Dural stimulering og periorbital von frey testing hos mus som en preklinisk modell for hodepine

Summary

Det mest bemerkelsesverdige symptomet på migrene er alvorlig hodesmerter, og det er hypoteset at dette formidles av sensoriske nevroner som innerver meningene. Her presenterer vi en metode for å lokalt bruke stoffer på dura på en minimalt invasiv måte mens du bruker ansiktsoverfølsomhet som utgang.

Abstract

Kranial meningene, som består av dura mater, arachnoid og pia mater, antas å primært tjene strukturelle funksjoner for nervesystemet. For eksempel beskytter de hjernen mot skallen og forankrer / organiserer den vaskulære og nevronale tilførselen av cortex. Meningene er imidlertid også involvert i nervesystemforstyrrelser som migrene, hvor smerten som oppleves under migrene tilskrives lokal steril betennelse og etterfølgende aktivering av lokale nociceptive afferenter. Av lagene i meningene er dura mater av spesiell interesse for patofysiologien til migrene. Det er svært vaskulært, har lokale nociceptive nevroner, og er hjem til et mangfoldig utvalg av beboerceller som immunceller. Subtile endringer i det lokale meningeale mikromiljøet kan føre til aktivering og sensibilisering av durale perivascular nociceptorer, og dermed føre til migrenesmerter. Studier har forsøkt å adressere hvordan durale afferenter blir aktivert/sensibilisert ved å bruke enten in vivo elektrofysiologi, avbildningsteknikker eller atferdsmodeller, men disse krever ofte svært invasive operasjoner. Denne protokollen presenterer en metode for relativt ikke-invasiv påføring av forbindelser på dura mater hos mus og en passende metode for å måle hodepinelignende taktil følsomhet ved hjelp av periorbital von Frey-testing etter dural stimulering. Denne metoden opprettholder integriteten til dura og skallen og reduserer forvirrende effekter fra invasive teknikker ved å injisere stoffer gjennom en 0,65 mm modifisert kanyle ved krysset mellom ufusterte skytten og lambdoid suturer. Denne prekliniske modellen vil tillate forskere å undersøke et bredt spekter av durale stimuli og deres rolle i den patologiske progresjonen av migrene, for eksempel nociceptoraktivering, immuncelleaktivering, vaskulære endringer og smerteatferd, samtidig som de opprettholder skadefrie forhold til skallen og meningene.

Introduction

Migrenesmerter er fortsatt et stort folkehelseproblem over hele verden. Verdens helseorganisasjon rangerer den som den sjette mest utbredte sykdommen i verden, og rammer i underkant av 15% av jordens befolkning¹ og forårsaker en betydelig sosioøkonomisk byrde på samfunnet ^2,3. Behandlingsalternativer og deres effekt har vært suboptimale og gir bare symptomatisk lindring og endrer ikke signifikant patofysiologiske hendelser som underfinerer migreneforekomst ^4,5. Mangelen på behandlingssuksess skyldes sannsynligvis at migrene er en multifaktoriell lidelse hvis patologi er dårlig forstått, noe som fører til et begrenset antall terapeutiske mål. Migrene er også utfordrende å fange fullt ut i dyremodeller, spesielt gitt at migrenediagnose er laget basert på verbal kommunikasjon med pasienter som beskriver deres erfaring med migrene kjennetegn som aura, hodepine, fotofobi og allodynia. Til tross er det viktig å merke seg at nylige fremskritt innen migrenebehandlinger for tiden overgår behandlinger for mange nevrologiske forhold som har blitt godt validert av prekliniske modeller. For eksempel har monoklonale antistoffer og små molekyler som retter seg mot calcitonin genrelatert peptid, eller reseptoren vært svært vellykket i å forbedre livskvaliteten til migrene lider og kan potensielt transformere den kliniske behandlingen av migrene. Selv om det har vært fremskritt i å forstå denne lidelsen, er det fortsatt mye som ennå ikke er belyst.

Basert på prekliniske dyremodeller og menneskelige studier, er det allment akseptert at migrene hodepine er initiert av avvikende aktivering av nociceptive fibre innenfor meningene som signaliserer gjennom trigeminal og øvre Cervical dorsal-root ganglia 6,7,8,9,10. Til tross for denne teorien bruker mange studier fortsatt systemisk administrering av legemidler for å forstå underliggende medvirkende mekanismer i migrene. Selv om systemisk dosering av legemidler har styrket vår forståelse betydelig, vurderer ikke disse funnene direkte om lokale handlinger innenfor målvevet av interesse spiller en rolle i migrene. Omvendt har flere studier tatt en tilnærming for å stimulere dura; Imidlertid krever disse eksperimentene kanyleimplantasjon via en invasiv kraniotomi og utvidede gjenopprettingstider^11,12. På grunn av disse begrensningene utviklet vi en minimalt invasiv tilnærming til lokalt å stimulere dura der mangelen på kraniotomi eliminerer postkirurgisk utvinning og muliggjør umiddelbar testing hos våken dyr 12,13,14. Disse injeksjonene utføres under lett isofluranbedøvelse og administreres ved krysset mellom sagittale og lambdoid suturer hos mus.

Flere tilnærminger er utviklet for å evaluere nociceptive atferdsresponser hos gnagere¹⁵. Kutan allodynia har blitt rapportert hos omtrent 80% av migrene lider^16,17 og representerer et potensielt translasjonelt endepunkt for bruk hos gnagere. I prekliniske modeller har anvendelsen av von Frey filamenter til plantarområdet til gnagerpoten blitt brukt til å vurdere smerteadferd i prekliniske migrenemodeller. Den primære begrensningen i denne tilnærmingen er at den ikke tester cephalic-regionen. Ansikts grimase scoring har blitt brukt til å fange smerte atferd hos gnagere ved å analysere ansiktsuttrykk etter induksjon av smerte stimuli^18,19. Begrensningene inkluderer imidlertid bare å fange opp svar på akutte stimuli og ikke kroniske orofaciale smertetilstander. Ansiktspleie og redusert oppdrett betraktes også som utganger av atferdsresponser i prekliniske modeller av migrene^20,21. Begrensninger i førstnevnte inkluderer vanskeligheter med å differensiere smerteresponser fra normal rutinemessig grooming og andre opplevelser som kløe. Når det gjelder sistnevnte, reduseres oppdrettsatferden vanligvis raskt etter innføring av gnagere til nye miljøer. Selv om hvert av disse atferdsmessige endepunktene er verdifullt i forståelsen av ulike mekanismer som bidrar til smertetilstander, er det et kritisk behov for prekliniske modeller av smerteforstyrrelser som migrene for å inkludere endepunkter som spesifikt fanger opp cephalic overfølsomhetsresponser. Vurdering av taktil overfølsomhet i periorbital hud etter dural stimulering er en metode som kan gi bedre innsikt i mekanismer som bidrar til migrene der sensoriske symptomer hovedsakelig er cephalic i naturen. Her beskriver vi en metode for å administrere stoffer på museduraen som en preklinisk modell av migrene. Etter duralapplikasjonen presenterer vi også en detaljert metode for testing av periorbital taktil overfølsomhet ved hjelp av kalibrerte von Frey-filamenter som brukes i Dixon-opp-ned-metoden.

Protocol

Alle prosedyrer ble utført med forhåndsgodkjenning av den institusjonelle dyrepleie- og brukskomiteen ved University of Texas i Dallas. ICR(CD-1) (30-35 g) og C57/BL6 (25-30 g) mus i alderen 6-8 uker ble brukt i denne studien. 1. Dural infuser Lag musens infusatorer/injektorer ved å modifisere en kommersielt tilgjengelig intern kanyle og infuser for ensidige injeksjoner med en ikke-metallisk smeltet silikaplasthette som kan justeres og settes inn i/strekker seg under en 28 G føri…

Representative Results

Denne injeksjonsmetoden brukes til å administrere stimuli på musens dura slik at etterfølgende atferdstesting kan oppstå. Den vanligste atferdseffekten målt med denne modellen er kutan ansiktsoverfølsomhet vurdert via von Frey 12,13,14. Her viser vi hvordan denne modellen kan brukes til å vurdere potensielle kjønnsspesifikke bidrag til migrenepatologi (figur 3). D…

Discussion

Maladaptive endringer i det lokale nociceptive systemet i dura regnes som en viktig bidragsyter til hodepinefasen av migreneangrep til tross for mangel på vevsskade ^25,26. Her presenterer studien en metode der minimal invasiv stimulering av dura kan indusere ansikts taktil overfølsomhet. Å belyse mekanismene og hendelsene som er involvert i dural nociceptoraktivering uten å forårsake skade på kraniet og vevet, kan mer nøyaktig reflektere migrenemekanismer …

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