Mechanischer Konfliktvermeidungstest zur Messung des Schmerzverhaltens bei Mäusen
Summary
Der mechanische Konfliktvermeidungsassay wird als nichtreflexives Auslesen der Schmerzempfindlichkeit bei Mäusen verwendet, um affektiv-motivationale Reaktionen in einer Vielzahl von Mausschmerzmodellen besser zu verstehen.
Abstract
Schmerz umfasst sowohl sensorische (nozizeptive) als auch affektive (unangenehme) Dimensionen. In präklinischen Modellen wurde der Schmerz traditionell mit reflexiven Tests bewertet, die Rückschlüsse auf die nozizeptive Komponente des Schmerzes zulassen, aber wenig Informationen über die affektive oder motivationale Komponente des Schmerzes liefern. Die Entwicklung von Tests, die diese Schmerzkomponenten erfassen, ist daher translational wichtig. Daher müssen Forscher nicht-reflexive Verhaltensassays verwenden, um die Schmerzwahrnehmung auf dieser Ebene zu untersuchen. Mechanische Konfliktvermeidung (MCA) ist ein etablierter freiwilliger nicht-reflexiver Verhaltensassay, um motivierende Reaktionen auf einen schädlichen mechanischen Reiz in einem 3-Kammer-Paradigma zu untersuchen. Eine Änderung der Standortpräferenz einer Maus, wenn sie mit konkurrierenden schädlichen Reizen konfrontiert wird, wird verwendet, um auf die wahrgenommene Unannehmlichkeit von hellem Licht gegenüber der taktilen Stimulation der Pfoten zu schließen. Dieses Protokoll skizziert eine modifizierte Version des MCA-Assays, mit der Schmerzforscher affektiv-motivationale Reaktionen in einer Vielzahl von Mausschmerzmodellen verstehen können. Obwohl hier nicht ausdrücklich beschrieben, verwenden unsere Beispiel-MCA-Daten das intraplantare vollständige Freund-Adjuvans (CFA), die verschonte Nervenverletzung (SNI) und ein Fraktur- / Casting-Modell als Schmerzmodelle, um das MCA-Verfahren zu veranschaulichen.
Introduction
Schmerz ist eine komplexe Erfahrung mit sensorischen und affektiven Komponenten. Eine Verringerung der Schmerzwahrnehmungsschwelle und Überempfindlichkeit gegen thermische und/oder mechanische Reize sind Schlüsselmerkmale dieser Erfahrung, die reizbeschworene Schmerzverhaltenstests erfassen können (wie Hargreaves’ Test der Hitzeempfindlichkeit und der von Frey-Test der mechanischen Empfindlichkeit)1,2. Obwohl solche Tests robuste und reproduzierbare Ergebnisse liefern, sind sie durch ihre Abhängigkeit von einem reflexiven Rückzug aus einem wahrgenommenen schädlichen Reiz begrenzt. Dies hat die anhaltende Abhängigkeit der Schmerzforschung allein von diesen Tests in Frage gestellt. Zu diesem Zweck erforschen Schmerzforscher seit mehreren Jahren alternative/komplementäre Verhaltenstests für die Verwendung in Nagetierschmerzmodellen, um mehr von den affektiven und / oder motivierenden Komponenten des Schmerzes zu erfassen. Diese nicht evozierten, freiwilligen oder nicht-reflexiven Maßnahmen (z. B. Radlauf, Grabungsaktivität, konditionierte Platzpräferenz 3,4,5) werden implementiert, um die Übersetzbarkeit der präklinischen Schmerzforschung zu verbessern.
Der MCA-Assay (Mechanical Conflict Avoidance) wurde ursprünglich von Harte et al. in 20166 beschrieben, wird überwiegend bei Ratten 7,8 verwendet und stellt eine Modifikation eines früheren Ansatzes dar – des Paradigmas der Ortsfluchtvermeidung. Bei diesem Ansatz wird ein schädlicher Reiz der Hinterpfote in einer ansonsten wünschenswerten (dunklen) Kammer durchgeführt, um ein zielgerichtetes Verhalten des Tieres zu fördern, um einer solchen Stimulation zu entkommen / auszuweichen 9,10. Anstatt sich auf die manuelle schädliche Stimulation der Hinterpfote durch einen Beobachter zu verlassen, zwingt der MCA-Assay die Mäuse, einen potenziell schädlichen Reiz auszuhandeln, um einer aversiven Umgebung zu entkommen und die dunkle Kammer zu erreichen. Der Konflikt / die Vermeidung, die dem Assay seinen Namen gibt, ergibt sich aus diesen beiden konkurrierenden Motivationen: Flucht aus hell erleuchteten Bereichen und Vermeidung einer schädlichen Stimulation der Pfoten. Der MCA-Assay teilt auch Merkmale mit konditionierten Ortspräferenztests, bei denen die Paarung von Schmerzlinderung mit Umwelthinweisen Verhaltensänderungen hervorruft, die eine Präferenz für den schmerzlindernden / belohnenden Kontextwiderspiegeln 11.
Grundsätzlich teilen alle diese Assays einen ähnlichen Ansatz: Die Verwendung einer Verschiebung der Präferenz eines Tieres für eine aversive Umgebung gegenüber einer anderen als Indikator für seinen affektiven / motivationalen Zustand. Der MCA-Assay ist ein 3-Kammer-Paradigma, das aus einer hell erleuchteten Kammer besteht, gefolgt von einer dunklen mittleren Kammer mit höhenverstellbaren Sonden und einer dunklen dritten Kammer ohne aversive Reize. Eine unverletzte Maus ist typischerweise motiviert, in eine dunkle Kammer zu entkommen, angesichts der angeborenen Abneigung von Nagetieren gegen helles Licht12. In diesem Beispiel überwindet die natürliche Motivation, einer hell erleuchteten Umgebung zu entkommen, die Abneigung, auf Hinterpfotenstimulation (die verstellbaren Höhensonden) zu stoßen, die ausschließlich in der abgedunkelten Umgebung auftritt. Im Gegensatz dazu kann sich eine Maus, die Schmerzen hat (z. B. aufgrund von Entzündungen oder Neuropathie), dafür entscheiden, mehr Zeit in der hell erleuchteten Umgebung zu verbringen, da die Motivation besteht, die unangenehme taktile Erfahrung der mechanischen Sonden bei der Einstellung einer anhaltenden taktilen Überempfindlichkeit zu vermeiden.
Dieser Artikel beschreibt eine modifizierte Version des MCA-Assays. Wir haben die ursprüngliche Methode (die bei Ratten6 durchgeführt wurde) für die Anwendung bei Mäusen angepasst. Wir haben auch die Anzahl der getesteten Sondenhöhen von sechs auf drei (0, 2 und 5 mm über der Bodenhöhe) reduziert, um die Datenerfassung zu rationalisieren. Dieser Ansatz wurde in mehreren Schmerzmodellen getestet und mit bekannten Analgetika validiert, was darauf hindeutet, dass Schmerzüberempfindlichkeit und / oder die damit verbundenen affektiven und motivationalen Veränderungen diese Verhaltensänderungen vorantreiben. Dieser Ansatz ist relativ schnell durchzuführen und anpassungsfähig im Vergleich zu anderen nichtreflexiven Maßnahmen, die viele Tage der Gewöhnung und des Trainings erfordern können 1,2. In Verbindung mit anderen Schmerzmessungen kann MCA wertvolle Einblicke in die affektiven und motivationalen Aspekte von Schmerz generieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wie bei allen Verhaltenstests ist die richtige Handhabung, Randomisierung und Verblindung für die Behandlung von Tieren überall unerlässlich. Angesichts der multifaktoriellen Inputs in komplexe Verhaltensweisen und Entscheidungen ist es unerlässlich, dass Tiere so konsequent wie möglich behandelt, gewöhnt und getestet werden, während die Not minimiert wird. Es sollte auch darauf geachtet werden, das Timing der Mausplatzierung in Kammer 1 zu reproduzieren, die LED-Leuchten einzuschalten und die Barriere zu entferne…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
GM wird durch ein NDSEG Graduate Fellowship unterstützt. VLT wird von NIH NIGMS Grant #GM137906 und der Rita Allen Foundation unterstützt. AJS wird durch die Zuschüsse des Verteidigungsministeriums W81XWH-20-1-0277, W81XWH-21-1-0197 und die Rita Allen Foundation unterstützt. Wir danken Dr. Alexxai Kravitz von der Washington University School of Medicine für die Gestaltung und freie Bereitstellung der 3D-Druckerdateien für den Boden und die Sondenplatte der Kammer 2.
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. |
References
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