger kind av möss bedömdes var 5 min för totalt 30 min. kvantitativ analys av repor (C) och avtorkning (D) beteenden under 30 min period i paneler A och B; n = 17 för fordon och n = 20 för LPA. ∗P < 0,05, ∗ ∗p ≪ 0,01 med Welch t -test. Data visas som medelvärdet ± SEM. Denna siffra har modifierats från Kittaka et al.5. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Movie 1
Film 1: film som visar hur man raka en mus kind. Klicka här för att se den här videon. (Högerklicka för att ladda ned.)

Movie 2
Film 2: film som visar injektionen i en mus kind. vänligen klicka här för att se den här videon. (Högerklicka för att ladda ned.)

Movie 3
Film 3: film som demonstrerar typiskt rensnings beteende. Den här filmen visas med 25% hastighet. Vänligen klicka här för att se denna video. (Högerklicka för att ladda ned.)

Movie 4
Film 4: film av typiska repor beteende. vänligen klicka här för att se denna video. (Högerklicka för att ladda ned.)

Movie 5
Film 5: film av typiska grooming beteende. Den här filmen visas med 25% hastighet. Vänligen klicka här för att se denna video. (Högerklicka för att ladda ned.)

Discussion

I denna artikel, en kind injektion modell introduceras och visat sig vara användbara för analys av smärta och klåda-relaterade beteenden.

En tidigare rapport visade att algesic ämnen inducerar repor beteenden i en mus hals injektion modell4. I motsats till detta minskade capsaicin repbeteenden i andra försök med hals injektion (figur 3). Därför är effekten av smärta på repor beteende fortfarande oklart. Det är därför nödvändigt att utveckla en metod för att samtidigt undersöka smärta och klåda genom beteendemässiga tester. Genom att använda en kind injektion modell, effekten av ett ämne på både smärta och klåda kan utvärderas.

Det har tidigare rapporterats att intracellulär LPA direkt aktiverar TRPV1 och TRPA1 som en mekanism av LPA-inducerad klåda5. Följaktligen, LPA-inducerad klåda kan vara histamin oberoende. En tidigare studie visade också att en kind injektion modell kan användas för utvärdering av histamin-oberoende klåda16. Därför, denna modell kan användas för både histamin-beroende och-oberoende klåda.

En av de kritiska stegen i detta experiment är injektionen. Eftersom detta är ett akut beteende test, anestesi kan inte användas i injektion steg eftersom det kan påverka dessa beteenden. Därför måste musen hållas säkert för att utföra en exakt injektion. När hålla på djuret inte är säker, särskilt när injicera starka algogens, möss kan kämpa, vilket leder till en felaktig injektion volym och djup, följt av svårigheter att tolka resultaten. Vid hantering av en mus, dra huden på nacken mellan tummen och pekfingret för att hämma förflyttning av musen.

Ett annat kritiskt steg är beteende analysen. Eftersom repor är mycket snabb, måste videon bevakas noggrant. Dessutom kan torka vara svårt att skilja från grooming. Därför rekommenderas användning av positiva kontrollkemikalier såsom capsaicin under det första experimentet. Inspelnings-och repetitions förhållanden kan också påverka räkning av båda beteenden. Om det är svårt att tydligt Observera beteenden, kan speglar användas runt burar för att förbättra betraktningsvinklar4.

Det bör noteras att kind injektion modellen kan visa reducerad kvantitativ noggrannhet för de testade kemikalierna än i halsen injektion modellen. Som visas i figur 3 och figur 4, samma mängd histamin inducerade mer repor beteenden i nacken modellen än i kind modellen, och visade mindre variation i halsen injektion modellen. När en testad substans har visat sig vara en kliande togen med låga algesic effekter med kind injektion modellen, hals injektion modellen rekommenderas för ytterligare kvantitativ analys. Även med dessa begränsningar, kind injektion modellen är användbar för den exakta utvärderingen av testsubstanser, särskilt när det gäller klåda forskning.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Vi är tacksamma mot DRS. Steven G. Shimada och Robert H. LaMotte (Yale University School of Medicine, Connecticut) från vars metoder (referens 4) denna teknik anpassades. Vi tackar också Mr Kentaro Miyahara för att skapa musen illustrationer. Denna studie stöddes av ett bidrag-in-Aid för vetenskaplig forskning från ministeriet för utbildning, kultur, sport, vetenskap och teknik i Japan (nos. 15H02501 och 15H05928 till MT, och nr 16K21691 till H.K.) och Uehara Memorial Foundation (till H.K.). Vi uppskattar introduktionen av kind injektionsmetoden av prof. LaMotte vid 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ikoma, A., Steinhoff, M., Stander, S., Yosipovitch, G., Schmelz, M. The neurobiology of itch. Nature Reviews Neuroscience. 7 (7), 535-547 (2006).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Shimada, S. G., LaMotte, R. H. Behavioral differentiation between itch and pain in mouse. Pain. 139 (3), 681-687 (2008).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Inagaki, N., et al. Scratching behavior in various strains of mice. Skin Pharmacology and Applied Skin Physiology. 14 (2), 87-96 (2001).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Hashimoto, T., Ohata, H., Momose, K. Itch-scratch responses induced by lysophosphatidic acid in mice. Pharmacology. 72 (1), 51-56 (2004).
  13. Kremer, A. E., et al. Lysophosphatidic acid is a potential mediator of cholestatic pruritus. Gastroenterology. 139 (3), 1008-1018 (2010).
  14. Alemi, F., et al. The TGR5 receptor mediates bile acid-induced itch and analgesia. Journal of Clinical Investigation. 123 (4), 1513-1530 (2013).
  15. Nieto-Posadas, A., et al. Lysophosphatidic acid directly activates TRPV1 through a C-terminal binding site. Nature Chemical Biology. 8 (1), 78-85 (2011).
  16. 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).

Tags

Neurovetenskap repor klåda smärta beteende histamin capsaicin
Kind injektion modell för samtidig mätning av smärta och klåda-relaterade beteenden
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Yamanoi, Y., Kittaka, H., Tominaga,… More

Yamanoi, Y., Kittaka, H., Tominaga, M. Cheek Injection Model for Simultaneous Measurement of Pain and Itch-related Behaviors. J. Vis. Exp. (151), e58943, doi:10.3791/58943 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter