Ligadura parcial del nervio ciático: un modelo de ratón de dolor neuropático crónico para estudiar el efecto antinociceptivo de nuevas terapias
Summary
La ligadura parcial del nervio ciático induce dolor neuropático crónico de larga duración, caracterizado por respuestas exageradas a estímulos térmicos y mecánicos. Este modelo de ratón de dolor neuropático se usa comúnmente para estudiar terapias innovadoras para el manejo del dolor. Este artículo describe en detalle el procedimiento quirúrgico para mejorar la estandarización y la reproducibilidad.
Abstract
El manejo del dolor crónico sigue siendo un desafío hasta el día de hoy, y los tratamientos actuales se asocian con efectos adversos, incluida la tolerancia y la adicción. El dolor neuropático crónico resulta de lesiones o enfermedades en el sistema somatosensorial. Para investigar posibles terapias con efectos secundarios reducidos, los modelos de dolor animal son el estándar de oro en los estudios preclínicos. Por lo tanto, los modelos bien caracterizados y bien descritos son cruciales para el desarrollo y la validación de terapias innovadoras.
La ligadura parcial del nervio ciático (pSNL) es un procedimiento que induce dolor neuropático crónico en ratones, caracterizado por hipersensibilidad mecánica y térmica, dolor continuo y cambios en la temperatura de las extremidades, lo que hace que este modelo sea ideal para estudiar el dolor neuropático preclínicamente. pSNL es un modelo ventajoso para estudiar el dolor neuropático, ya que reproduce muchos síntomas observados en humanos con dolor neuropático. Además, el procedimiento quirúrgico es relativamente rápido y sencillo de realizar. El pSNL unilateral de una extremidad permite la comparación entre las patas ipsilateral y contralateral, así como la evaluación de la sensibilización central.
Para inducir hipersensibilidad neuropática crónica, se utiliza un hilo de nylon 9-0 no absorbible para ligar el tercio dorsal del nervio ciático. Este artículo describe el procedimiento quirúrgico y caracteriza el desarrollo del dolor neuropático crónico a través de múltiples pruebas de comportamiento de uso común. Como una gran cantidad de terapias innovadoras se están investigando para tratar el dolor crónico, este artículo proporciona conceptos cruciales para la estandarización y una descripción precisa de las cirugías necesarias para inducir dolor neuropático.
Introduction
El dolor crónico es un problema de salud importante en todo el mundo y es uno de los problemas de salud más costosos en los Estados Unidos. El dolor crónico se maneja mejor cuando las modalidades farmacológicas y no farmacológicas se utilizan de manera multidisciplinaria1. El manejo del dolor crónico es difícil y, en algunos casos, no trata adecuadamente el dolor2. Por lo tanto, se necesitan métodos nuevos y complementarios para mejorar el manejo del dolor crónico, y los modelos animales son cruciales para investigar terapias innovadoras.
El dolor neuropático crónico resulta de lesiones o enfermedades en el sistema somatosensorial, incluyendo diabetes, infecciones, compresiones nerviosas o enfermedades autoinmunes3. El dolor neuropático se basa tanto en mecanismos de sensibilización periféricos como centrales y se origina a partir de una lesión de los nervios. Este dolor puede caracterizarse por hiperalgesia y alodinia evocadas tanto al tacto como térmicamente, dolor continuo y cambios en la temperatura de la extremidad afectada4. Para comprender mejor los mecanismos y avanzar en nuevos tratamientos, se han desarrollado varios modelos en roedores para imitar los síntomas y las causas del dolor neuropático5. Por ejemplo, el dolor neuropático se puede inducir con inyecciones de agentes quimioterapéuticos, ligadura del nervio espinal (SNL), lesión por constricción crónica (CCI) del nervio ciático, pSNL, lesión nerviosa preservada, transección del nervio ciático y trisección del nervio ciático6. Cabe destacar que la ligadura del nervio ciático reproduce múltiples características del dolor neuropático observado en humanos, como hipersensibilidad mecánica y térmica, o cambios en la temperatura del miembro afectado, característicos del síndrome de dolor regional complejo (SDRC)7. Por lo tanto, este modelo es adecuado para el estudio del CRPS o cualquier otra lesión nerviosa que induzca dolor neuropático crónico. El modelo fue desarrollado por primera vez por Seltzer en 19908, y es ampliamente utilizado en estudios de dolor para investigar nuevos compuestos analgésicos o evaluar los efectos cognitivos del dolor crónico 9,10,11,12,13. El modelo presenta alta reproducibilidad, y la ligadura parcial preserva las respuestas conductuales a estímulos periféricos6.
Muchos de los modelos utilizados actualmente tienen deficiencias no observadas en pSNL. El modelo CCI tiene una variabilidad mucho mayor de lesión entre cada animal dependiendo de la comodidad del constrictor, y la autotomía altera los dígitos de la pata trasera haciendo que el modelo no sea adecuado para el análisis del comportamiento6. El modelo SNL es una cirugía mucho más complicada y prolongada que no solo requiere habilidades técnicas avanzadas, sino que también conlleva un alto riesgo de déficits motores severos3. Estas deficiencias no se ven en el modelo pSNL. La facilidad de reproducibilidad, la corta duración de la cirugía y la reducción del riesgo de déficits motores observados en el postoperatorio hacen que este modelo sea valioso para el estudio del dolor neuropático periférico 8,14. Sin embargo, el procedimiento de ligadura parcial en sí puede tener variabilidad entre los experimentadores, lo que resulta en una menor consistencia en el número de fibras nerviosas ligadas. Por lo tanto, presentar los detalles de la cirugía es crucial para aumentar la reproducibilidad entre los estudios.
Para inducir la neuropatía crónica, se utiliza una sutura de nylon 9-0 no absorbible para ligar un tercio del ancho del nervio ciático. Después de la cirugía, las respuestas a los estímulos térmicos y mecánicos son exageradas, comenzando en el día 1 postoperatorio y durando más de 50 días8. Aquí, las sensibilidades térmicas y mecánicas se evaluaron durante 28 días utilizando pruebas de Hargreaves, placa caliente y filamento von Frey. Todos los ensayos de comportamiento demostraron la consistencia de la hipersensibilidad de larga duración. Se ha demostrado que este modelo tiene efectos dependientes de la dosis tanto de la morfina como del ibuprofeno, lo que confirma que es adecuado para estudios preclínicos sobre el dolor. En particular, este artículo describe las instrucciones para una herramienta de vidrio hecha a mano única, conocida como “gancho de vidrio nervioso”. Esta herramienta se utiliza en lugar de fórceps para manipular el nervio y prevenir lesiones nerviosas adicionales no deseadas durante la cirugía.
Protocol
Representative Results
Discussion
El tratamiento del dolor crónico a menudo requiere medicamentos a largo plazo, lo que dificulta el manejo del dolor. Por lo tanto, los modelos preclínicos son una herramienta esencial para evaluar los beneficios potenciales de las terapias innovadoras basadas en enfoques farmacológicos o no farmacológicos. Los numerosos modelos de dolor neuropático crónico plantean desafíos debido a la mayor variabilidad en las técnicas quirúrgicas entre diferentes investigadores, lo que lleva a una menor reproducibilidad. Por l…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por el Centro Nacional de Salud Complementaria e Integrativa [R01AT009716, 2017] (M.M.I.), el Centro Integral de Dolor Crónico y Adicción-Universidad de Arizona (M.M.I.) y el Programa de Capacitación de Científicos Médicos (MSTP) en la Universidad de Arizona, Facultad de Medicina, Tucson.
Materials
| 5/0, FS-2, 30" Undyed PGA Braided Polyglycolic Acid Synthetic Absorbable Suture | CP Medical | 421A | https://cpmedical.com/suturesearch/product/421a-visorb-50-fs-2-30/ |
| 6/0, P-1, 18" Blue Polypropylene Monofilament Non-Absorbable Suture | CP Medical | 8697P | https://cpmedical.com/suturesearch/product/8697p-polypro-60-p-1-18/ |
| 9/0 (0.3 metric) Nylon Black Monofilament Suture | Crestpoint Ophthalmics | MANI 1407 | https://crestpointophthalmics.com/mani-1407-suture-trape-spatula-nylon-black-mono-box-of-12.html |
| Allodynia Software | National Instruments, LabView 2015 | Quantification of mean withdrawal thresholds (Von Frey data) | |
| C57Bl6/J mice | The Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME | 000664 | https://www.jax.org/strain/000664 |
| Castroviejo needle holder | Fine Science Tools | 12565-14 | https://www.finescience.com/en-US/Products/Wound-Closure/Needle-Holders/Castroviejo-Needle-Holder/12565-14 |
| Cold Hot Plate Test | Bioseb | BIO-CHP | https://www.bioseb.com/en/pain-thermal-allodynia-hyperalgesia/563-cold-hot-plate-test.html |
| Elevated metal mesh stand for Von Frey | Bioseb | BIO-STD2-EVF | https://www.bioseb.com/en/pain-mechanical-allodynia-hyperalgesia/1689-elevated-metal-mesh-stand-30-cm-height-to-fit-up-to-2-pvf-cages.html |
| Extra fine Graefe forceps | Fine Science Tools | 11152-10 | https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-curved-medium-point-general-purpose-forceps/16100110 |
| Fine Castroviejo needle holder | Simovision/Geuder | 17565 | https://simovision.com/assets/Uploads/Brochure-Geuder-Ophthalmic-Surgical-Instruments-EN2.pdf |
| Fine scissors (11.5 cm) | Fine Science Tools | 14558-11 | https://www.finescience.com/en-US/Products/Scissors/Standard-Scissors/Fine-Scissors-Tungsten-Carbide-ToughCut%C2%AE/14558-11 |
| Fine scissors (9 cm) | Fine Science Tools | 14558-09 | https://www.finescience.com/en-US/Products/Scissors/Standard-Scissors/Fine-Scissors-Tungsten-Carbide-ToughCut%C2%AE/14558-09 |
| Iris forceps | Fine Science Tools | 11064-07 | https://www.finescience.com/en-US/Products/Forceps-Hemostats/Fine-Forceps/Iris-Forceps/11064-07 |
| Micro Adson forceps | Fine Science Tools | 392487 | https://www.fishersci.com/shop/products/micro-adson-tissue-forceps-1×2-teeth-german-steel/13820072#?keyword=adson%20forceps |
| Modular holder cages for rats and mice | Bioseb | BIO-PVF | https://www.bioseb.com/en/pain-mechanical-allodynia-hyperalgesia/1206-modular-holder-cages-for-rats-and-mice.html |
| Moretti/Effetre #240 Light Cobalt Blue glass rods 4 mm | Ebay | N/A | https://www.ebay.com/itm/402389491328?hash=item5db0485e80:g:agYAAOS w9CtfnIVJ&amdata=enc %3AAQAHAAAAwCoqvgWRo NTe5Vq8PWOgfE4ygWeW4tL k81J1AFu%2Fkcbsk6pxYtJi6 digE5TL9SzlgMzYUMNDr%2B dku2%2B%2FEvB1qXqFmebE 020SGs9LPDXLL5w21un7jrM0 9xfWYvIzBYQYh6FRWyUJngC uuA9Bkjb9lxtZoYlg5y6PyFR2P 34xFk5xaNC5ib65M1%2Fr%2F 4w2Iw45QqsSyXH2cuUKRom0 AGBoBaIr%2BbJw1VnlMjGuc9dtx 4fbPbqoBNSWjj3RbZPOPTYS8Q %3D%3D%7Ctkp%3ABk9SR4q6- 6LfYA |
| Plantar Test for Thermal Stimulation – Hargreaves Apparatus | Ugo Basile | 37570 | https://ugobasile.com/products/categories/pain-and-inflammation/plantar-test-for-thermal-stimulation |
| Touch-Test Sensory Evaluators, Set of 20 Monofilaments | North Coast Medical | NC12775-99 | https://www.ncmedical.com/products/touch-test-sensory-evaluators_1278.html |
| Tying forceps | Duckworth & Kent | 2-504ER8 | https://duckworth-and-kent.com/product/tying-forceps-9/ |
References
- Hassett, A. L., Gevirtz, R. N. Nonpharmacologic treatment for fibromyalgia: patient education, cognitive-behavioral therapy, relaxation techniques, and complementary and alternative medicine. Rheumatic Disease Clinics of North America. 35 (2), 393-407 (2009).
- Hylands-White, N., Duarte, R. V., Raphael, J. H. An overview of treatment approaches for chronic pain management. Rheumatology International. 37 (1), 29-42 (2017).
- Campbell, J. N., Meyer, R. A. Mechanisms of neuropathic pain. Neuron. 52 (1), 77-92 (2006).
- Colloca, L., et al. Neuropathic pain. Nature Review Disease Primers. 3, 17002 (2017).
- Colleoni, M., Sacerdote, P. Murine models of human neuropathic pain. Biochimica et Biophysica Acta. 1802 (10), 924-933 (2010).
- Challa, S. R. Surgical animal models of neuropathic pain: Pros and cons. International Journal of Neuroscience. 125 (3), 170-174 (2015).
- Bennett, G. J., Xie, Y. K. A peripheral mononeuropathy in rat that produces disorders of pain sensation like those seen in man. Pain. 33 (1), 87-107 (1988).
- Seltzer, Z., Dubner, R., Shir, Y. A novel behavioral model of neuropathic pain disorders produced in rats by partial sciatic nerve injury. Pain. 43 (2), 205-218 (1990).
- Hasnie, F. S., Wallace, V. C., Hefner, K., Holmes, A., Rice, A. S. Mechanical and cold hypersensitivity in nerve-injured C57BL/6J mice is not associated with fear-avoidance-and depression-related behaviour. British Journal of Anaesthia. 98 (6), 816-822 (2007).
- Ito, H., et al. Suvorexant and mirtazapine improve chronic pain-related changes in parameters of sleep and voluntary physical performance in mice with sciatic nerve ligation. PLoS One. 17 (2), 0264386 (2022).
- Martin, L., et al. Conotoxin contulakin-G engages a neurotensin receptor 2/R-type calcium channel (Cav2.3) pathway to mediate spinal antinociception. Pain. 163 (9), 1751-1762 (2021).
- Peiser-Oliver, J. M., et al. Glycinergic modulation of pain in behavioral animal models. Frontiers in Pharmacology. 13, 860903 (2022).
- Ramiro, I. B. L., et al. Somatostatin venom analogs evolved by fish-hunting cone snails: From prey capture behavior to identifying drug leads. Science Advances. 8 (12), (2022).
- Chung, J. M., Schmidt, R. F., Willis, W. D. . Encyclopedia of Pain. , 1299-1300 (2007).
- Zahn, P. K., Brennan, T. J. Primary and secondary hyperalgesia in a rat model for human postoperative pain. Anesthesiology. 90 (3), 863-872 (1999).
- Hargreaves, K., Dubner, R., Brown, F., Flores, C., Joris, J. A new and sensitive method for measuring thermal nociception in cutaneous hyperalgesia. Pain. 32 (1), 77-88 (1988).
- Yeomans, D. C., Proudfit, H. K. Characterization of the foot withdrawal response to noxious radiant heat in the rat. Pain. 59 (1), 85-94 (1994).
- Cheah, M., Fawcett, J. W., Andrews, M. R. Assessment of thermal pain sensation in rats and mice using the Hargreaves test. Bio-Protocol. 7 (16), 2506 (2017).
- Hook, M. A., et al. The impact of morphine after a spinal cord injury. Behavioural brain research. 179 (2), 281-293 (2007).
- Loram, L. C., et al. Prior exposure to repeated morphine potentiates mechanical allodynia induced by peripheral inflammation and neuropathy. Brain, behavior, and immunity. 26 (8), 1256-1264 (2007).
- Green-Fulgham, S. M., et al. Oxycodone, fentanyl, and morphine amplify established neuropathic pain in male rats. Pain. 160 (11), 2634-2640 (2019).
- Deuis, J. R., Dvorakova, L. S., Vetter, I. Methods used to evaluate pain behaviors in rodents. Frontiers in Molecular Neuroscience. 10, 284 (2017).
- Chaplan, S. R., Bach, F. W., Pogrel, J. W., Chung, J. M., Yaksh, T. L. Quantitative assessment of tactile allodynia in the rat paw. Journal of Neuroscience Methods. 53 (1), 55-63 (1994).
- Jensen, T. S., Finnerup, N. B. Allodynia and hyperalgesia in neuropathic pain: clinical manifestations and mechanisms. Lancet Neurology. 13 (9), 924-935 (2014).
- Malmberg, A. B., Gilbert, H., McCabe, R. T., Basbaum, A. I. Powerful antinociceptive effects of the cone snail venom-derived subtype-selective NMDA receptor antagonists conantokins G and T. Pain. 101 (1-2), 109-116 (2003).
- Nakamura, Y., et al. Neuropathic pain in rats with a partial sciatic nerve ligation is alleviated by intravenous injection of monoclonal antibody to high mobility group box-1. PLoS One. 8 (8), 73640 (2013).
- Sherman, K., et al. Heterogeneity in patterns of pain development after nerve injury in rats and the influence of sex. Neurobiology of Pain. 10, 100069 (2021).
- Ba, X., et al. Cinobufacini protects against paclitaxel-induced peripheral neuropathic pain and suppresses TRPV1 up-regulation and spinal astrocyte activation in rats. Biomedicine Pharmacotherapy. 108, 76-84 (2018).
- Hao, Y., et al. Huachansu suppresses TRPV1 up-regulation and spinal astrocyte activation to prevent oxaliplatin-induced peripheral neuropathic pain in rats. Gene. 680, 43-50 (2019).
- Guo, J., et al. Effects of resveratrol in the signaling of neuropathic pain involving P2X3 in the dorsal root ganglion of rats. Acta Neurologica Belgica. 121 (2), 365-372 (2021).
- Ni, W., Zheng, X., Hu, L., Kong, C., Xu, Q. Preventing oxaliplatin-induced neuropathic pain: Using berberine to inhibit the activation of NF-kappaB and release of pro-inflammatory cytokines in dorsal root ganglions in rats. Experimental and Therapeutic Medicine. 21 (2), 135 (2021).
- Wang, J., et al. Selective activation of metabotropic glutamate receptor 7 blocks paclitaxel-induced acute neuropathic pain and suppresses spinal glial reactivity in rats. Psychopharmacology. 238 (1), 107-119 (2021).
- Sun, C., Wu, G., Zhang, Z., Cao, R., Cui, S. Protein tyrosine phosphatase receptor type D regulates neuropathic pain after nerve injury via the STING-IFN-I pathway. Frontiers in Molecular Neuroscience. 15, 859166 (2022).
- Coyle, D. E., Sehlhorst, C. S., Mascari, C. Female rats are more susceptible to the development of neuropathic pain using the partial sciatic nerve ligation (PSNL) model. Neuroscience Letters. 186 (2-3), 135-138 (1995).
