Il test meccanico di evitamento dei conflitti viene utilizzato come lettura non riflessiva della sensibilità al dolore nei topi che può essere utilizzata per comprendere meglio le risposte affettivo-motivazionali in una varietà di modelli di dolore murino.
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Articolo metodologico
Saggio meccanico di prevenzione dei conflitti per misurare il comportamento del dolore nei topi
In questo articolo
Sommario
Abstract
Il dolore comprende sia le dimensioni sensoriali (nocicettive) che affettive (spiacevoli). Nei modelli preclinici, il dolore è stato tradizionalmente valutato utilizzando test riflessivi che consentono inferenze riguardanti la componente nocicettiva del dolore, ma forniscono poche informazioni sulla componente affettiva o motivazionale del dolore. Lo sviluppo di test che catturino questi componenti del dolore è quindi importante dal punto di vista della traduzione. Quindi, i ricercatori devono utilizzare saggi comportamentali non riflessivi per studiare la percezione del dolore a quel livello. L'evitamento meccanico dei conflitti (MCA) è un test volontario di comportamento non riflessivo stabilito, per studiare le risposte motivazionali a uno stimolo meccanico nocivo in un paradigma a 3 camere. Un cambiamento nella preferenza di posizione di un topo, di fronte a stimoli nocivi concorrenti, viene utilizzato per dedurre la sgradevolezza percepita della luce intensa rispetto alla stimolazione tattile delle zampe. Questo protocollo delinea una versione modificata del test MCA che i ricercatori del dolore possono utilizzare per comprendere le risposte affettivo-motivazionali in una varietà di modelli di dolore murino. Sebbene non siano specificamente descritti qui, i nostri dati MCA di esempio utilizzano l'adiuvante di Freund completo intraplantarare (CFA), la lesione nervosa risparmiata (SNI) e un modello di frattura / fusione come modelli di dolore per illustrare la procedura MCA.
Introduzione
Il dolore è un'esperienza complessa con componenti sensoriali e affettive. Una riduzione della soglia di percezione del dolore e l'ipersensibilità agli stimoli termici e/o meccanici sono caratteristiche chiave di questa esperienza, che i test di comportamento del dolore evocati dallo stimolo possono catturare (come il test di sensibilità al calore di Hargreaves e il test di von Frey di sensibilità meccanica)1,2. Sebbene tali test forniscano risultati robusti e riproducibili, sono limitati dalla loro dipendenza dal ritiro riflessivo da uno stimolo nocivo percepito. Ciò ha messo in discussione una continua dipendenza della ricerca sul dolore solo su questi test. A tal fine, i ricercatori del dolore hanno esplorato per diversi anni test comportamentali alternativi / complementari da utilizzare nei modelli di dolore dei roditori nel tentativo di catturare più componenti affettive e / o motivazionali del dolore. Queste misure non evocate, volontarie o non riflessive (ad esempio, corsa delle ruote, attività di scavatura, preferenza del luogo condizionato 3,4,5) vengono implementate nel tentativo di migliorare la traducibilità della ricerca preclinica sul dolore.
Il test di prevenzione meccanica dei conflitti (MCA) è stato originariamente descritto da Harte et al. nel 20166, è usato prevalentemente nei ratti 7,8 e rappresenta una modifica di un approccio precedente - il paradigma di fuga-evitamento del luogo. In questo approccio, uno stimolo nocivo della zampa posteriore viene eseguito in una camera (scura) altrimenti desiderabile per guidare il comportamento intenzionale dell'animale a sfuggire / evitare tale stimolazione 9,10. Invece di fare affidamento sulla stimolazione nociva manuale della zampa posteriore da parte di un osservatore, il test MCA costringe i topi a negoziare uno stimolo potenzialmente nocivo per sfuggire a un ambiente avverso e raggiungere la camera oscura. Il conflitto/evitamento che dà il nome al saggio nasce da queste due motivazioni in competizione: fuggire da zone illuminate ed evitare la stimolazione nociva delle zampe. Il test MCA condivide anche le caratteristiche con il test condizionato delle preferenze di luogo, in cui l'abbinamento di sollievo dal dolore con segnali ambientali guida cambiamenti nel comportamento che riflettono una preferenza per il contesto antidolorifico / gratificante11.
Fondamentalmente parlando, tutti questi saggi condividono un approccio simile: utilizzare uno spostamento nella preferenza di un animale per un ambiente avversivo rispetto a un altro come indicatore del loro stato affettivo / motivazionale. Il test MCA è un paradigma a 3 camere costituito da una camera illuminata seguita da una camera centrale scura con sonde ad altezza regolabili e una terza camera scura senza stimoli avversi. Un topo illeso è tipicamente motivato a fuggire in una camera oscurata, data l'innata avversione dei roditori alla luce intensa12. In questo esempio, la motivazione naturale a fuggire da un ambiente illuminato supera la riluttanza a incontrare la stimolazione della zampa posteriore (le sonde di altezza regolabili), che si verifica esclusivamente nell'ambiente oscurato. Al contrario, un topo che avverte dolore (a causa di infiammazione o neuropatia, ad esempio) può scegliere di trascorrere più tempo nell'ambiente illuminato, poiché vi è la motivazione per evitare la spiacevole esperienza tattile delle sonde meccaniche nell'impostazione di ipersensibilità tattile in corso.
In questo articolo viene descritta una versione modificata del test MCA. Abbiamo adattato il metodo originale (che è stato eseguito nei ratti6) per l'uso nei topi. Abbiamo anche ridotto il numero di altezze della sonda testate da sei a tre (0, 2 e 5 mm sopra l'altezza del pavimento) al fine di semplificare l'acquisizione dei dati. Questo approccio è stato testato su più modelli di dolore e convalidato con analgesici noti, indicando che l'ipersensibilità al dolore e / o i cambiamenti affettivi e motivazionali associati stanno guidando questi cambiamenti nel comportamento. Questo approccio è relativamente veloce da condurre e adattabile rispetto ad altre misure non riflessive, che possono richiedere molti giorni di assuefazione e allenamento 1,2. Di concerto con altre misure del dolore, MCA può generare preziose intuizioni sugli aspetti affettivi e motivazionali del dolore.
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Protocollo
Tutti gli esperimenti che coinvolgono l'uso di topi e le procedure ivi seguite sono stati approvati dai comitati istituzionali per la cura e l'uso degli animali del MD Anderson Cancer Center e della Stanford University, in stretta conformità con la Guida del National Institutes of Health per la cura e l'uso degli animali da laboratorio.
1. Costruzione MCA
- Camera di costruzione 1 con le seguenti dimensioni: 125 mm x 125 mm x 125 mm (larghezza x profondità x altezza) da acrilico bianco opaco di 3 mm di spessore utilizzato per le pareti laterali, pavimento, soffitto. Utilizzare un acrilico trasparente di 3 mm di spessore per la parete frontale. Incollare tutti i lati insieme con largo anticipo utilizzando un adesivo acrilico dedicato.
ATTENZIONE: L'adesivo acrilico è considerato materiale pericoloso (infiammabile, dannoso per il vapore, può essere dannoso se ingerito, può irritare la pelle o gli occhi). Tali adesivi devono essere utilizzati solo in conformità con le istruzioni del produttore (vale a dire, con DPI appropriati in un'area ben ventilata). - Attaccare il coperchio della camera 1 con una cerniera, in modo che i topi possano essere facilmente posizionati e recuperati dalla camera. Fissare il nastro autoadesivo a diodi emettitori di luce (LED) sulla superficie interna del coperchio per fornire un'illuminazione di ~ 4800 lux.
- Chiudere la camera 1 dal resto dell'MCA facendo scorrere un foglio acrilico opaco dentro e fuori posizione.
- Costruisci la camera di prova MCA, camera 2, come una camera non illuminata lunga 270 mm fabbricata in acrilico traslucido rosso scuro (spessore 3 mm) su tutti i lati, con un coperchio incernierato sulla parte superiore. Posizionare una griglia 13 x 31 di fori da 2 mm sul pavimento della camera 2 attraverso la quale può sporgere una serie di sonde smussate con punte di diametro 0,5 mm (ad esempio, perni di mappa smussati).
NOTA: perni smussati con un blocco di carta vetrata a 120 grani o simili. Pulirli in acqua tiepida con detergente prima di essere disinfettati con disinfettante sporicida. - Regolare l'altezza delle sonde posizionando fogli acrilici aggiuntivi sotto la piastra di base della sonda (Figura 1). Utilizzando questo approccio, configurare il dispositivo con tre impostazioni: 0 mm, 2 mm e 5 mm di altezza della sonda.
- In alternativa ai perni della mappa smussati o materiali simili, utilizzare i file della stampante 3D per stampare il pavimento della camera 2 e la piastra della sonda (vedere File supplementare 1: SpikeBed-MCA.stl che si riferisce alle sonde meccaniche e File supplementare 2: MCA_baseplate.stl che forma il pavimento della camera 2).
NOTA: se la stampa 3D non è disponibile, incollare i perni della mappa su un foglio acrilico utilizzando lo stesso adesivo acrilico utilizzato per costruire le pareti del dispositivo. - Stampa con un materiale lavabile e biocompatibile, come la plastica nylon 12 o simile (consigliato).
- Costruire la camera 3 con le seguenti dimensioni: 125 mm x 125 mm x 125 mm come una scatola acrilica rosso scuro traslucida non illuminata (su tutti i lati), posta all'estremità opposta alla camera 1. Posizionare un coperchio incernierato sulla camera, simile alle camere 1 e 2. Questa camera funge da area di fuga oscurata dalle sonde meccaniche nella camera 2.
2. Assuefazione e test MCA del mouse
- Come con tutti gli esperimenti che coinvolgono risultati comportamentali negli animali, osservare la randomizzazione appropriata e l'accecamento per ridurre al minimo i potenziali pregiudizi.
NOTA: I risultati rappresentativi sono stati generati utilizzando topi C57BL/6J maschi e femmine di 8-12 settimane (numero di ceppo Jackson Laboratories 000664). I topi erano socialmente alloggiati, fino a 5 per gabbia, con accesso a cibo e acqua ad libitum e un ciclo di luce dalle 07:00 alle 19:00. MCA ha avuto luogo nel periodo di luce, tra le 09:00 h e le 12:00 h. - Un giorno prima che il test di base sia programmato, acclimatare i topi all'unità MCA per 5 minuti (minimo) a 15 minuti (massimo) con i loro compagni di gabbia per facilitare l'esplorazione sociale dell'intero dispositivo.
- Durante tutto il processo, assicurarsi che i LED nella camera 1 siano spenti, che la barriera tra le camere 1 e 2 sia lasciata aperta e che le sonde siano impostate su un'altezza pari a zero (cioè non sporgenti attraverso il pavimento della camera 2).
- Eseguire un test di base sui topi (facoltativo) se lo studio incorpora animali di controllo negativo (ad esempio, chirurgia fittizia o controlli di iniezione del veicolo). Se lo si desidera, utilizzare un test di base per escludere eventuali valori anomali non feriti che non si incrociano mai nella camera 2, anche se ciò non si è rivelato necessario. Se utilizzato, segnalare tutti i criteri di esclusione e il numero di topi esclusi.
- Prima di iniziare il test, configura una videocamera in grado di registrare filmati 1080p su un treppiede con una vista laterale dell'intero dispositivo MCA. Regolate il campo visivo in modo che l'MCA riempia l'immagine registrata.
- Una volta iniziata la registrazione, tenere una scheda portatile di cancellazione a secco nel campo visivo della telecamera per etichettare l'inizio del video con informazioni identificative sull'esecuzione dei test dell'animale (ad esempio, ID del mouse, altezza della sonda, data, punto temporale, ecc.).
- Per la prima esecuzione, impostare l'altezza della sonda su zero. Trasferire il mouse da testare dalla sua gabbia di casa alla camera 1 con la porta a barriera in posizione. Avviate un timer visibile nel metraggio registrato.
NOTA: il timer garantisce che gli intervalli tra le diverse parti del test siano coerenti tra le esecuzioni. - Dopo 10 s, accendere la camera 1 LED. Dopo che il mouse è stato nella camera illuminata per 20 s, ritirare la barriera tra le camere 1 e 2.
- Osservare l'animale per 2 minuti. Misura le latenze e/o i tempi di permanenza con un cronometro mentre il test è in corso. In alternativa, le riprese video possono essere analizzate una volta completato il test.
NOTA: per motivi di produttività ed evitando un'esposizione prolungata a stimoli avversivi, il cutoff è stato fissato a 2 min. - Misurare uno o più dei numerosi risultati utili che sono stati identificati (vedi sotto; Figura 1). Consigliato di analizzare tutte e 5 le misure di esito all'inizio dei test, al fine di accertare quali aspetti del comportamento differiscono in una determinata configurazione sperimentale.
- Opzione I: Registrare la latenza alla prima voce della camera 2. Opzione II: Registrare la latenza per attraversare più di metà della camera 2. Opzione III: Registrare il tempo di permanenza totale nella camera 2. Opzione IV: Registrare la latenza per raggiungere la camera 3 (escape). Opzione V: Simile all'opzione II, registrare il tempo di permanenza totale in ogni camera entro 2 minuti e convertirli in proporzioni.
NOTA: Poiché ogni esperimento è unico e può essere influenzato da fattori biologici e cambiamenti comportamentali unici per il modello di malattia, i ricercatori possono sperimentare queste e altre misure nelle proprie mani.
- Opzione I: Registrare la latenza alla prima voce della camera 2. Opzione II: Registrare la latenza per attraversare più di metà della camera 2. Opzione III: Registrare il tempo di permanenza totale nella camera 2. Opzione IV: Registrare la latenza per raggiungere la camera 3 (escape). Opzione V: Simile all'opzione II, registrare il tempo di permanenza totale in ogni camera entro 2 minuti e convertirli in proporzioni.
- Una volta completato il test, riportare il mouse nella sua gabbia di casa, pulire le camere MCA con etanolo al 70% e lasciarlo asciugare completamente.
NOTA: i boli fecali di solito possono essere puliti dalla camera relativamente facilmente con asciugamani di carta prima dell'etanolo / disinfettante. Se si rende necessaria una pulizia più accurata, le camere 2 e 3 possono essere smontate e immerse in acqua calda e sapone. - Dopo aver eseguito tutti i topi in una coorte con l'altezza della sonda impostata a zero, inserire un foglio di acrilico da 3 mm sotto la piastra di base della sonda meccanica e ripetere i passaggi da 2.4.2 a 2.4.7 con un'altezza della sonda di 2 mm.
- Dopo aver eseguito tutti i mouse con l'altezza della sonda impostata su 2 mm, inserire un secondo foglio di acrilico da 3 mm sotto la piastra di base della sonda e ripetere i passaggi da 2.4.2 a 2.4.7 con un'altezza della sonda di 5 mm.
NOTA: Un gruppo di 8 topi può essere testato in circa 2 ore utilizzando questo approccio. Utilizzare gruppi di dimensioni più piccole se è richiesta una tempistica post-farmaco più precisa (ad esempio, per un esperimento di corso di droga). - Eseguire una pulizia finale con un disinfettante al termine di una sessione di test.
- Ripetere i test dopo aver indotto ipersensibilità al dolore e / o con il trattamento farmacologico.
- Confrontare le prestazioni di ciascun topo al basale con le loro prestazioni dopo che il dolore è stato indotto. Valutare l'impatto di un intervento farmacologico confrontando gli animali trattati con veicoli con animali trattati con farmaci allo stesso tempo.
- Eseguire analisi statistiche non parametriche (ad esempio, il test Mann Whitney U) se gli animali raggiungono il limite di 2 minuti senza soddisfare la misura di risultato desiderata, con conseguente dati non continui.
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Risultati
Il test MCA è stato utilizzato con successo con diversi modelli di dolore murino meccanicamente distinti. La Figura 2 mostra i dati in cui la misura del risultato scelta stava attraversando il punto medio della camera 2 (Figura 2A). I dati ottenuti utilizzando il punto intermedio rispetto alla fuga nella camera 3 sono molto simili, ~ 40 s per metà strada contro ~ 45 s per la fuga della camera 3 nel modello di danno nervoso risparmiato (SNI) del dolore neuropatic...
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Discussione
Come per tutti i test comportamentali, la corretta gestione, randomizzazione e accecamento al trattamento degli animali è essenziale in tutto. Dati gli input multifattoriali in comportamenti complessi e processi decisionali, è imperativo che gli animali siano maneggiati, abituati e testati nel modo più coerente possibile, riducendo al minimo l'angoscia. Bisogna anche fare attenzione a riprodurre i tempi di posizionamento del mouse nella camera 1, accendendo le luci a LED e rimuovendo la barriera, poiché le differenze qui...
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno conflitti di interesse rilevanti da divulgare.
Ringraziamenti
GM è supportato da una NDSEG Graduate Fellowship. Il VLT è supportato dal NIH NIGMS grant #GM137906 e dalla Rita Allen Foundation. AJS è supportato dalle sovvenzioni del Dipartimento della Difesa W81XWH-20-1-0277, W81XWH-21-1-0197 e dalla Rita Allen Foundation. Siamo grati al Dr. Alexxai Kravitz della Washington University School of Medicine per aver progettato e reso liberamente disponibili i file della stampante 3D per il pavimento della camera 2 e la piastra della sonda.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Strisce LED bianche sintonizzabili da 32,8 piedi 3000K-6000K, luci a nastro LED super luminose dimmerabili con 600 LED SMD 2835 | Lepro | SKU: 410087-DWW-US | Per la camera di illuminazione 1. https://www.lepro.com/32ft-dimmable-tunable-white-led-strip-lights.html |
| "letto a spillo" e "camera 2 pavimento" stampati in 3D | Shapeways | N/A | Opzionale, per sonde meccaniche in alternativa ai pin della mappa smussati. |
| 70% etanolo | Vari | N/A | Per pulire MCA tra i topi. |
| Acryl-Hinge 2 | TAP Plastics | N/A | per il fissaggio dei coperchi delle camere alle pareti posteriori. https://www.tapplastics.com/product/plastics/handles_hinges_latches/acryl_hinge_2/122 |
| Lastra acrilica Chemcast Cast, plastica TAP trasparente | N/A | 3 mm di spessore. Per la parete anteriore della camera 1. https://www.tapplastics.com/product/plastics/cut_to_size_plastic/acrylic_sheets_cast_clear/510 | |
| Chemcast Cast Acrilico Colorato Trasparente, Rosso Scuro Trasparente - 50% | Plastica TAP | N/A Spessore | 3mm. 50% di trasmissione della luce. Per pareti e coperchi delle camere 2 e 3. https://www.tapplastics.com/product/plastics/cut_to_size_plastic/acrylic_sheets_transparent_colors/519 |
| Chemcast Traslucido & Acrilico Cast Colorato Opaco, Insegna Bianco Opaco - 0,1% | Plastica TAP | N/A Spessore | 3mm. Per le pareti laterali e il coperchio della camera 1. https://www.tapplastics.com/product/plastics/cut_to_size_plastic/acrylic_sheets_color/341 |
| Disinfettante (ad es. Quatricida) | Laboratori di ricerca farmaceutica, Inc. | 65020F | Per disinfettare l'MCA al termine di una sessione di test. |
| Pennarelli cancellabili a secco e scheda | Vari | N/A | Per aggiungere informazioni sperimentali all'inizio del filmato. |
| Perni mappa | Vari | N/A | Opzionale, per sonde meccaniche. Usa la carta vetrata per smussare le punte acuminate prima dell'uso. Può essere utilizzato al posto delle parti stampate in 3D. |
| Asciugamani di carta | Vari | N/A | Per pulire/disinfettare MCA. |
| SCIGRIP Weld-On #3 Cemento acrilico | TAP Plastics | N/A | Per l'assemblaggio di lastre acriliche in camere e il fissaggio di cerniere. https://www.tapplastics.com/product/repair_products/plastic_adhesives/weld_on_3_cement/131 |
| Cronometro | Vari | N/A | Per registrare latenze/tempi di sosta in tempo reale o da video registrati. |
| Timer | Vari | N/A | Per garantire che l'accensione del LED, la rimozione della barriera e il completamento del test siano cronometrati in modo coerente. |
| Videocamera | Varie | HDRCX405 Videocamera Handycam | Per registrare il comportamento del mouse nel dispositivo MCA. Può essere sostituita con qualsiasi videocamera di livello consumer in grado di raggiungere una risoluzione di 1080p. |
| Treppiede | Famall | N/A | È accettabile qualsiasi treppiede in grado di tenere la telecamera all'altezza del banco per la registrazione di filmati MCA. |
Riferimenti
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