גירוי דוראלי ובדיקות פריאורביטל פון פריי בעכברים כמודל פרה-קליני של כאב ראש
Summary
התסמין הבולט ביותר של מיגרנה הוא כאבי ראש חמורים, וההשערה היא כי הדבר מתווך על ידי נוירונים חושיים המחדירים את קרום המוח. כאן אנו מציגים שיטה ליישום מקומי של חומרים על הדורה באופן זעיר פולשני תוך שימוש ברגישות יתר לפנים כפלט.
Abstract
קרום המוח הגולגולתי, המורכב מהדורה מאטר, ארכנואיד ופיה מאטר, נחשבים כמשרתים בעיקר תפקודים מבניים של מערכת העצבים. לדוגמה, הם מגנים על המוח מפני הגולגולת ומעגנים/מארגנים את האספקה הווסקולרית והנוירונית של קליפת המוח. עם זאת, קרום המוח מעורב גם בהפרעות במערכת העצבים כגון מיגרנה, שם הכאב שחווה במהלך מיגרנה מיוחס לדלקת סטרילית מקומית והפעלה לאחר מכן של אפרנטים נוסיספטיים מקומיים. מבין השכבות בהרי קרום המוח, הדורה מאטר מתעניין במיוחד בפתופיזיולוגיה של מיגרנות. הוא בעל כלי דם גבוהים, מכיל תאי עצב מקומיים, והוא ביתם של מגוון רחב של תאים מקומיים כגון תאים חיסוניים. שינויים עדינים במיקרו-סביבה המקומית של קרום המוח עלולים להוביל להפעלה ורגישות של נוציצפטורים פריווסקולריים דוראליים, ובכך להוביל לכאבי מיגרנה. מחקרים ביקשו לטפל באופן שבו אפרנטים דוראליים הופכים להיות מופעלים/רגישים על ידי שימוש באלקטרופיזיולוגיה in vivo, טכניקות הדמיה או מודלים התנהגותיים, אך אלה דורשים בדרך כלל ניתוחים פולשניים מאוד. פרוטוקול זה מציג שיטה ליישום לא פולשני יחסית של תרכובות על דורה מאטר בעכברים ושיטה מתאימה למדידת רגישות מישוש דמוית כאב ראש באמצעות בדיקת פון פריי פריי פריירביטלית לאחר גירוי דוראלי. שיטה זו שומרת על שלמות הדורה והגולגולת ומפחיתה את ההשפעות המבלבלות של טכניקות פולשניות על ידי הזרקת חומרים דרך צינורית שונה בקוטר 0.65 מ”מ בצומת של תפרים סגיטליים ולאמבדואידים לא מאוכלסים. מודל פרה-קליני זה יאפשר לחוקרים לחקור מגוון רחב של גירויים דוראליים ואת תפקידם בהתקדמות הפתולוגית של מיגרנה, כגון הפעלת נוציצפטורים, הפעלת תאי מערכת החיסון, שינויים בכלי הדם והתנהגויות כאב, כל זאת תוך שמירה על מצבים נטולי פציעות בגולגולת ובקרומי קרום המוח.
Introduction
מיגרנה כואבת עדיין בעיה מרכזית בבריאות הציבור ברחבי העולם. ארגון הבריאות העולמי מדרג אותה כמחלה השישית בשכיחותה בעולם, כשהיא סובלת מקצת פחות מ-15% מאוכלוסיית כדור הארץ1 וגורמת לנטל חברתי-כלכלי משמעותי על החברה 2,3. אפשרויות הטיפול ויעילותן היו לא אופטימליות ומספקות רק הקלה סימפטומטית ואינן משנות באופן משמעותי אירועים פתופיזיולוגיים שבבסיסם התרחשות מיגרנה 4,5. חוסר ההצלחה הטיפולית נובע ככל הנראה מכך שמיגרנה היא הפרעה מולטי-פקטוריאלית שהפתולוגיה שלה אינה מובנת היטב, מה שמוביל למספר מוגבל של מטרות טיפוליות. מיגרנה היא גם מאתגרת ללכידה מלאה במודלים של בעלי חיים, במיוחד לאור העובדה שאבחון מיגרנה נעשה על סמך תקשורת מילולית עם מטופלים המתארים את החוויה שלהם עם סימני היכר של מיגרנה כגון הילה, כאבי ראש, פוטופוביה ואלודיניה. עם זאת, חשוב לציין כי ההתקדמות האחרונה בטיפולי מיגרנה עולה כיום על טיפולים במצבים נוירולוגיים רבים שאומתו היטב על ידי מודלים פרה-קליניים. לדוגמה, נוגדנים חד-שבטיים ומולקולות קטנות המכוונות לפפטיד הקשור לגן קלציטונין, או לקולטן שלו, הצליחו מאוד לשפר את איכות חייהם של הסובלים ממיגרנה ועלולים לשנות את הניהול הקליני של מיגרנה. אמנם חלה התקדמות בהבנת ההפרעה הזו, אך עדיין יש הרבה דברים שטרם הובהרו.
בהתבסס על מודלים פרה-קליניים של בעלי חיים ומחקרים בבני אדם, מקובל כי מיגרנות נגרמות על ידי הפעלה חריגה של סיבים נוסיצפטיביים בתוך קרום המוח המאותתים דרך הגרעינים הטריגמינליים והצוואריים העליונים 6,7,8,9,10. למרות תיאוריה זו, מחקרים רבים עדיין משתמשים במתן סיסטמי של תרופות כדי להבין את המנגנונים התורמים הבסיסיים במיגרנה. בעוד שמינון מערכתי של תרופות חיזק באופן משמעותי את הבנתנו, ממצאים אלה אינם מעריכים באופן ישיר אם פעולות מקומיות בתוך רקמת המטרה המעניינת ממלאות תפקיד במיגרנה. לעומת זאת, מספר מחקרים נקטו בגישה כדי לעורר את הדורה; עם זאת, ניסויים אלה דורשים השתלת צינורית באמצעות כריתת גולגולת פולשנית וזמני התאוששות ממושכים11,12. בגלל המגבלות האלה, פיתחנו גישה זעיר פולשנית כדי לעורר את הדורה באופן מקומי, כאשר היעדר כריתת גולגולת מבטל את ההחלמה לאחר הניתוח ומאפשר ניסויים מיידיים בבעלי חיים ערים 12,13,14. זריקות אלה מבוצעות בהרדמה איזופלורנית קלה וניתנות בצומת של תפרים סגיטליים ומבדואידים בעכברים.
מספר גישות פותחו כדי להעריך תגובות התנהגותיות nociceptive במכרסמים15. אלודיניה עורית דווחה בכ-80% מהסובלים ממיגרנה16,17 ומייצגת נקודת קצה תרגומית פוטנציאלית לשימוש במכרסמים. במודלים פרה-קליניים, היישום של חוטי פון פריי על האזור הכפי של כף המכרסמים שימש להערכת התנהגויות כאב במודלים פרה-קליניים של מיגרנה. המגבלה העיקרית של גישה זו היא שהיא אינה בודקת את האזור הצפלי. ניקוד עגמומי פנים שימש ללכידת התנהגויות כאב במכרסמים על ידי ניתוח הבעות פנים לאחר אינדוקציה של גירויי כאב18,19. עם זאת, מגבלותיו כוללות רק לכידת תגובות לגירויים חריפים ולא מצבי כאב כרוניים. טיפוח פנים וגידול מופחת נחשבים גם לתפוקות של תגובות התנהגותיות במודלים פרה-קליניים של מיגרנה20,21. המגבלות של הראשונים כוללות קושי בהבחנה בין תגובות כאב לבין טיפוח שגרתי רגיל ותחושות אחרות כגון גירוד. במקרה של האחרון, התנהגויות גידול בדרך כלל פוחתות במהירות לאחר הכנסת מכרסמים לסביבות חדשות. למרות שכל אחת מנקודות הקצה ההתנהגותיות הללו היא בעלת ערך בהבנת מנגנונים שונים התורמים למצבי כאב, קיים צורך קריטי במודלים פרה-קליניים של הפרעות כאב כגון מיגרנה כדי לכלול נקודות קצה הלוכדות באופן ספציפי תגובות רגישות יתר צפלית. הערכת רגישות יתר למישוש של העור הפריאורביטלי בעקבות גירוי דוראלי היא שיטה שעשויה לספק תובנה טובה יותר לגבי מנגנונים התורמים למיגרנות שבהן הסימפטומים החושיים הם בעיקר צפליים בטבעם. כאן אנו מתארים שיטה למתן חומרים על דורה העכבר כמודל פרה-קליני של מיגרנה. בעקבות היישום הדוראלי, אנו מציגים גם שיטה מפורטת לבדיקת רגישות יתר של מישוש פריאורביטלי באמצעות חוטי פון פריי מכוילים המיושמים בשיטת דיקסון למעלה-מטה.
Protocol
Representative Results
Discussion
שינויים לא מסתגלים במערכת הנוסיקפטיבית המקומית בדורה נחשבים לתורמים מרכזיים לשלב כאבי הראש של התקפי מיגרנה למרות היעדר פגיעהברקמות 25,26. כאן המחקר מציג שיטה לפיה גירוי זעיר פולשני של הדורה יכול לגרום לרגישות יתר של מישוש בפנים. הבהרת המנגנונים והאירועים המ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (NS104200 ו- NS072204 עד GD).
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. 신경과학. 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).
