Een eenvoudige en goedkope methode voor het bepalen Koude Gevoeligheid en aanpassing in Muizen
Summary
The Cold Plantar Assay (CPA) measures cold responsiveness between 30 °C and 5 °C, and can also measure cold adaptation. This protocol describes how to use the CPA to measure cold hypersensitivity, analgesia, and adaptation in mice.
Abstract
Cold hypersensitivity is a serious clinical problem, affecting a broad subset of patients and causing significant decreases in quality of life. The cold plantar assay allows the objective and inexpensive assessment of cold sensitivity in mice, and can quantify both analgesia and hypersensitivity. Mice are acclimated on a glass plate, and a compressed dry ice pellet is held against the glass surface underneath the hindpaw. The latency to withdrawal from the cooling glass is used as a measure of cold sensitivity.
Cold sensation is also important for survival in regions with seasonal temperature shifts, and in order to maintain sensitivity animals must be able to adjust their thermal response thresholds to match the ambient temperature. The Cold Plantar Assay (CPA) also allows the study of adaptation to changes in ambient temperature by testing the cold sensitivity of mice at temperatures ranging from 30 °C to 5 °C. Mice are acclimated as described above, but the glass plate is cooled to the desired starting temperature using aluminum boxes (or aluminum foil packets) filled with hot water, wet ice, or dry ice. The temperature of the plate is measured at the center using a filament T-type thermocouple probe. Once the plate has reached the desired starting temperature, the animals are tested as described above.
This assay allows testing of mice at temperatures ranging from innocuous to noxious. The CPA yields unambiguous and consistent behavioral responses in uninjured mice and can be used to quantify both hypersensitivity and analgesia. This protocol describes how to use the CPA to measure cold hypersensitivity, analgesia, and adaptation in mice.
Introduction
Meten koude responsiviteit bij knaagdieren is van belang voor een beter begrip van de mogelijke mechanismen van koude gevoeligheid bij mensen zowel onder normale en pathologische omstandigheden. De Koude Plantaire Assay (CPA), oorspronkelijk ontwikkeld enkele jaren geleden 1, is ontworpen om reproduceerbare, eenduidige muizen gedragsreacties op een koude stimulus afgeleverd bij RT genereren. Meer recente verbeteringen van deze assay kon de reproduceerbare meting koude gevoeligheid uiteenlopende temperaturen 2. Beide versies zijn ook ontworpen om relatief hoge doorvoer, en goedkoop te gebruiken.
Een groot deel van de vooruitgang is geboekt in het begrijpen van de mechanismen van koude gevoeligheid gebruik van andere gedragsproblemen methoden. Een methode is de aceton verdampen test, wat inhoudt deppen of sproeien aceton op de muis poot en het meten van de hoeveelheid tijd dat de muis besteedt aantikt poot 3,4. Helaas,de reacties op aceton verdamping verstoord door het nat gevoel en de geur van de aceton. Ook kan de koude stimulus die wordt toegepast in de aceton verdampen proef is afhankelijk van de hoeveelheid aceton toegepast en is moeilijk te kwantificeren. Tenslotte verwonde muizen minimale reactie op aceton bij basislijn, waardoor het onmogelijk analgesie gemeten in afwezigheid van overgevoeligheid deze methode.
Een andere klassieke test voor koude reacties is de staart flick test, waar de latentie tot de intrekking wordt gemeten na de staart wordt ondergedompeld in koud water 5,6. Terwijl de gedragsreacties in deze test eenduidig en meet het onderzoek antwoorden op een bepaalde temperatuur worden de dieren worden tegengehouden tijdens de test, die koud flexibiliteit door welomschreven stress geïnduceerde analgetische mechanismen 7 kan veranderen.
Een andere veel gebruikte tool is de koude plaat test, die de gedragsmaatregelenresponsen van muizen na een Peltier-gekoelde plaat 8-10 geplaatst. Hoewel deze tool geeft informatie over het dier de reacties bij een bepaalde temperatuur, het is ook niet consequent toegepast; verschillende groepen verschillende reacties waaronder het aantal sprongen 8,11, de latentie eerste reactie 8,11- 13 gemeten en het aantal poot liften 11,13,14 met zeer verschillende resultaten. De koude plaat test is ook relatief lage omzet als alleen een dier kunnen worden getest in een tijd, en het een dure en kwetsbare peltier-apparaat vereist.
De 2-plaat temperatuur voorkeur test is een veelgebruikte afgeleide van de koude plaat test die de relatieve hoeveelheid tijd dat de dieren doorbrengen op 2 verbonden platen van verschillende temperaturen 9,15- 17 meet. Een ander soortgelijk gebruikte assay is de temperatuurgradiënt assay, waarbij de hoeveelheid tijd die muizen brengen in verschillende temperatuurzonestussen 5 ° C en 45 ° C op een lange metalen plaat gemeten 16. Hoewel deze testen laten vergelijking van temperaturen, is het onduidelijk of het gedrag vertegenwoordigt temperatuur afkeer of om de temperatuur voorkeur.
Ten slotte heeft de dynamische koud bord test is gebruikt om te meten hoe muizen reageren op veranderende omgevingstemperatuur 18. Deze werkwijze omvat het plaatsen van muizen op een RT Peltier apparaat en ramping minimumtemperatuur 1 ° C terwijl meten hoeveel de muizen springen of likken hun poten bij verschillende temperaturen plaat. Hoewel deze proef waar muizen aanpassen aan een koelomgeving, verschaft het niet een manier om te testen hoe muizen reageren op een koude stimulus in de setting van een koeler omgevingstemperatuur. Bovendien vereist dure apparatuur te voeren en biedt geen manier aan muizen tot de testapparatuur acclimatiseren voordat meten de koude gevoeligheid.
Als aanvulling op deze testen, de CPA test de acclimated responsies op een welbepaalde koude stimulus op verschillende temperatuurbereiken, of tijdens het proces van aanpassing aan koude omgevingstemperaturen. Het kan testen 14 muizen tegelijk met de huidige inrichting, met de potentie om goedkoop worden opgeschaald voor high-throughput testing.
Protocol
Representative Results
Discussion
The CPA can be used to assess cold sensitivity and cold adaptation in mice. It provides an affordable, efficient way to measure cold responses in unrestrained, acclimated animals at a wide variety of temperature ranges. It also provides an unambiguous behavioral response with an easily quantified and analyzed output variable. It has already been used to assess changes in cold sensitivity induced by inflammation1, neuropathic injury1, analgesics1, genetic knockouts20, and ge…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge contributions from the entire Gereau Lab for manuscript editing. This work is supported by NINDS funds 1F31NS078852 to DSB and NINDS fund NS42595 to RWG.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| T-type thermocouple probe | Physitemp | IT-24p | Used to measure the surface temperature of the glass (http://www.physitemp.com/products/probesandwire/) |
| Glass plate | Local glass company (in St. Louis, Stemmerich Inc) | N/A | We use pyrex glass (borosilicate float). Our lab generally uses 1/4'', but 3/16'' and 1/8'' are also useful |
| Thermal Data logger | Extech | EA15 | Thermologger to keep track of glass temperature (http://www.extech.com/instruments/product.asp?catid=64&prodid=408) |
| 3mL Syringe | BD | 309657 | The top is cut off, and dry ice is compressed in the syringe to generate a cold probe |
| Computer | If using Extech logger, any Pcwill work | N/A | |
| Aluminum boxes | Washington University in St. Louis machine shop | N/A | boxes are 3' long, 4.5'' wide, and 3'' tall with a sealed lid. There is a 1/2'' hole drilled into one short side of each box, near the bottom. These holes are filled with rubber stopcocks when the boxes are filled with wet ice or hot water. |
| Heated water circulator | VWR | Any water circulator model with a pump will work | |
| 21 gauge needle | BD | 305165 | The exact needle size is not important |
| Hand timer | N/A | Any hand timer will work | |
| Mirror | N/A | Any flat mirror will work |
References
- Brenner, D. S., Golden, J. P., Gereau, R. W. A Novel Behavioral Assay for Measuring Cold Sensation in Mice. Plos ONE. 7 (6), 8 (2012).
- Brenner, D. S., Vogt, S. K., Gereau, R. W. A technique to measure cold adaptation in freely behaving mice. Journal of Neuroscience Methods. , (2014).
- Choi, Y., Yoon, T. W., Na, H. S., Kim, S. H., Chung, J. M. Behavioral signs of ongoing pain and cold allodynia in a rat model of neuropathic pain. Pain. 59 (3), 369-376 (1994).
- Gauchan, P., Andoh, T., Kato, A., Kuraishi, Y. Involvement of increased expression of transient receptor potential melastatin 8 in oxaliplatin-induced cold allodynia in mice. Neuroscience letters. 458 (2), 93-95 (2009).
- Carlton, S. M., Lekan, H. A., Kim, S. H., Chung, J. M. Behavioral manifestations of an experimental model for peripheral neuropathy produced by spinal nerve ligation in the primate. Pain. 56 (2), 155-166 (1994).
- Pizziketti, R. J., Pressman, N. S., Geller, E. B., Cowan, A., Adler, M. W. Rat cold water tail-flick: A novel analgesic test that distinguishes opioid agonists from mixed agonist-antagonists. European Journal of Pharmacology. 119 (1-2), 23-29 (1985).
- Pinto-Ribeiro, F., Almeida, A., Pego, J. M., Cerqueira, J., Sousa, N. Chronic unpredictable stress inhibits nociception in male rats. Neuroscience letters. 359 (1-2), 73-76 (2004).
- Karashima, Y., et al. TRPA1 acts as a cold sensor in vitro and in vivo. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (4), 1273-1278 (2009).
- Knowlton, W. M., Bifolck-Fisher, A., Bautista, D. M., McKemy, D. D. TRPM8, but not TRPA1, is required for neural and behavioral responses to acute noxious cold temperatures and cold-mimetics in vivo. Pain. 150 (2), 340-350 (2010).
- Allchorne, A. J., Broom, D. C., Woolf, C. J. Detection of cold pain, cold allodynia and cold hyperalgesia in freely behaving rats. Molecular pain. 1, 36 (2005).
- Colburn, R. W., et al. Attenuated cold sensitivity in TRPM8 null mice. Neuron. 54 (3), 379-386 (2007).
- Dhaka, A., Murray, A. N., Mathur, J., Earley, T. J., Petrus, M. J., Patapoutian, A. TRPM8 is required for cold sensation in mice. Neuron. 54 (3), 371-378 (2007).
- Bautista, D. M., et al. The menthol receptor TRPM8 is the principal detector of environmental cold. Nature. 448 (7150), 204-208 (2007).
- Obata, K., et al. TrpA1 induced in sensory neurons contributes to cold hyperalgesia after inflammation and nerve injury. The Journal of Clinical Investigation. 115 (9), 2393-2401 (2005).
- Tang, Z., et al. Pirt functions as an endogenous regulator of TRPM8. Nature communications. 4, 2179 (2013).
- Lee, H., Iida, T., Mizuno, A., Suzuki, M., Caterina, M. J. Altered thermal selection behavior in mice lacking transient receptor potential vanilloid 4. The Journal of neuroscience the official journal of the Society for Neuroscience. 25 (5), 1304-1310 (2005).
- Pogorzala, L. A., Mishra, S. K., Hoon, M. A. The cellular code for Mammalian thermosensation. The Journal of neuroscience the official journal of the Society for Neuroscience. 33 (13), 5533-5541 (2013).
- Yalcin, I., Charlet, A., Freund-Mercier, M. -. J., Barrot, M., Poisbeau, P. Differentiating thermal allodynia and hyperalgesia using dynamic hot and cold plate in rodents. The journal of pain official journal of the American Pain Society. 10 (7), 767-773 (2009).
- Callahan, B. L., Gil, A. S., Levesque, A., Mogil, J. S. Modulation of mechanical and thermal nociceptive sensitivity in the laboratory mouse by behavioral state. The journal of pain: official journal of the American Pain Society. 9 (2), 174-184 (2008).
- Brenner, D. S., Golden, J. P., Vogt, S. K., Dhaka, A., Story, G. M., Gereau, R. W. A dynamic set point for thermal adaptation requires phospholipase C-mediated regulation of TRPM8 in vivo. Pain. , (2014).
- Patwardhan, A. M., Scotland, P. E., Akopian, A. N., Hargreaves, K. M. Activation of TRPV1 in the spinal cord by oxidized linoleic acid metabolites contributes to inflammatory hyperalgesia. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (44), 18820-18824 (2009).
- Fujita, F., Uchida, K., Takaishi, M., Sokabe, T., Tominaga, M. Ambient Temperature Affects the Temperature Threshold for TRPM8 Activation through Interaction of Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphate. Journal of Neuroscience. 33 (14), 6154-6159 (2013).
- Rohacs, T., Lopes, C. M., Michailidis, I., Logothetis, D. E. PI(4,5)P2 regulates the activation and desensitization of TRPM8 channels through the TRP domain. Nature neuroscience. 8 (5), 626-634 (2005).
- Daniels, R. L., Takashima, Y., McKemy, D. D. Activity of the neuronal cold sensor TRPM8 is regulated by phospholipase C via the phospholipid phosphoinositol 4,5-bisphosphate. The Journal of biological chemistry. 284 (3), 1570-1582 (2009).
- Zhang, H., et al. Neurokinin-1 receptor enhances TRPV1 activity in primary sensory neurons via PKCepsilon: a novel pathway for heat hyperalgesia. The Journal of neuroscience the official journal of the Society for Neuroscience. 27 (44), 12067-12077 (2007).
- Wang, H., Zylka, M. J. Mrgprd-expressing polymodal nociceptive neurons innervate most known classes of substantia gelatinosa neurons. The Journal of neuroscience the official journal of the Society for Neuroscience. 29 (42), 13202-13209 (2009).
