Durale Stimulation und periorbitale von Frey-Tests bei Mäusen als präklinisches Modell von Kopfschmerzen

Summary

Das bemerkenswerteste Symptom der Migräne sind starke Kopfschmerzen, und es wird angenommen, dass dies durch sensorische Neuronen vermittelt wird, die die Hirnhäute innervieren. Hier stellen wir eine Methode vor, um Substanzen auf minimal-invasive Weise lokal auf die Dura aufzutragen, während die Überempfindlichkeit des Gesichts als Ausgang verwendet wird.

Abstract

Es wird angenommen, dass die kranialen Hirnhäute, bestehend aus Dura mater, Spinnentier und Pia mater, in erster Linie strukturelle Funktionen für das Nervensystem erfüllen. Sie schützen beispielsweise das Gehirn vor dem Schädel und verankern/organisieren die vaskuläre und neuronale Versorgung des Kortex. Die Hirnhäute sind jedoch auch an Erkrankungen des Nervensystems wie Migräne beteiligt, bei denen die während einer Migräne auftretenden Schmerzen auf lokale sterile Entzündungen und die anschließende Aktivierung lokaler nozizeptiver Afferenzen zurückzuführen sind. Von den Schichten in den Hirnhäuten ist die Dura mater von besonderem Interesse in der Pathophysiologie der Migräne. Es ist stark vaskularisiert, beherbergt lokale nozizeptive Neuronen und beherbergt eine Vielzahl von ansässigen Zellen wie Immunzellen. Subtile Veränderungen in der lokalen meningealen Mikroumgebung können zur Aktivierung und Sensibilisierung von duralen perivaskulären Nozizeptoren führen, was zu Migräneschmerzen führt. Studien haben versucht zu untersuchen, wie durale Afferenzen aktiviert / sensibilisiert werden, indem entweder in vivo Elektrophysiologie, bildgebende Verfahren oder Verhaltensmodelle verwendet werden, aber diese erfordern in der Regel sehr invasive Operationen. Dieses Protokoll stellt eine Methode zur vergleichsweise nicht-invasiven Applikation von Verbindungen auf der Dura mater bei Mäusen und eine geeignete Methode zur Messung der kopfschmerzähnlichen taktilen Empfindlichkeit mittels periorbitaler von-Frey-Tests nach duraler Stimulation dar. Diese Methode erhält die Integrität der Dura und des Schädels und reduziert verwirrende Effekte von invasiven Techniken, indem Substanzen durch eine 0,65 mm modifizierte Kanüle an der Verbindung von unverschmolzenen sagittalen und lambdoiden Nähten injiziert werden. Dieses präklinische Modell wird es den Forschern ermöglichen, eine breite Palette von Duralreizen und ihre Rolle bei der pathologischen Progression von Migräne zu untersuchen, wie Nozizeptoraktivierung, Aktivierung von Immunzellen, Gefäßveränderungen und Schmerzverhalten, während gleichzeitig verletzungsfreie Bedingungen für den Schädel und die Hirnhäute aufrechterhalten werden.

Introduction

Migräneschmerzen bleiben weltweit ein großes Problem der öffentlichen Gesundheit. Die Weltgesundheitsorganisation stuft sie als die sechsthäufigste Krankheit der Welt ein, die knapp 15% der Erdbevölkerung betrifft¹ und eine erhebliche sozioökonomische Belastung für die Gesellschaft verursacht ^2,3. Die Behandlungsmöglichkeiten und ihre Wirksamkeit waren suboptimal und bieten nur symptomatische Linderung und modifizieren nicht signifikant pathophysiologische Ereignisse, die dem Auftreten von Migräne zugrunde liegen ^4,5. Der Mangel an Behandlungserfolg ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass Migräne eine multifaktorielle Störung ist, deren Pathologie kaum verstanden wird und zu einer begrenzten Anzahl von therapeutischen Zielen führt. Migräne ist auch in Tiermodellen vollständig zu erfassen, insbesondere angesichts der Tatsache, dass die Migränediagnose auf der Grundlage verbaler Kommunikation mit Patienten gestellt wird, die ihre Erfahrungen mit Migränemerkmalen wie Aura, Kopfschmerzen, Photophobie und Allodynie beschreiben. Ungeachtet dessen ist es wichtig zu beachten, dass die jüngsten Fortschritte bei der Migränebehandlung derzeit die Behandlung vieler neurologischer Erkrankungen übertreffen, die durch präklinische Modelle gut validiert wurden. Zum Beispiel waren monoklonale Antikörper und kleine Moleküle, die auf Calcitonin-Gen-verwandtes Peptid oder seinen Rezeptor abzielen, sehr erfolgreich bei der Verbesserung der Lebensqualität von Migränepatienten und können möglicherweise das klinische Management von Migräne verändern. Während es Fortschritte beim Verständnis dieser Störung gegeben hat, gibt es noch viel zu klären.

Basierend auf präklinischen Tiermodellen und Humanstudien ist es allgemein anerkannt, dass Migränekopfschmerzen durch eine abweichende Aktivierung von nozizeptiven Fasern in den Hirnhäuten ausgelöst werden, die durch die Trigeminus- und oberen zervikalen Dorsalwurzelganglien 6,7,8,9,10 signalisieren. Trotz dieser Theorie verwenden viele Studien immer noch die systemische Verabreichung von Medikamenten, um die zugrunde liegenden beitragenden Mechanismen bei Migräne zu verstehen. Während die systemische Dosierung von Medikamenten unser Verständnis erheblich gestärkt hat, beurteilen diese Ergebnisse nicht direkt, ob lokale Aktionen innerhalb des Zielgewebes von Interesse eine Rolle bei Migräne spielen. Umgekehrt haben mehrere Studien einen Ansatz zur Stimulierung der Dura verfolgt; Diese Experimente erfordern jedoch eine Kanülenimplantation über eine invasive Kraniotomie und verlängerte Erholungszeiten^11,12. Aufgrund dieser Einschränkungen haben wir einen minimalinvasiven Ansatz entwickelt, um die Dura lokal zu stimulieren, wobei das Fehlen einer Kraniotomie die postoperative Genesung eliminiert und sofortige Tests an wachen Tieren^{ermöglicht 12,13,14}. Diese Injektionen werden unter leichter Isoflurananästhesie durchgeführt und an der Verbindung der sagittalen und lambdoiden Nähte bei Mäusen verabreicht.

Es wurden mehrere Ansätze entwickelt, um nozizeptive Verhaltensreaktionen bei Nagetieren^{zu bewerten 15}. Kutane Allodynie wurde bei etwa 80^% der Migränepatienten^16,17 berichtet und stellt einen potenziellen translationalen Endpunkt für die Anwendung bei Nagetieren dar. In präklinischen Modellen wurde die Anwendung von Von-Frey-Filamenten auf die Plantarregion der Nagetierpfote verwendet, um das Schmerzverhalten in präklinischen Migränemodellen zu beurteilen. Die Haupteinschränkung dieses Ansatzes besteht darin, dass er die Kopfregion nicht testet. Die Gesichtsgrimassenbewertung wurde verwendet, um das Schmerzverhalten bei Nagetieren durch die Analyse von Gesichtsausdrücken nach der Induktion von Schmerzreizen^{zu erfassen 18,19}. Zu den Einschränkungen gehört jedoch, dass nur Reaktionen auf akute Reize und nicht chronische orofaziale Schmerzzustände erfasst werden. Gesichtspflege und verminderte Aufzucht werden auch als Ergebnisse von Verhaltensreaktionen in präklinischen Modellen der Migräne betrachtet^20,21. Zu den Einschränkungen der ersteren gehören Schwierigkeiten bei der Unterscheidung von Schmerzreaktionen von normaler Routinepflege und anderen Empfindungen wie Juckreiz. Im letzteren Fall nimmt das Aufzuchtverhalten nach der Einführung von Nagetieren in neuartigen Umgebungen typischerweise schnell ab. Obwohl jeder dieser Verhaltensendpunkte für das Verständnis verschiedener Mechanismen, die zu Schmerzzuständen beitragen, wertvoll ist, besteht ein kritischer Bedarf an präklinischen Modellen von Schmerzstörungen wie Migräne, um Endpunkte einzubeziehen, die spezifisch cephalische Überempfindlichkeitsreaktionen erfassen. Die Beurteilung der taktilen Überempfindlichkeit der periorbitalen Haut nach duraler Stimulation ist eine Methode, die einen besseren Einblick in Mechanismen geben kann, die zu Migräne beitragen, bei denen sensorische Symptome überwiegend cephalischer Natur sind. Hier beschreiben wir eine Methode zur Verabreichung von Substanzen auf die Mausdura als präklinisches Modell der Migräne. Im Anschluss an die durale Anwendung präsentieren wir auch eine detaillierte Methode zum Testen der periorbitalen taktilen Überempfindlichkeit mit kalibrierten Von-Frey-Filamenten, die in der Dixon-Up-Down-Methode angewendet werden.

Protocol

Alle Verfahren wurden mit vorheriger Genehmigung des institutionellen Animal Care and Use Committee an der University of Texas in Dallas durchgeführt. ICR (CD-1) (30-35 g) und C57/BL6 (25-30 g) Mäuse im Alter von 6-8 Wochen wurden in dieser Studie verwendet. 1. Dural-Infuser Erstellen Sie die Maus-Infusers / Injektoren, indem Sie eine handelsübliche interne Kanüle und einen Infuser für einseitige Injektionen mit einer nichtmetallischen Quarzglas-Kunststoffkappe modifizieren, die…

Representative Results

Diese Injektionsmethode wird verwendet, um Stimuli auf die Dura von Mäusen zu verabreichen, so dass nachfolgende Verhaltenstests auftreten können. Der häufigste mit diesem Modell gemessene Verhaltensoutput ist die kutane Gesichtsüberempfindlichkeit, die mit von Frey 12,13,14 beurteilt wurde. Hier zeigen wir, wie dieses Modell verwendet werden kann, um mögliche geschlechtsspezifische Beiträge zur Migränepathologie zu bewer…

Discussion

Maladaptive Veränderungen im lokalen nozizeptiven System in der Dura gelten als Schlüsselfaktor für die Kopfschmerzphase von Migräneattacken trotz fehlender Gewebeverletzung^25,26. Hier stellt die Studie eine Methode vor, mit der eine minimal-invasive Stimulation der Dura eine taktile Überempfindlichkeit des Gesichts auslösen kann. Die Aufklärung der Mechanismen und Ereignisse, die an der Aktivierung des duralen Nozizeptors beteiligt sind, ohne den Schädel…

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