Summary
Dit protocol beschrijft de beoordeling van mechanische overgevoeligheid in een rattenmodel van neuropathische orofaciale pijn met behulp van een op operant gebaseerd orofaciaal pijnbeoordelingsapparaat.
Abstract
Pijn heeft sensorische en affectieve componenten. In tegenstelling tot traditionele, op reflexen gebaseerde pijntests, kunnen operante pijntests meer klinisch relevante resultaten opleveren door de cognitieve en motiverende aspecten van pijn bij knaagdieren aan te pakken. Dit artikel presenteert een protocol voor het beoordelen van mechanische overgevoeligheid na chronische vernauwingsletsel van de infraorbitale zenuwen (CCI-ION) bij ratten met behulp van een orofaciaal operant pijnsysteem. Vóór de CCI-ION-operatie werden ratten getraind in een orofaciaal pijnbeoordelingsapparaat (OPAD) om gezoete gecondenseerde melk te drinken terwijl ze gezichtscontact maakten met de metalen spiked bars en likbuis.
In deze test kunnen ratten kiezen tussen het ontvangen van melk als een positieve bekrachtiger of het ontsnappen aan een aversieve mechanische stimulus die wordt geproduceerd door een verticale rij kleine piramidevormige spikes aan elke kant van het beloningstoegangsgat. Na 2 weken training in de OPAD en vóór de CCI-ION-operatie werden gedurende 5 dagen voor elke rat gedurende 10 minuten metabole gevoeligheidsgegevens geregistreerd. Tijdens een sessie registreert het operante systeem automatisch het aantal activeringen van de beloningsfles (likbeurten) en gezichtscontacten, de contactduur en de latentie tot de eerste lik, naast andere maatregelen.
Na nulmetingen ondergingen ratten een CCI-ION- of schijnoperatie. In dit protocol werd mechanische overgevoeligheid gekwantificeerd door het aantal likbeurten, latentie tot de eerste lik, het aantal contacten en de verhouding tussen lik- en gezichtscontacten (L/F) te meten. De gegevens toonden aan dat CCI-ION resulteerde in een significante afname van het aantal likjes en de L / F-verhouding en een toename van de latentie tot de eerste lik, wat wijst op mechanische overgevoeligheid. Deze gegevens ondersteunen het gebruik van operante pijntests om mechanische pijngevoeligheid in preklinisch pijnonderzoek te beoordelen.
Introduction
Chronische pijn treft jaarlijks miljoenen Amerikanen1. Helaas is chronische pijn een uitdaging om te behandelen, omdat bestaande therapieën relatief ineffectief zijn in het verminderen van chronische pijn en vaak ongewenste bijwerkingen hebben bij langdurig gebruik 2,3,4. Traditionele preklinische pijntests, zoals de von Frey-test, vertrouwen op reflexieve uitkomsten of pijnstimulerende reacties5. Hoewel de von Frey-test al tientallen jaren wordt gebruikt om mechanische allodynie te meten, is deze vatbaar voor verschillende verstorende factoren, met name experimenteerbias6. Het gebruik van von Frey-tests voor het evalueren van orofaciale pijn is ook problematisch vanwege de mate van terughoudendheid die nodig is om het hoofd van het dier vast te zetten om het gezichtsgebied met succes te testen, wat ongewenste stresseffecten kan veroorzaken, zoals het versterken van pijn of, omgekeerd, stress-geïnduceerde analgesie.
Pijnstimuleerd gedrag is ook vatbaar voor vals-positieve uitkomsten7 en houdt geen rekening met de affectieve component van pijn, die integraal deel uitmaakt van de menselijke pijnervaring8. Daarom is er een groeiende interesse in het gebruik van operante pijnmodellen die pijndepressief gedrag beoordelen dat zowel de sensorische als affectieve componenten van pijn omvat om de inhoud en voorspellende validiteit in preklinische tests te verbeteren. De hier beschreven operante orofaciale pijnbeoordelingstest is gebaseerd op een beloningsconflictparadigma 9,10,11. In deze test kan het knaagdier kiezen tussen het ontvangen van een positieve bekrachtiger en zichzelf onderwerpen aan een nociceptieve stimulus of afzien van de beloning en het vermijden van de nociceptieve stimulus, waardoor de hoeveelheid pijn die het ervaart wordt gecontroleerd. In tegenstelling tot traditionele pijntests, is de op operant gebaseerde test experimenteroonafhankelijk en niet vatbaar voor vals-positieve uitkomsten als gevolg van ongewenste sedatieve effecten.
Schadelijke sensaties van het hoofd en gezicht worden gedragen door de oogheelkundige, maxillaire en mandibulaire takken van de nervus trigeminus. Letsel of ontsteking van de trigeminuszenuw verhoogt de gevoeligheid van sensorische neuronen voor thermische of mechanische stimuli 12,13,14,15. Operante orofaciale pijntests bieden een geautomatiseerde meting van thermische of mechanische orofaciale pijn die wordt overgedragen door de trigeminuszenuw bij knaagdieren 11,12,16,17,18. Stimulatie met niet-schadelijke en schadelijke stimuli is een belangrijk onderscheid tussen het testen van thermische en mechanische allodynie en hyperalgesie in het orofaciale gebied met de OPAD, omdat ze manifestaties van verschillende onderliggende mechanismen kunnen vertegenwoordigen.
In de orofaciale thermische test drukken dieren hun gezicht tegen gladde thermodes om toegang te krijgen tot de beloning. De thermodes kunnen worden ingesteld op verschillende koele, warme en hete temperaturen, waardoor het gedrag onder neutrale of nociceptieve omstandigheden kan worden beoordeeld. Bij de orofaciale mechanische test drukken dieren hun gezicht tijdens operante tests tegen puntige staven; omdat deze spikes een zekere mate van ongemak veroorzaken, kunnen knaagdieren minder drinken wanneer hun gezicht de spikes raakt versus de gladde oppervlakken van de thermodes. De operante orofaciale mechanische assay kan dus het effect van verschillende gradaties van mechanische nociceptieve stimulatie beoordelen. We hebben eerder aangetoond dat de OPAD een nuttige en betrouwbare methode is om acute thermische9 te beoordelen, evenals acute mechanische19, nociceptie en hyperalgesie.
Dit artikel rapporteert het gebruik van een nieuw ontwikkelde versie van de OPAD om mechanische nociceptie en overgevoeligheid te beoordelen. Bovendien tonen we door middel van validatie het vermogen van CCI-ION aan om chronische neuropathie te induceren die resulteert in een voorspelbare respons in de OPAD. Ook gedetailleerd is hoe de OPAD en de bijbehorende software te gebruiken om snel gedragsgegevens van knaagdieren te verkrijgen en te analyseren.
Protocol
Alle experimentele procedures werden goedgekeurd door de University of Florida Institutional Animal Care and Use Committee en voldeden aan de normen die zijn vermeld in de National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. Hier wordt de beoordeling van mechanische overgevoeligheid met behulp van de OPAD beschreven met behulp van een rattenmodel van neuropathische orofaciale pijn. Een schema van de tijdlijn die in het onderzoek is gebruikt, is weergegeven in figuur 1. Alle gedragsbeoordelingen werden uitgevoerd door vrouwelijke experimentatoren.
1. Dieren
- Huisvrouwtjes Sprague-Dawley-ratten (n = 8/groep, 150-200 g) in paren in een temperatuurgecontroleerde ruimte (22 °C ± 1 °C) met een licht-donkercyclus van 12 h:12 h. Zorg voor voedsel en water ad libitum. Houd de ratten 5 dagen in de faciliteit voor acclimatisatie vóór de experimenten.
- Voer de operante pijntests uit op dezelfde dag van de week en tijd (9.00-11.00 uur).
- Aan het einde van de experimenten, euthanaseer de ratten door onthoofding na isofluraan anesthesie.
2. Het OPAD instellen
- Plaats melkdruppelbakken, plexiglas kooien en metalen vloerroosters op de OPAD. Bevestig de bedrading aan de kooien. Schuif de flessenhouder op de metalen paal aan de achterkant van het apparaat.
- Bereid een 2:1 verhouding van water tot gezoete gecondenseerde melk als beloningsoplossing door een blik gezoete gecondenseerde melk te openen en in een bekerglas van 1 L te gieten. Voeg ~ 600 ml kraanwater toe aan 300 ml melk. Roer de oplossing eerst met een lepel en gebruik vervolgens een roerstaaf en de roerstaaf. Vul vervolgens de beloningsflessen met de melkoplossing en bewaar de bouillonmelkoplossing op 4 °C.
OPMERKING: Bedek de bouillonmelkoplossing met plastic voedselfolie. Verwarm de melkoplossing voor elk gebruik. Voorraad melkoplossing in de koelkast kan na een week stollen. Wanneer het stolt, kan het de likbuis afsluiten. Gooi het daarom weg en bereid een nieuwe voorraadoplossing voor. - Plaats de beloningsmelkflessen op de flessenhouder en stel ze zo in dat de tuit door het dier kan worden bereikt. Draai de linkerknop van de houder vast om de fles op zijn plaats te houden.
- Zet de kooien aan met de schakelaar op het voorpaneel.
3. Een protocol instellen en een experimentbestand maken
OPMERKING: Stel eerst het protocol in om het experiment uit te voeren. Het protocol beschrijft hoe ANY-maze software het experiment uitvoert.
- Open de software. Typ het wachtwoord. Klik op Aanmelden of druk op Enter.
- Klik op Nieuw leeg experiment | Protocol menu.
- Selecteer de modus die dit protocol zal gebruiken en geef het protocol een naam. Klik onder Apparaat op Naamloos protocol, klik op de sectie Selecteer de modus die dit protocol zal gebruiken , selecteer onder Apparatuurspecifieke modi de optie OPAD mechanische kooimodus en klik op OK. Geef vervolgens het protocol een naam (bijvoorbeeld OPAD mechanical).
- Voeg OPAD-kooien toe.
- Klik onder Apparaat op Apparaat | Item toevoegen dat boven aan het deelvenster Protocol is gevonden | Nieuwe OPAD kooi | Voeg alle aangesloten OPAD-kooien toe.
OPMERKING: Voordat u de kooien toevoegt, moet u ervoor zorgen dat alle kooien zijn ingeschakeld.
- Klik onder Apparaat op Apparaat | Item toevoegen dat boven aan het deelvenster Protocol is gevonden | Nieuwe OPAD kooi | Voeg alle aangesloten OPAD-kooien toe.
- Voeg experimentele testfasen toe.
- Klik onder Testen op Fasen | Eerste fase en naam Stage (bijv. Baseline Day 1). Typ 10 min voor de duur van de test. Als u meer fasen wilt toevoegen, klikt u op Item toevoegen boven aan het deelvenster Protocol | Nieuwe fase.
OPMERKING: Elke fase verwijst naar de sessie waarin een test wordt uitgevoerd. Voor 10 dagen training zijn bijvoorbeeld 10 fasen nodig. De testduur kan worden verlengd of verlaagd op basis van het experimentele ontwerp.
- Klik onder Testen op Fasen | Eerste fase en naam Stage (bijv. Baseline Day 1). Typ 10 min voor de duur van de test. Als u meer fasen wilt toevoegen, klikt u op Item toevoegen boven aan het deelvenster Protocol | Nieuwe fase.
- Wijs behandelgroepen toe.
- Klik onder Aanvullende informatie op Behandelingsgroepen. Controleer Behandelgroepen gebruiken | De gebruiker zal de dieren handmatig toewijzen aan hun groepen.
OPMERKING: Met de software waarnaar wordt verwezen (zie de tabel met materialen) kunnen dieren ook willekeurig of in een specifieke volgorde worden toegewezen. Experimenten kunnen blind worden uitgevoerd. Als u de toegewezen behandelingsgroepen wilt zien, schakelt u het selectievakje Experimenten blind uitvoeren uit.
- Klik onder Aanvullende informatie op Behandelingsgroepen. Controleer Behandelgroepen gebruiken | De gebruiker zal de dieren handmatig toewijzen aan hun groepen.
- Wijs dieridentificaties (ID) toe.
- Klik op het menu Protocol ; klik onder Aanvullende informatie op Dier-ID en schakel Mijn ID's gebruiken om naar dieren te verwijzen in.
- Klik op het menu Experimenteren .
- Typ een experimenttitel.
- Geef de behandelingen een naam door op Behandelingen weergeven te klikken en typ de behandelingsnamen (bijv. Behandeling 1: CCI-ION, Behandeling 2: schijn).
- Voeg dieren toe en wijs behandelingen en dier-ID's toe door te klikken op Dieren weergeven | Voeg dieren toe, voer het aantal dieren in dat wordt getest en klik op OK. Wacht tot de lijst met dieren verschijnt en voeg dier-ID's en behandelingen toe voor elke rat.
OPMERKING: Een statuslijst naast de dierlijke ID wordt aan het begin van het onderzoek ingesteld op Normaal . Dieren kunnen later uit het testschema worden verwijderd door hun status te wijzigen in Buiten gebruik gesteld of Verwijderd.
- Sla het protocol op door op het menu Protocol te klikken | Sla het protocol boven aan het deelvenster Protocol op. Typ Bestandsnaam en het softwarewachtwoord (ANY-maze) en klik op Opslaan.
OPMERKING: Opgeslagen protocollen kunnen opnieuw worden gebruikt voor nieuwe experimenten. - Sla het experimentbestand op door te klikken op Bestand | Opslaan, typ het softwarewachtwoord en klik op Opslaan.
4. Trainings- en basislijntestsessies
OPMERKING: Breng ratten ten minste 15 minuten voor de test naar de kamer als de gedragstestruimte zich in dezelfde dierenhuisvestingsfaciliteit bevindt. Als ze naar een testruimte buiten de dierenfaciliteit worden vervoerd, geef de ratten dan 1 uur om aan de kamer te acclimatiseren.
- Vóór basislijnopnamen traint u de ratten in de OPADs gedurende 2 weken (5 dagen / week, 10 min / dag) om hun gezichten tegen de metalen spiked bars te drukken om de melkoplossing te ontvangen.
OPMERKING: Een representatieve afbeelding van spiked bars en een rat die de test uitvoert, wordt weergegeven in figuur 2. - Stel de OPAD-apparatuur in.
- Zet de kooien aan met de schakelaar op het voorpaneel. Zoek naar het groene licht op de kooi, wat betekent dat de kooi klaar is om te testen.
- Dubbelklik op het opgeslagen experimentbestand om te openen. Typ het wachtwoord. Klik op Aanmelden of druk op Enter.
- Wacht tot het menu Tests wordt weergegeven. Noteer aan de linkerkant van het scherm het aantal dieren en de bijbehorende kooi (bijvoorbeeld Dier 1 wordt getest in kooi 1), de fase die op die dag zal worden uitgevoerd en de teststatus ("klaar"). Bekijk aan de rechterkant van het scherm de grafiek van elk dier met het aantal likjes en contacten.
- Observeer het scherm van de kooien dat de ID van het te testen dier weergeeft. Plaats elke rat in de bijbehorende kooi en druk twee keer op de knop op de kooi. Houd er rekening mee dat het groene lampje verandert in een oranje lampje zodra het testen begint en dat er een waarschuwingsgeluid wordt gehoord wanneer de testsessie is afgelopen.
- Plaats de eerste 2 dagen van de training melkflessen volledig in de kooi zodat de ratten melk kunnen drinken zonder contact te maken met de stimulus.
- Op dag 3-8 van de training, zodra de dieren beginnen te drinken, beweegt u de flessen geleidelijk naar achteren om de ratten aan te moedigen hun gezicht tegen de spiked bars te drukken.
- Op dag 9-10 van de training, zodra de dieren volledig tegen de spiked bars drukken en de likgetallen consistent zijn (minimaal 500 likjes tijdens de 10 minuten testsessies), noteer dan de locatie van de melkfles voor elk dier en gebruik deze afstand voor basislijnregistraties.
- Verzamel na 2 weken training gegevens van de genoteerde melkflesafstand gedurende 5 dagen als basislijn (10 min / dag).
5. Inductie van orofaciale neuropathische pijn en evaluatie van mechanische overgevoeligheid
OPMERKING: Na nulmetingen ondergingen ratten een CCI-ION-operatie, waarbij bilaterale ligatie van het ION werd uitgevoerd, zoals eerder beschreven20. Controleratten ondergingen een schijnoperatie. Er werd geen pre- of postoperatieve analgesie gebruikt in de procedure omdat dit het tijdsverloop van de neuropathie kan veranderen. LET OP: Afvalisofluraan moet door houtskoolbussen worden gevist. Scalpelbladen en naalden moeten worden weggegooid in biologisch gevaarlijk afval.
- Verdoof de rat in de inductiekamer met een mengsel van O2 (1 L/min) en 4% isofluraan en handhaaf de anesthetische toestand met een gespecialiseerde neuskegel voor de duur van de operatie.
- Plaats de verdoofde rat op een chirurgische werkbank en houd hem in bedwang. Houd de lichaamstemperatuur op 37 °C met behulp van een verwarmingskussen. Breng oogheelkundige zalf aan op de ogen om te voorkomen dat ze uitdrogen. Controleer de diepte van het verdovingsmiddel door in de teen te knijpen en start de procedure wanneer de teenonttrekkingsreflex niet langer wordt waargenomen.
- Voer de chirurgische ingreep uit onder een stereomicroscoop. Open de mond met retractors en trek de lip in met een kleine clip.
- Maak een kleine incisie tussen het dorsale tandvlees en de lip met behulp van een scalpelmesje (#15). Snijd zacht weefsel voorzichtig weg met behulp van de punt van het scalpelmes om een tak van de ION te onthullen.
- Plaats twee chromische darm (#5-0) ligaturen rond de ION met behulp van een stompe, gebogen spuitnaald.
- Sluit de wond met behulp van weefsellijm.
- Voor de schijnoperatie, stel de ION bloot met dezelfde procedure, maar ga niet ligate de zenuw.
- Geef na de operatie melkverzachte knaagdier chow gedurende 2 dagen om eten aan te moedigen en uitdroging te voorkomen.
- Test de ratten in de OPAD de dag na de operatie gedurende 3 opeenvolgende dagen en vervolgens 3 dagen / week (bijv. Elke dinsdag, donderdag en vrijdag) voor de volgende weken totdat de likcijfers hun basiswaarden bereiken.
OPMERKING: De duur van de door CCI-ION geïnduceerde mechanische gevoeligheid kan afhangen van het geslacht, de stam van het gebruikte knaagdier en de prestaties van de experimentator. Het is dus mogelijk niet juist om een bepaalde duur van de proefdieren aan te geven. Daarom is het testen totdat likgetallen de basiswaarden bereiken nauwkeuriger.
6. Het apparaat opruimen
- Wanneer het testen is voltooid, sluit u de software af door op het x-pictogram in de rechterbovenhoek te klikken en te wachten tot de gegevens automatisch worden opgeslagen.
- Schakel de kooien uit met de schakelaar op het voorpaneel.
- Koppel de draden los van de metalen vloerroosters. Verwijder en was de melkdruppelbakken, plexiglas kooien, metalen vloerroosters en flessenhouders met afwasmiddel. Leg alles op het droogrek.
- Veeg de metalen spiked bars, het testapparaat en de laboratoriumbanken af met 70% isopropylalcohol.
OPMERKING: De instrumenten moeten met zorg worden behandeld. Gebruik zachte borstels tijdens het schoonmaken van de melkflessen en likbuizen. Vuile apparatuur kan leiden tot de opbouw van bacteriën.
7. Data-analyse
- Dubbelklik op het experimentbestand om het te openen.
- Klik op het menu Resultaten . Selecteer welke maatregelen (d.w.z. likken, contact) of testdagen u wilt zien.
- Klik op Tekst of Grafiek of Statistiek boven aan het deelvenster Resultaten om een tekst-, grafiek- of statistisch analyserapport weer te geven.
- Als u de onbewerkte gegevens wilt bekijken, klikt u op het menu Gegevens . Klik op Opslaan boven in het deelvenster Gegevens om de gegevens op te slaan als spreadsheet of klik op Verzenden om de gegevens via e-mail te ontvangen.
- Als u meer variabelen wilt wijzigen of toevoegen om weer te geven, klikt u op Gegevens selecteren, selecteert u de metingen en klikt u op Spreadsheet weergeven.
- Statistische analyse
- Leid automatisch het aantal licks en contacten en de latentie naar de eerste lik af van de software en exporteer de gegevens van de software naar een spreadsheet.
- Bereken de L/F-verhouding als een index van overgevoeligheid door het aantal likjes te delen door het aantal contacten 21,22,23.
OPMERKING: In deze studie werd een van de ratten in de schijngroep uitgesloten van de studie vanwege lage likgetallen (< 500 likjes) voorafgaand aan de operatie. - Analyseer de statistische significantie van de verschillen tussen L/F, het aantal likjes en de contacten, en de latentie naar de eerste lik via tweeweg herhaalde metingen ANOVA gevolgd door dunnett's meervoudige vergelijkingen of Šídák's meerdere vergelijkingstests waar van toepassing.
OPMERKING: P < 0,05 werd als statistisch significant beschouwd. De gegevens werden gepresenteerd als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (SEM).
Representative Results
Een voorbeeld van de lik op de beloningsfles van een enkele rat en contacten met de metalen spiked bars bij baseline en 2 weken, 4 weken en 6 weken na de operatie wordt weergegeven in figuur 3. Tijdens de niet-schadelijke periodes hebben ratten over het algemeen lange sessies van drinken (bijv. bij baseline en herstel na CCI-ION: week 6 in de afbeelding), en na CCI-ION nemen de likaantallen af omdat ze gedurende een lange duur geen gezichtscontact met de spiked bars kunnen onderhouden (figuur 3A), zonder significante veranderingen in de perioden van drinken in de schijngroep (figuur 3B).
Ratten met CCI-ION hadden een significante afname van het aantal likwonden tot 4 weken na de operatie en een toename van de latentie om eerst te likken op operatieweek (week 0) en 1 week na de operatie in vergelijking met baseline. Er was geen significante verandering in de schijngroep (figuur 4A,B). CCI-ION veroorzaakte een afname van het aantal contacten, maar dit verschil was niet significant (figuur 4C). CCI-ION veroorzaakte ook een significante afname van de L/F, en de afname voor de CCI-ION groep was groter dan de afname voor de schijngroep (Figuur 4D).
Deze resultaten geven aan dat ratten na CCI-ION minder beloningsmelkdrinkgedrag vertonen en dat het een tijdje duurt voordat ze de eerste lik hebben gemaakt, wat wijst op een nocifensief gedrag. CCI-ION heeft echter geen invloed op hun wens om de melk te bereiken. Bovendien duidt de afname van L / F van ratten met CCI-ION op mechanische overgevoeligheid, omdat L / F hoger is tijdens niet-pijnlijke aandoeningen.
Figuur 1: Schematische weergave van de onderzoeksopzet. Afkortingen: OPAD = orofaciale pijnbeoordelingsapparaat; CCI-ION = chronische vernauwingsletsel van de infraorbitale zenuwen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 2: Representatief beeld van spiked bars en een rat die de assay uitvoert. Spiked bars zijn gemaakt van roestvrij staal metaal. De lengte van de gehele bar is 7 cm. De hoogte van de spikes is 0,3 cm. De afstand tussen de spikes is 0,5 cm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Representatieve contactpogingen en likgegevens van een enkele CCI-ION- en schijnoperatieve rat tijdens de standaard testsessie van 10 minuten bij baseline en 2 weken, 4 weken en 6 weken na de operatie. Afkortingen: CCI-ION = chronische vernauwingsletsel van de infraorbitale zenuwen; AS = na de operatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Ontwikkeling van mechanische overgevoeligheid na CCI-ION bij Sprague-Dawley ratten. (A) Ratten met CCI-ION (n = 8) hadden een significante afname van het aantal likken tot 4 weken na de operatie en (B) een toename van de latentie om eerst te likken op de operatie week (week 0) en 1 week na de operatie (**p < 0,01, *p < 0,05: na operatie weken vs. baseline. #p < 0,05: CCI-ION vs. sham). Er was geen significante afname in de schijngroep (n = 7, p > 0,05). (C) CCI-ION of schijnchirurgie heeft geen significante verandering in het aantal contacten opgeleverd. (D) Ratten met CCI-ION vertoonden een significante afname van L/F in de operatieweek en 3 weken daarna en vertoonden een dalende trend 2 weken na de operatie. In vergelijking met de schijngroepratten was deze afname significant hoger bij CCI-ION-ratten en begon 1 week na de operatie en duurde tot 3 weken na de operatie. Er was geen significant verschil in de schijngroep (**p < 0,01, *p < 0,05: na operatieweken vs. baseline. # p < 0,05: CCI-ION vs. sham). In de grafieken vertegenwoordigt de rode lijn de CCI-ION-groep en de blauwe lijn de schijngroep. De gegevens worden gepresenteerd als gemiddelde ± SEM. Significante verschillen werden geanalyseerd door tweerichtings herhaalde metingen ANOVA gevolgd door de meervoudige vergelijkingstests van Šídák of Dunnett, indien van toepassing. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Discussion
Pijn veroorzaakt door onschadelijke mechanische stimulatie van het gezicht en intraoraal slijmvlies is een prominent kenmerk van orofaciale pijnaandoeningen, waaronder trigeminusneuralgie en temporomandibulaire gewrichtsaandoeningen24,25. Hoewel trigeminusneuropathische pijn klinisch goed wordt beschreven, is de beoordeling van neuropathisch nociceptief gedrag bij knaagdieren een uitdaging. Pijntesten die reflexief gedrag meten zijn de meest gebruikte methoden in preklinisch pijnonderzoek. Testapparatuurgerelateerde stress, het onvermogen om de affectieve toestand te beoordelen en experimenteerbias geven echter aanleiding tot bezorgdheid over het nut en de validiteit van reflextests26.
Deze studie introduceert de beoordeling van mechanische gevoeligheid in het orofaciale gebied van ratten, waarbij de gevoeligheid voor CCI-ION wordt aangetoond met behulp van een op operant gebaseerde pijntest. Hetzelfde operante systeem kan ook worden gebruikt om de mechanische gevoeligheid van muizen te testen. Opgemerkt moet worden dat muizen- en rattenstammen variatie kunnen vertonen in hun reactie op CCI-ION, en dus kunnen de niveaus van mechanische overgevoeligheid verschillen. Op basis van onze ervaring ontwikkelen Sprague-Dawley-ratten meestal een stabiele mechanische overgevoeligheid 2 weken na CCI-ION, ze beginnen 4 weken na CCI-ION te herstellen en na 6 weken CCI-ION zien we herstel van de operatie.
In dit protocol werd mechanische overgevoeligheid gekwantificeerd door het aantal likjes en de contacten, L/F en latentie tot de eerste lik te meten. De gegevens toonden aan dat CCI-ION resulteerde in afnames in L / F en het aantal likreacties en toename van de latentie tot de eerste likrespons, wat aangeeft dat dieren niet bereid waren om hun gezicht tegen spiked bars te drukken vanwege verhoogde orofaciale pijngevoeligheid.
OPAD is een beloningsconflicttest waarbij dieren nociceptieve stimuli moeten doorstaan om toegang te krijgen tot een smakelijke beloning. Likgedrag in de test kan worden beïnvloed door appetitief gedrag. Bovendien gebruikten we in deze studie ratten met gezichtshaar. Op basis van eerdere ervaring met operante pijntests zijn haarloze stammen bij knaagdieren beter voor het detecteren van gezichtscontacten16; op het moment van publicatie waren haarloze rattenstammen echter niet langer in de handel verkrijgbaar. Dit kan worden beschouwd als een beperking van het onderzoek. Omdat we ook alleen vrouwelijke Sprague-Dawley-ratten gebruikten, moeten seks- en stamgerelateerde verschillen in pijnreacties worden verwacht.
Er zijn ook enkele kritieke stappen om optimale resultaten met de test te garanderen. Nauwkeurige lik- en contactgegevens moeten respectievelijk als effen rode en witte blokken in de software waarnaar wordt verwezen worden weergegeven (zie figuur 3). De afstand tussen de spikes en de melkfles is cruciaal voor het succes van het experiment. Als de punt van de melkfles te ver naar voren staat, zal het dier geen contact maken met de spikes en zal de software contacten of liknummers niet correct registreren. Omgekeerd, als de melkfles te ver naar achteren staat, zullen contacten zich registreren, maar het dier zal de melk niet kunnen bereiken. Tijdens trainingssessies kunnen likgegevens verschijnen als stevige witte blokken, omdat de punt van de melkfles te ver naar voren staat. Het verandert in rode vaste blokken zodra de melkfles naar achteren wordt geduwd. Om de een of andere reden, als likgegevens beginnen te verschijnen als witte blokken vanaf de afstand die werd opgemerkt, kan het helpen om de fles een beetje in te duwen en de melkhouder iets naar beneden / omhoog te bewegen.
Verschillende punten kunnen ook worden beschouwd als beperkingen van het orofaciale operante pijnsysteem dat hier wordt beschreven. De training van de knaagdieren is noodzakelijk en duurt weken. Vóór elke testsessie is voedselbeperking noodzakelijk bij muizen, maar niet bij ratten. Van niet-vastgemaakte muizen is aangetoond dat ze lage en inconsistente likgetallen hebben in vergelijking met nuchtere muizen27. Aangezien het OPAD-systeem een beloningsconflictmodel is, kan het worden beïnvloed door het appetitieve gedrag van de dieren of door een medicijn dat de eetlust beïnvloedt. Het hebben van meerdere apparaten is ook voordelig voor het verminderen van de totale tijd om de dieren te testen, wat de kosten kan verhogen. Orofaciale operante pijntests zijn echter nog steeds voordelig ten opzichte van conventionele reflexgebaseerde assays, omdat ze het mogelijk maken om meerdere dieren tegelijkertijd te testen en de interactie tussen dier en experimentator te beperken.
Operante conditionering tijdens pijntoestanden wijzigt het gedrag van mens en dier volgens hun gevolgen28. Het gebruik van een beloningsconflictmodel is daarom voordelig voor het evalueren van pijnaandoeningen omdat het de dieren in staat stelt om operante reacties uit te voeren. Dit is klinisch relevanter omdat de kenmerken van operant gedrag betrekking hebben op intentie, motivatie en, meestal, corticale verwerking29. Omdat dieren vrijwillig de beloningsfles naderen en zich op elk moment vrij kunnen terugtrekken uit de spiked bars, integreert dit hogere hersencentra en maakt het evaluatie mogelijk van de affectief-motiverende toestanden gerelateerd aan pijn10. Operante pijntests bieden dus superieure gegevens bij het beoordelen van pijn en analgetica in vivo. Ze helpen ook de nociceptieve processen in het trigeminussysteem te begrijpen en dragen zo bij aan de vooruitgang van het orofaciale pijnveld.
Disclosures
John K. Neubert en Robert M. Caudle zijn de uitvinders van de OPAD. Stoelting Co. is de fabrikant van de OPAD en Richard Mills is een medewerker van Stoelting. De publicatievergoeding is betaald door Stoelting Co. Richard Mills, John K. Neubert en Robert M. Caudle zijn vorige eigenaren van Velocity Laboratories, een bedrijf dat fee-for-service gedragstests biedt met behulp van operante pijntests.
Acknowledgments
Deze studie wordt gefinancierd door de Facial Pain Research Foundation.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ANY-maze Video Tracking Software | Stoelting | 60000 | |
| Bottle cleaning brushes | ANY | ANY | Different size brushes for bottles and tubes |
| Chromic gut suture size 5-0 | Ethicon | 687-G | |
| Dish soap | ANY | ANY | Liquid |
| Dish sponge | ANY | ANY | |
| GraphPad Prism version 9.3.1 | GraphPad Software, San Diego, CA | ||
| Hotplate magnetic stirrer | Benchmark Scientific | H4000-HS | |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 07-893-8440 | Pivetal |
| Isopropyl alcohol | Fisher Scientific | 60-001-56 | |
| Ophthalmic ointment | Dechra | Puralube Vet Ointment, petrolatum ophthalmic ointment | |
| Operant Pain Assessment Device (OPAD) System | Stoelting | 67500 | |
| Oxygen tank | Medical | ||
| Paper towel | ANY | ANY | |
| Plastic food wrap | ANY | ANY | |
| Polygon stir bars | Fisher Scientific | 14-512-124 | |
| Reusable glass Berzelius beakers (1 L) | Fisher Scientific | FB1021000 | |
| Scalpel blade #15 | FST | 10015-00 | |
| Small animal anesthesia system | VetFlo | VetFlo-1205S | |
| Spoon | ANY | ANY | |
| Sprague-Dawley rats, female | Charles River Laboratories, USA | ||
| Stereo boom microscope | Omano | OM2300S-GX4 | |
| Sweetened condensed milk | Borden | Eagle Brand | |
| Tissue adhesive | 3M Vetbond | 1469SB | |
| Water circulating heating pad and pump | Gaymar | Model TP-500 |
References
- Dahlhamer, J., et al. Prevalence of chronic pain and high-impact chronic pain among adults - United States, 2016. Morbidity and Mortality Weekly Report. 67 (36), 1001-1006 (2018).
- Ab del Shaheed, C., Maher, C. G., Williams, K. A., Day, R., McLachlan, A. J. Efficacy, tolerability, and dose-dependent effects of opioid analgesics for low back pain: A systematic review and meta-analysis. JAMA Internal Medicine. 176 (7), 958-968 (2016).
- Chou, R., et al. The effectiveness and risks of long-term opioid therapy for chronic pain: A systematic review for a National Institutes of Health Pathways to Prevention Workshop. Annals of Internal Medicine. 162 (4), 276-286 (2015).
- Vowles, K. E., et al. Rates of opioid misuse, abuse, and addiction in chronic pain: A systematic review and data synthesis. Pain. 156 (4), 569-576 (2015).
- Barrot, M. Tests and models of nociception and pain in rodents. Neuroscience. 211, 39-50 (2012).
- Bove, G. Mechanical sensory threshold testing using nylon monofilaments: The pain field's "tin standard". Pain. 124 (1-2), 13-17 (2006).
- Negus, S. S. Core outcome measures in preclinical assessment of candidate analgesics. Pharmacological Reviews. 71 (2), 225-266 (2019).
- Vierck, C. J., Hansson, P. T., Yezierski, R. P. Clinical and pre-clinical pain assessment: Are we measuring the same thing. Pain. 135 (1-2), 7-10 (2008).
- Anderson, E. M., et al. Use of the Operant Orofacial Pain Assessment Device (OPAD) to measure changes in nociceptive behavior. Journal of Visualized Experiments. (76), e50336 (2013).
- Murphy, N. P., Mills, R. H., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Operant assays for assessing pain in preclinical rodent models: Highlights from an orofacial assay. Current Topics in Behavioral Neurosciences. 20, 121-145 (2014).
- Neubert, J. K., et al. Use of a novel thermal operant behavioral assay for characterization of orofacial pain sensitivity. Pain. 116 (3), 386-395 (2005).
- Neubert, J. K., Rossi, H. L., Malphurs, W., Vierck, C. J., Caudle, R. M. Differentiation between capsaicin-induced allodynia and hyperalgesia using a thermal operant assay. Behavioural Brain Research. 170 (2), 308-315 (2006).
- Kumada, A., et al. Intradermal injection of Botulinum toxin type A alleviates infraorbital nerve constriction-induced thermal hyperalgesia in an operant assay. Journal of Oral Rehabilitation. 39 (1), 63-72 (2012).
- Ma, F., Zhang, L., Lyons, D., Westlund, K. N. Orofacial neuropathic pain mouse model induced by Trigeminal Inflammatory Compression (TIC) of the infraorbital nerve. Molecular Brain. 5, 44 (2012).
- Deseure, K., Hans, G. H. Chronic constriction injury of the rat's infraorbital nerve (IoN-CCI) to study trigeminal neuropathic pain. Journal of Visualized Experiments. (103), e53167 (2015).
- Rohrs, E. L., et al. A novel operant-based behavioral assay of mechanical allodynia in the orofacial region of rats. Journal of Neuroscience Methods. 248, 1-6 (2015).
- Cha, M., Kohan, K. J., Zuo, X., Ling, J. X., Gu, J. G. Assessment of chronic trigeminal neuropathic pain by the orofacial operant test in rats. Behavioural Brain Research. 234 (1), 82-90 (2012).
- Zuo, X., Ling, J. X., Xu, G. Y., Gu, J. G. Operant behavioral responses to orofacial cold stimuli in rats with chronic constrictive trigeminal nerve injury: Effects of menthol and capsazepine. Molecular Pain. 9, 28 (2013).
- Nolan, T. A., Hester, J., Bokrand-Donatelli, Y., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Adaptation of a novel operant orofacial testing system to characterize both mechanical and thermal pain. Behavioural Brain Research. 217 (2), 477-480 (2011).
- Rossi, H. L., et al. Characterization of bilateral trigeminal constriction injury using an operant facial pain assay. Neuroscience. 224, 294-306 (2012).
- Ramirez, H. E., et al. Assessment of an orofacial operant pain assay as a preclinical tool for evaluating analgesic efficacy in rodents. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (4), 426-432 (2015).
- Rossi, H. L., Vierck, C. J., Caudle, R. M., Neubert, J. K. Characterization of cold sensitivity and thermal preference using an operant orofacial assay. Molecular Pain. 2, 37 (2006).
- Sapio, M. R., et al. Pain control through selective chemo-axotomy of centrally projecting TRPV1+ sensory neurons. Journal of Clinical Investigation. 128 (4), 1657-1670 (2018).
- Lambru, G., Zakrzewska, J., Matharu, M. Trigeminal neuralgia: A practical guide. Practical Neurology. 21 (5), 392-402 (2021).
- Doshi, T. L., Nixdorf, D. R., Campbell, C. M., Raja, S. N. Biomarkers in temporomandibular disorder and trigeminal neuralgia: A conceptual framework for understanding chronic pain. Canadian Journal of Pain. 4 (1), 1-18 (2020).
- Sadler, K. E., Mogil, J. S., Stucky, C. L. Innovations and advances in modelling and measuring pain in animals. Nature Reviews Neuroscience. 23 (2), 70-85 (2022).
- Neubert, J. K., et al. Characterization of mouse orofacial pain and the effects of lesioning TRPV1-expressing neurons on operant behavior. Molecular Pain. 4, 43 (2008).
- Vlaeyen, J. W. S. Learning to predict and control harmful events: Chronic pain and conditioning. Pain. 156, Suppl 1 86-93 (2015).
- Vierck, C. J. Animal studies of pain: Lessons for drug development. Emerging Strategies for the Treatment of Neuropathic Pain. Campbell, J. C., et al. , IASP Press. Chapter 23 475-495 (2006).
