בדיקת הימנעות מקונפליקט מכני למדידת התנהגות כאב בעכברים
Summary
הבדיקה המכנית למניעת קונפליקטים משמשת כקריאה לא רפלקסיבית של רגישות לכאב בעכברים, שבה ניתן להשתמש כדי להבין טוב יותר תגובות רגשיות-מוטיבציוניות במגוון מודלים של כאב עכברים.
Abstract
הכאב מורכב הן מממדים חושיים (nociceptive) והן מממדים רגשיים (לא נעימים). במודלים פרה-קליניים, כאב הוערך באופן מסורתי באמצעות מבחנים רפלקסיביים המאפשרים מסקנות לגבי המרכיב הנוציפטי של הכאב, אך מספקים מידע מועט על המרכיב הרגשי או המוטיבציוני של הכאב. פיתוח מבחנים הלוכדים את מרכיבי הכאב הללו הם אפוא חשובים מבחינה תרגומית. לפיכך, חוקרים צריכים להשתמש במבחנים התנהגותיים לא רפלקסיביים כדי לחקור את תפיסת הכאב ברמה זו. הימנעות מקונפליקט מכני (MCA) היא בדיקת התנהגות לא רפלקסיבית מרצון מבוססת, לחקר תגובות מוטיבציה לגירוי מכני רעיל בפרדיגמה של 3 תאים. שינוי בהעדפת המיקום של העכבר, כאשר הוא מתמודד עם גירויים רעילים מתחרים, משמש כדי להסיק את אי הנעימות הנתפסת של אור בהיר לעומת גירוי מישושי של כפות הרגליים. פרוטוקול זה מתווה גרסה שונה של בדיקת MCA שבה חוקרי כאב יכולים להשתמש כדי להבין תגובות רגשיות-מוטיבציוניות במגוון מודלים של כאב עכברים. אף על פי שלא תוארו כאן באופן ספציפי, נתוני ה-MCA לדוגמה שלנו משתמשים באדג’ובנט התוך-פלנטרי השלם של פרוינד (CFA), בפגיעה עצבית שנחסכה (SNI) ובמודל שבר/יציקה כמודלים של כאב כדי להמחיש את הליך ה-MCA.
Introduction
כאב הוא חוויה מורכבת עם מרכיבים חושיים ורגשיים. הפחתה בסף תפיסת הכאב ורגישות יתר לגירויים תרמיים ו/או מכניים הם מאפיינים מרכזיים של חוויה זו, שמבחני התנהגות כאב מעוררי גירוי יכולים ללכוד (כמו מבחן רגישות החום של Hargreaves ומבחן פון פריי של רגישות מכנית)1,2. למרות שמבחנים כאלה נותנים תוצאות חזקות וניתנות לשחזור, הם מוגבלים על ידי הסתמכותם על נסיגה רפלקסיבית מגירוי מרושע נתפס. זה הטיל ספק בהסתמכות מתמשכת של מחקרי כאב על בדיקות אלה בלבד. לשם כך, חוקרי כאב בוחנים כבר מספר שנים מבחנים התנהגותיים חלופיים/משלימים לשימוש במודלים של כאב מכרסמים במאמץ ללכוד יותר מהמרכיבים הרגשיים ו/או המוטיבציוניים של הכאב. אמצעים לא מעוררים, רצוניים או לא רפלקסיביים אלה (למשל, ריצת גלגלים, פעילות מחילה, העדפת מקום מותנית 3,4,5) מיושמים בניסיון לשפר את יכולת התרגום של מחקר כאב פרה-קליני.
הבדיקה למניעת קונפליקט מכני (MCA) תוארה במקור על ידי Harte et al. בשנת 20166, משמשת בעיקר בחולדות 7,8, ומייצגת שינוי של גישה קודמת – פרדיגמת ההימנעות ממקום בריחה. בגישה זו, גירוי מזיק של הכפה האחורית מבוצע בתא רצוי (כהה) אחרת כדי להניע התנהגות תכליתית של החיה כדי לברוח / למנוע גירוי כזה 9,10. במקום להסתמך על גירוי ידני של הכפה האחורית על ידי משקיף, מבחן ה-MCA מאלץ את העכברים לנהל משא ומתן על גירוי שעלול להיות מזיק כדי להימלט מסביבה מרתיעה ולהגיע לתא החשוך. הקונפליקט/ההימנעות שמעניקים לבדיקה את שמה נובעת משני המניעים המתחרים הללו: לברוח מאזורים מוארים היטב ולהימנע מגירוי מרושע של כפות הרגליים. בדיקת MCA גם חולקת תכונות עם בדיקות העדפת מקום מותנות, שבהן השילוב של שיכוך כאבים עם רמזים סביבתיים מניע שינויים בהתנהגות המשקפים העדפה להקשר משכך הכאבים/מתגמל11.
ביסודו של דבר, כל המבחנים הללו חולקים גישה דומה: שימוש בשינוי בהעדפתו של בעל חיים לסביבה מרתיעה אחת על פני אחרת כאינדיקטור למצב הרגשי/מוטיבציוני שלהם. מבחן MCA הוא פרדיגמה של 3 תאים המורכבת מתא מואר בהיר ואחריו תא אמצעי כהה עם בדיקות גובה מתכווננות ותא שלישי כהה ללא כל גירויים מרתיעים. עכבר לא מרוסן הוא בדרך כלל מוטיבציה לברוח לחדר חשוך, בהתחשב בסלידה המולדת של מכרסמים מאור בהיר12. בדוגמה זו, המוטיבציה הטבעית לברוח מסביבה מוארת בבהירות מתגברת על חוסר ההתאמה להיתקל בגירוי כפות אחוריות (בדיקות הגובה המתכווננות), המתרחש אך ורק בסביבה החשוכה. לעומת זאת, עכבר החווה כאב (עקב דלקת או נוירופתיה, למשל) עשוי לבחור לבלות זמן רב יותר בסביבה המוארת, שכן יש מוטיבציה להימנע מחוויית המישוש הלא נעימה של הגשושיות המכניות בהגדרת רגישות יתר מתמשכת למישוש.
מאמר זה מתאר גרסה שונה של בדיקת MCA. התאמנו את השיטה המקורית (שבוצעה בחולדות6) לשימוש בעכברים. כמו כן, הפחתנו את מספר גבהי הגשושית שנבדקו משישה לשלושה (0, 2 ו-5 מ”מ מעל גובה הרצפה) על מנת לייעל את איסוף הנתונים. גישה זו נבדקה על פני מודלים רבים של כאב, ואומתה באמצעות משככי כאבים ידועים, מה שמצביע על כך שרגישות יתר לכאב ו/או השינויים הרגשיים והמוטיבציוניים הנלווים מניעים שינויים אלה בהתנהגות. גישה זו מהירה יחסית לניצוח וניתנת להתאמה בהשוואה לאמצעים אחרים שאינם רפלקסיביים, שיכולים לקחת ימים רבים של הרגלה ואימון 1,2. בשילוב עם מדדים אחרים של כאב, MCA יכול לייצר תובנות חשובות על ההיבטים הרגשיים והמוטיבציוניים של הכאב.
Protocol
Representative Results
Discussion
כמו בכל המבחנים ההתנהגותיים, טיפול נכון, אקראיות ועיוורון לטיפול בבעלי חיים הם חיוניים לאורך כל הדרך. בהתחשב בתשומות הרב-גורמיות להתנהגויות מורכבות ולקבלת החלטות, חובה על בעלי חיים להיות מטופלים, מורגלים ונבדקים באופן עקבי ככל האפשר תוך מזעור המצוקה. יש להקפיד גם לשחזר את תזמון מיקום העכב…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
GM נתמכת על ידי מלגת בוגר NDSEG. VLT נתמכת על ידי מענק NIH NIGMS #GM137906 וקרן ריטה אלן. AJS נתמך על ידי מענקי משרד ההגנה W81XWH-20-1-0277, W81XWH-21-1-0197, וקרן ריטה אלן. אנו מודים לד”ר Alexxai Kravitz בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת וושינגטון על תכנון והפיכת קבצי המדפסת התלת-ממדית לזמינים באופן חופשי עבור רצפת החדר 2 וצלחת הבדיקה.
Materials
| 32.8ft 3000K-6000K Tunable White LED Strip Lights, Dimmable Super Bright LED Tape Lights with 600 SMD 2835 LEDs | Lepro | SKU: 410087-DWW-US | For lighting chamber 1. https://www.lepro.com/32ft-dimmable-tunable-white-led-strip-lights.html |
| 3D printed 'spike bed' and 'chamber 2 floor' | Shapeways | N/A | Optional, for mechanical probes as an alternative to blunted map pins. |
| 70% ethanol | Various | N/A | To clean MCA between mice. |
| Acryl-Hinge 2 | TAP Plastics | N/A | for attaching chamber lids to rear walls. https://www.tapplastics.com/product/plastics/handles_hinges_latches/acryl_hinge_2/122 |
| Chemcast Cast Acrylic Sheet, Clear | TAP Plastics | N/A | 3mm thick. For front wall of chamber 1. https://www.tapplastics.com/product/plastics/cut_to_size_plastic/acrylic_sheets_cast_clear/510 |
| Chemcast Cast Transparent Colored Acrylic, Transparent Dark Red – 50% | TAP Plastics | N/A | 3mm thick. 50% light transmission. For walls and lids of chambers 2 and 3. https://www.tapplastics.com/product/plastics/cut_to_size_plastic/acrylic_sheets_transparent_colors/519 |
| Chemcast Translucent & Opaque Colored Cast Acrylic, Sign Opaque White – 0.1% | TAP Plastics | N/A | 3mm thick. For side walls and lid of chamber 1. https://www.tapplastics.com/product/plastics/cut_to_size_plastic/acrylic_sheets_color/341 |
| Disinfectant (e.g. Quatricide) | Pharmacal Research Laboratories, Inc. | 65020F | To disinfect MCA at the end of a testing session. |
| Dry-erase markers and board | Various | N/A | To add experimental info to the beginning of video footage. |
| Map pins | Various | N/A | Optional, for mechanical probes. Use sandpaper to blunt sharp points before use. Can be used in place of 3D-printed parts. |
| Paper towels | Various | N/A | To clean/disinfect MCA. |
| SCIGRIP Weld-On #3 Acrylic Cement | TAP Plastics | N/A | For assembling acrylic sheets into chambers and affixing hinges. https://www.tapplastics.com/product/repair_products/plastic_adhesives/weld_on_3_cement/131 |
| Stopwatch | Various | N/A | To record escape latencies/dwell times in real-time or from recorded video. |
| Timer | Various | N/A | To ensure LED turn-on, barrier removal and test completion are timed consistently. |
| Video camera | Various | HDRCX405 Handycam Camcorder | To record mouse behavior in the MCA device. Can be substituted with any consumer-grade video camera capable of 1080p resolution. |
| Tripod | Famall | N/A | Any tripod that can hold the camera at bench height for recording MCA footage is acceptable. |
Referencias
- Hargreaves, K., Dubner, R., Brown, F., Flores, C., Joris, J. A new and sensitive method for measuring thermal nociception in cutaneous hyperalgesia. Pain. 32 (1), 77-88 (1988).
- Chaplan, S. R., Bach, F. W., Pogrel, J. W., Chung, J. M., Yaksh, T. L. Quantitative assessment of tactile allodynia in the rat paw. Journal of Neuroscience Methods. 53 (1), 55-63 (1994).
- Sheahan, T. D., et al. Inflammation and nerve injury minimally affect mouse voluntary behaviors proposed as indicators of pain. Neurobiology of Pain. 2, 1-12 (2017).
- Wodarski, R., et al. Cross-centre replication of suppressed burrowing behaviour as an ethologically relevant pain outcome measure in the rat: a prospective multicentre study. Pain. 157 (10), 2350-2365 (2016).
- King, T., et al. Unmasking the tonic-aversive state in neuropathic pain. Nature Neuroscience. 12 (11), 1364-1366 (2009).
- Harte, S. E., Meyers, J. B., Donahue, R. R., Taylor, B. K., Morrow, T. J. Mechanical Conflict System: A Novel Operant Method for the Assessment of Nociceptive Behavior. PLoS One. 11 (2), 0150164 (2016).
- Pahng, A. R., Edwards, S. Measuring Pain Avoidance-Like Behavior in Drug-Dependent Rats. Current Protocols in Neuroscience. 85 (1), 53 (2018).
- Odem, M. A., et al. Sham surgeries for central and peripheral neural injuries persistently enhance pain-avoidance behavior as revealed by an operant conflict test. Pain. 160 (11), 2440-2455 (2019).
- LaBuda, C. J., Fuchs, P. N. A behavioral test paradigm to measure the aversive quality of inflammatory and neuropathic pain in rats. Experimental Neurology. 163 (2), 490-494 (2000).
- LaBuda, C. J., Fuchs, P. N. Morphine and gabapentin decrease mechanical hyperalgesia and escape/avoidance behavior in a rat model of neuropathic pain. Neuroscience Letters. 290 (2), 137-140 (2000).
- Vichaya, E. G., et al. Motivational changes that develop in a mouse model of inflammation-induced depression are independent of indoleamine 2,3 dioxygenase. Neuropsychopharmacology. 44 (2), 364-371 (2019).
- Hascoët, M., Bourin, M., Nic Dhonnchadha, B. A. The mouse light-dark paradigm: a review. Progress in Neuropsychopharmacology & Biological Psychiatry. 25 (1), 141-166 (2001).
- Shepherd, A. J., Mohapatra, D. P. Pharmacological validation of voluntary gait and mechanical sensitivity assays associated with inflammatory and neuropathic pain in mice. Neuropharmacology. 130, 18-29 (2018).
- Huck, N. A., et al. Temporal Contribution of Myeloid-Lineage TLR4 to the Transition to Chronic Pain: A Focus on Sex Differences. Journal of Neuroscience. 41 (19), 4349-4365 (2021).
- Pitzer, C., La Porta, C., Treede, R. D., Tappe-Theodor, A. Inflammatory and neuropathic pain conditions do not primarily evoke anxiety-like behaviours in C57BL/6 mice. European Journal of Pain. 23 (2), 285-306 (2019).
- Sieberg, C. B., et al. Neuropathic pain drives anxiety behavior in mice, results consistent with anxiety levels in diabetic neuropathy patients. Pain Reports. 3 (3), 651 (2018).
- Meuwissen, K. P. V., van Beek, M., Joosten, E. A. J. Burst and Tonic Spinal Cord Stimulation in the Mechanical Conflict-Avoidance System: Cognitive-Motivational Aspects. Neuromodulation. 23 (5), 605-612 (2020).
