Preklinik Bir Baş Ağrısı Modeli Olarak Farelerde Dural Stimülasyon ve Periorbital von Frey Testi
Summary
Migrenin en önemli belirtisi şiddetli baş ağrısıdır ve bunun meninksleri innerve eden duyusal nöronlar tarafından aracılık ettiği varsayılmaktadır. Burada, yüz aşırı duyarlılığını bir çıktı olarak kullanırken, maddeleri duraya minimal invaziv bir şekilde lokal olarak uygulamak için bir yöntem sunuyoruz.
Abstract
Dura mater, araknoid ve pia mater’den oluşan kraniyal meninkslerin öncelikle sinir sistemi için yapısal fonksiyonlara hizmet ettiği düşünülmektedir. Örneğin, beyni kafatasından korurlar ve korteksin vasküler ve nöronal beslemesini demirlerler / düzenlerler. Bununla birlikte, meninksler, migren sırasında yaşanan ağrının lokal steril inflamasyona ve ardından lokal nosiseptif afferentlerin aktivasyonuna atfedildiği migren gibi sinir sistemi bozukluklarında da rol oynar. Meninkslerdeki tabakalardan dura mater, migrenlerin patofizyolojisinde özellikle ilgi çekicidir. Yüksek oranda vaskülarize olur, lokal nosiseptif nöronları barındırır ve bağışıklık hücreleri gibi çeşitli yerleşik hücrelere ev sahipliği yapar. Lokal meningeal mikroortamdaki ince değişiklikler, dural perivasküler nosiseptörlerin aktivasyonuna ve sensitizasyonuna yol açarak migren ağrısına yol açabilir. Çalışmalar, dural afferentlerin in vivo elektrofizyoloji, görüntüleme teknikleri veya davranışsal modeller kullanılarak nasıl aktive edildiğini / hassaslaştığını ele almaya çalışmıştır, ancak bunlar genellikle çok invaziv ameliyatlar gerektirir. Bu protokol, farelerde dura mater üzerindeki bileşiklerin nispeten invaziv olmayan bir şekilde uygulanması için bir yöntem ve dural stimülasyonu takiben periorbital von Frey testini kullanarak baş ağrısı benzeri dokunsal duyarlılığı ölçmek için uygun bir yöntem sunmaktadır. Bu yöntem, dura ve kafatasının bütünlüğünü korur ve kaynaşmamış sagital ve lambdoid sütürlerin birleşme noktasında 0.65 mm’lik modifiye edilmiş bir kanül yoluyla maddeler enjekte ederek invaziv tekniklerden kaynaklanan kafa karıştırıcı etkileri azaltır. Bu klinik öncesi model, araştırmacıların çok çeşitli dural uyaranları ve nosiseptör aktivasyonu, bağışıklık hücresi aktivasyonu, vasküler değişiklikler ve ağrı davranışları gibi migrenin patolojik ilerlemesindeki rollerini araştırmalarına izin verirken, kafatası ve meninkslere yaralanmayan koşulları koruyarak izin verecektir.
Introduction
Migren ağrısı dünya çapında önemli bir halk sağlığı sorunu olmaya devam etmektedir. Dünya Sağlık Örgütü, onu dünyadaki en yaygın altıncı hastalık olarak sıralamakta, Dünya nüfusunun% 15’inden biraz daha azını etkilemektedir1 ve toplum üzerinde önemli bir sosyoekonomik yüke neden olmaktadır 2,3. Tedavi seçenekleri ve etkinlikleri yetersiz kalmıştır ve sadece semptomatik rahatlama sağlar ve migren oluşumunun altında yatan patofizyolojik olayları önemli ölçüde değiştirmez 4,5. Tedavi başarısının olmaması, migrenin patolojisi tam olarak anlaşılamayan ve sınırlı sayıda terapötik hedefe yol açan çok faktörlü bir bozukluk olmasından kaynaklanmaktadır. Migren, hayvan modellerinde tam olarak yakalanması da zordur, özellikle migren tanısının, aura, baş ağrısı, fotofobi ve allodinya gibi migren ayırt edici özellikleri ile deneyimlerini tanımlayan hastalarla sözlü iletişime dayanarak yapıldığı göz önüne alındığında. Bununla birlikte, migren tedavilerindeki son gelişmelerin şu anda klinik öncesi modeller tarafından iyi doğrulanmış birçok nörolojik durum için tedavilerden daha iyi performans gösterdiğini belirtmek önemlidir. Örneğin, kalsitonin geni ile ilişkili peptidi veya reseptörünü hedef alan monoklonal antikorlar ve küçük moleküller, migren hastalarının yaşam kalitesini iyileştirmede çok başarılı olmuştur ve migrenin klinik yönetimini potansiyel olarak dönüştürebilir. Bu bozukluğu anlamada ilerleme kaydedilmiş olsa da, henüz açıklığa kavuşturulması gereken çok şey olmaya devam ediyor.
Preklinik hayvan modellerine ve insan çalışmalarına dayanarak, migren baş ağrılarının, trigeminal ve üst servikal dorsal kök ganglionları 6,7,8,9,10 yoluyla sinyal veren meninkslerdeki nosiseptif liflerin anormal aktivasyonu ile başlatıldığı yaygın olarak kabul edilmektedir. Bu teoriye rağmen, birçok çalışma hala migrende altta yatan katkıda bulunan mekanizmaları anlamak için sistemik ilaç uygulamasını kullanmaktadır. İlaçların sistemik dozlanması anlayışımızı önemli ölçüde güçlendirmiş olsa da, bu bulgular hedef doku içindeki lokal eylemlerin migrende rol oynayıp oynamadığını doğrudan değerlendirmemektedir. Tersine, birkaç çalışma durayı uyarmak için bir yaklaşım benimsemiştir; Bununla birlikte, bu deneyler invaziv bir kraniyotomi yoluyla kanül implantasyonu ve uzatılmış iyileşme süreleri11,12 gerektirir. Bu sınırlamalar nedeniyle, kraniyotomi eksikliğinin cerrahi sonrası iyileşmeyi ortadan kaldırdığı ve uyanık hayvanlarda derhal test edilmesine izin verdiği durayı lokal olarak uyarmak için minimal invaziv bir yaklaşım geliştirdik12,13,14. Bu enjeksiyonlar hafif izofluran anestezisi altında gerçekleştirilir ve farelerde sagital ve lambdoid sütürlerin birleşme noktasında uygulanır.
Kemirgenlerde nosiseptif davranışsal yanıtları değerlendirmek için çeşitli yaklaşımlar geliştirilmiştir15. Kutanöz allodinya, migren hastalarının yaklaşık% 80’inde16,17 bildirilmiştir ve kemirgenlerde kullanım için potansiyel bir translasyonel son noktayı temsil etmektedir. Preklinik modellerde, von Frey filamentlerinin kemirgen pençesinin plantar bölgesine uygulanması, klinik öncesi migren modellerinde ağrı davranışlarını değerlendirmek için kullanılmıştır. Bu yaklaşımın birincil sınırlaması, sefalik bölgeyi test etmemesidir. Yüz buruşma skorlaması, ağrı uyaranlarının indüklenmesinden sonra yüz ifadelerini analiz ederek kemirgenlerde ağrı davranışlarını yakalamak için kullanılmıştır18,19. Bununla birlikte, sınırlamaları sadece akut uyaranlara verilen yanıtları yakalamayı ve kronik orofasiyal ağrı koşullarını içermez. Yüz bakımı ve azalmış yetiştirme de migrenin klinik öncesi modellerinde davranışsal yanıtların çıktıları olarak kabul edilir20,21. İlkinin sınırlamaları, ağrı tepkilerini normal rutin tımar ve kaşıntı gibi diğer duyumlardan ayırt etmede zorluğu içerir. İkincisi durumunda, yetiştirme davranışları tipik olarak kemirgenlerin yeni ortamlara girmesinden sonra hızla azalır. Bu davranışsal sonlanım noktalarının her biri, ağrı koşullarına katkıda bulunan çeşitli mekanizmaların anlaşılmasında değerli olmasına rağmen, migren gibi ağrı bozukluklarının klinik öncesi modellerinin, özellikle sefalik aşırı duyarlılık yanıtlarını yakalayan son noktaları içermesi için kritik bir ihtiyaç vardır. Dural stimülasyonu takiben periorbital derinin dokunsal aşırı duyarlılığının değerlendirilmesi, duyusal semptomların ağırlıklı olarak sefalik olduğu migrenlere katkıda bulunan mekanizmalar hakkında daha iyi bir fikir verebilecek bir yöntemdir. Burada, klinik öncesi bir migren modeli olarak fare durasına madde uygulamak için bir yöntem açıklıyoruz. Dural uygulamayı takiben, Dixon yukarı-aşağı yönteminde uygulanan kalibre edilmiş von Frey filamentlerini kullanarak periorbital dokunsal aşırı duyarlılığı test etmek için ayrıntılı bir yöntem de sunuyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dura’daki lokal nosiseptif sistemdeki uyumsuz değişiklikler, doku hasarı olmamasına rağmen migren ataklarının baş ağrısı fazına önemli bir katkıda bulunur25,26. Burada çalışma, duranın minimal invaziv stimülasyonunun yüz dokunsal aşırı duyarlılığını indükleyebileceği bir yöntem sunmaktadır. Dural nosiseptör aktivasyonunda rol oynayan mekanizmaların ve olayların kafatasına ve dokulara zarar vermeden aydınlatılması, migren mek…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri (NS104200 ve NS072204 to GD) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| 4 oz Hot Paper Cups | Choice Paper Company | 5004W | https://www.webstaurantstore.com/choice-4-oz-white-poly-paper-hot-cup-case/5004W.html |
| Absorbent Underpads | Fisherbrand | 14-206-65 | https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-absorbent-underpads-8/p-306048 |
| C313I/SPC Internal 28 G cannula | P1 Technologies (formerly Plastics One) | 8IC313ISPCXC | I.D. 18 mm, O.D. 35 mm |
| Gastight Model 1701 SN Syringes | Hamilton | 80008 | https://www.hamiltoncompany.com/laboratory-products/syringes/80008 |
| Ismatec Pump Tubing, 0.19 mm | Cole-Palmer | EW-96460-10 | https://www.coleparmer.com/i/ismatec-pump-tubing-2-stop-tygon-s3-e-lab-0-19-mm-id-12-pk/9646010 |
| Stand with chicken wire | Custom | The galvanized steel chicken wire dimensions are 0.25 in. x 19-gauge | |
| Testing Rack with individual Chambers | Custom | Each chamber should have a division between each mouse and lids to contain the mouse. The chambers should also be large enough to hold a 4 oz. paper cup. | |
| von Frey Filaments | Touch test/Stoelting | 58011 | https://www.stoeltingco.com/touch-test.html |
References
- GBD 2016 Disease and Injury Incidence and Prevalence Collaborators. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 328 diseases and injuries for 195 countries, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet. 390 (10100), 1211-1259 (2017).
- Woldeamanuel, Y. W., Cowan, R. P. Migraine affects 1 in 10 people worldwide featuring recent rise: A systematic review and meta-analysis of community-based studies involving 6 million participants. Journal of the Neurological Sciences. 372, 307-315 (2017).
- Burch, R. C., Loder, S., Loder, E., Smitherman, T. A. The prevalence and burden of migraine and severe headache in the United States: updated statistics from government health surveillance studies. Headache. 55 (1), 21-34 (2015).
- Ashina, M. Migraine. New England Journal of Medicine. 383 (19), 1866-1876 (2020).
- Ashina, M., et al. Migraine: integrated approaches to clinical management and emerging treatments. Lancet. 397 (10283), 1505-1518 (2021).
- Jacobs, B., Dussor, G. Neurovascular contributions to migraine: Moving beyond vasodilation. Neurosciences. 338, 130-144 (2016).
- Koyuncu Irmak, D., Kilinc, E., Tore, F. Shared Fate of Meningeal Mast Cells and Sensory Neurons in Migraine. Frontiers in Cellular Neuroscience. 13, 136 (2019).
- Levy, D. Migraine pain, meningeal inflammation, and mast cells. Current Pain and Headache Reports. 13 (3), 237-240 (2009).
- Levy, D., Labastida-Ramirez, A., MaassenVanDenBrink, A. Current understanding of meningeal and cerebral vascular function underlying migraine headache. Cephalalgia. 39 (13), 1606-1622 (2019).
- Phebus, L. A., Johnson, K. W. Dural inflammation model of migraine pain. Current Protocols in Neuroscience. , (2001).
- Fried, N. T., Maxwell, C. R., Elliott, M. B., Oshinsky, M. L. Region-specific disruption of the blood-brain barrier following repeated inflammatory dural stimulation in a rat model of chronic trigeminal allodynia. Cephalalgia. 38 (4), 674-689 (2018).
- Avona, A., et al. Dural calcitonin gene-related peptide produces female-specific responses in rodent migraine models. The Journal of Neuroscience. 39 (22), 4323-4331 (2019).
- Burgos-Vega, C. C., et al. Non-invasive dural stimulation in mice: A novel preclinical model of migraine. Cephalalgia. 39 (1), 123-134 (2019).
- Avona, A., et al. Meningeal CGRP-Prolactin interaction evokes female-specific migraine behavior. Annals of Neurology. 89 (6), 1129-1144 (2021).
- Deuis, J. R., Dvorakova, L. S., Vetter, I. Methods used to evaluate pain behaviors in rodents. Frontiers in Molecular Neuroscience. 10, 284 (2017).
- Lipton, R. B., et al. Cutaneous allodynia in the migraine population. Annals of Neurology. 63 (2), 148-158 (2008).
- Goadsby, P. J. Migraine, allodynia, sensitisation and all of that. European Neurology. 53, 10-16 (2005).
- Langford, D. J., et al. Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse. Nature Methods. 7 (6), 447-449 (2010).
- Mogil, J. S., Pang, D. S. J., Silva Dutra, G. G., Chambers, C. T. The development and use of facial grimace scales for pain measurement in animals. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 116, 480-493 (2020).
- Vuralli, D., Wattiez, A. S., Russo, A. F., Bolay, H. Behavioral and cognitive animal models in headache research. The Journal of Headache and Pain. 20 (1), 11 (2019).
- Mason, B. N., et al. Induction of migraine-like photophobic behavior in mice by both peripheral and central CGRP mechanisms. The journal of Neuroscience. 37 (1), 204-216 (2017).
- Dixon, W. J., Mood, A. M. A method for obtaining and analyzing sensitivity data. The Journal of the American Statistical Association. 43 (241), 109-126 (1948).
- Dixon, W. The up-and-down method for small samples. The Journal of the American Statistical Association. 60, (1965).
- Bonin, R. P., Bories, C., De Koninck, Y. A simplified up-down method (SUDO) for measuring mechanical nociception in rodents using von Frey filaments. Molecular Pain. 10, 26 (2014).
- Ramachandran, R. Neurogenic inflammation and its role in migraine. Seminars in Immunopathology. 40 (3), 301-314 (2018).
- Edvinsson, L., Haanes, K. A., Warfvinge, K. Does inflammation have a role in migraine. Nature Reviews Neurology. 15 (8), 483-490 (2019).
- Stokely, M. E., Orr, E. L. Acute effects of calvarial damage on dural mast cells, pial vascular permeability, and cerebral cortical histamine levels in rats and mice. Journal of Neurotrauma. 25 (1), 52-61 (2008).
- Theoharides, T. C., Donelan, J., Kandere-Grzybowska, K., Konstantinidou, A. The role of mast cells in migraine pathophysiology. Brain Research Reviews. 49 (1), 65-76 (2005).
- Conti, P., et al. Progression in migraine: Role of mast cells and pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines. European Journal of Pharmacology. 844, 87-94 (2019).
- Rea, B. J., et al. Peripherally administered calcitonin gene-related peptide induces spontaneous pain in mice: implications for migraine. Pain. 159 (11), 2306-2317 (2018).
