Estimulación dural y pruebas periorbitarias de von Frey en ratones como modelo preclínico de dolor de cabeza
Summary
El síntoma más notable de la migraña es el dolor de cabeza severo, y se plantea la hipótesis de que esto está mediado por neuronas sensoriales que inervan las meninges. Aquí, presentamos un método para aplicar localmente sustancias a la duramadre de una manera mínimamente invasiva mientras se utiliza la hipersensibilidad facial como resultado.
Abstract
Se cree que las meninges craneales, compuestas por la duramadre, la aracnoidea y la piamadre, cumplen principalmente funciones estructurales para el sistema nervioso. Por ejemplo, protegen el cerebro del cráneo y anclan / organizan el suministro vascular y neuronal de la corteza. Sin embargo, las meninges también están implicadas en trastornos del sistema nervioso como la migraña, donde el dolor experimentado durante una migraña se atribuye a la inflamación estéril local y la posterior activación de las aferencias nociceptivas locales. De las capas en las meninges, la duramadre es de particular interés en la fisiopatología de las migrañas. Está altamente vascularizado, alberga neuronas nociceptivas locales y es el hogar de una amplia gama de células residentes, como las células inmunes. Los cambios sutiles en el microambiente meníngeo local pueden conducir a la activación y sensibilización de los nociceptores perivasculares durales, lo que conduce al dolor de migraña. Los estudios han tratado de abordar cómo los aferentes durales se activan / sensibilizan mediante el uso de electrofisiología in vivo, técnicas de imagen o modelos de comportamiento, pero estos comúnmente requieren cirugías muy invasivas. Este protocolo presenta un método para la aplicación comparativamente no invasiva de compuestos en la duramadre en ratones y un método adecuado para medir la sensibilidad táctil similar al dolor de cabeza utilizando pruebas de von Frey periorbitarias después de la estimulación dural. Este método mantiene la integridad de la duramadre y el cráneo y reduce los efectos de confusión de las técnicas invasivas mediante la inyección de sustancias a través de una cánula modificada de 0,65 mm en la unión de suturas sagitales y lambdoides no fusionadas. Este modelo preclínico permitirá a los investigadores investigar una amplia gama de estímulos durales y su papel en la progresión patológica de la migraña, como la activación de nociceptores, la activación de células inmunes, los cambios vasculares y los comportamientos de dolor, todo mientras se mantienen condiciones libres de lesiones en el cráneo y las meninges.
Introduction
El dolor de migraña sigue siendo un importante problema de salud pública en todo el mundo. La Organización Mundial de la Salud la clasifica como la sexta enfermedad más prevalente en el mundo, afectando a poco menos del 15% de la población de la Tierra1 y causando una carga socioeconómica sustancial en la sociedad 2,3. Las opciones de tratamiento y su eficacia han sido subóptimas y solo proporcionan alivio sintomático y no modifican significativamente los eventos fisiopatológicos que subyacen a la aparición demigrañas 4,5. La falta de éxito del tratamiento se debe probablemente a que la migraña es un trastorno multifactorial cuya patología es poco conocida, lo que lleva a un número limitado de dianas terapéuticas. La migraña también es difícil de capturar completamente en modelos animales, especialmente dado que el diagnóstico de migraña se realiza en función de la comunicación verbal con pacientes que describen su experiencia con las características de la migraña como el aura, el dolor de cabeza, la fotofobia y la alodinia. No obstante, es importante tener en cuenta que los avances recientes en los tratamientos de la migraña actualmente están superando a los tratamientos para muchas afecciones neurológicas que han sido bien validadas por modelos preclínicos. Por ejemplo, los anticuerpos monoclonales y las moléculas pequeñas que se dirigen al péptido relacionado con el gen de la calcitonina, o su receptor, han tenido mucho éxito en la mejora de la calidad de vida de los pacientes con migraña y pueden transformar potencialmente el tratamiento clínico de la migraña. Si bien ha habido avances en la comprensión de este trastorno, todavía hay mucho por dilucidar.
Sobre la base de modelos animales preclínicos y estudios en humanos, es ampliamente aceptado que las migrañas se inician por la activación aberrante de fibras nociceptivas dentro de las meninges que señalan a través de los ganglios trigémino y de la raíz dorsal cervical superior 6,7,8,9,10. A pesar de esta teoría, muchos estudios todavía utilizan la administración sistémica de medicamentos para comprender los mecanismos subyacentes que contribuyen a la migraña. Si bien la dosificación sistémica de medicamentos ha fortalecido sustancialmente nuestra comprensión, estos hallazgos no evalúan directamente si las acciones locales dentro del tejido objetivo de interés desempeñan un papel en la migraña. Por el contrario, varios estudios han adoptado un enfoque para estimular la duramadre; sin embargo, estos experimentos requieren la implantación de cánulas a través de una craneotomía invasiva y tiempos de recuperación prolongados11,12. Debido a estas limitaciones, desarrollamos un enfoque mínimamente invasivo para estimular localmente la duramadre donde la falta de una craneotomía elimina la recuperación postquirúrgica y permite realizar pruebas inmediatas en animales despiertos 12,13,14. Estas inyecciones se realizan bajo anestesia ligera de isoflurano y se administran en la unión de las suturas sagital y lambdoide en ratones.
Se han desarrollado varios enfoques para evaluar las respuestas conductuales nociceptivas en roedores15. Se ha notificado alodinia cutánea en aproximadamente el 80% de los pacientes con migraña16,17 y representa un posible criterio de valoración traslacional para su uso en roedores. En modelos preclínicos, la aplicación de filamentos de von Frey a la región plantar de la pata del roedor se ha utilizado para evaluar los comportamientos del dolor en modelos preclínicos de migraña. La principal limitación de este enfoque es que no prueba la región cefálica. La puntuación de la mueca facial se ha utilizado para capturar los comportamientos de dolor en roedores mediante el análisis de las expresiones faciales después de la inducción de estímulos de dolor18,19. Sin embargo, sus limitaciones incluyen solo la captura de respuestas a estímulos agudos y no condiciones de dolor orofacial crónico. El aseo facial y la disminución de la crianza también se consideran salidas de respuestas conductuales en modelos preclínicos de migraña20,21. Las limitaciones de los primeros incluyen dificultad para diferenciar las respuestas al dolor del aseo rutinario normal y otras sensaciones como la picazón. En el caso de este último, los comportamientos de cría generalmente disminuyen rápidamente después de la introducción de roedores en nuevos entornos. Aunque cada uno de estos criterios de valoración conductuales es valioso en la comprensión de varios mecanismos que contribuyen a las condiciones de dolor, existe una necesidad crítica de modelos preclínicos de trastornos del dolor como la migraña para incluir puntos finales que capturen específicamente las respuestas de hipersensibilidad cefálica. La evaluación de la hipersensibilidad táctil de la piel periorbitaria después de la estimulación dural es un método que puede proporcionar una mejor comprensión de los mecanismos que contribuyen a las migrañas donde los síntomas sensoriales son predominantemente de naturaleza cefálica. Aquí, describimos un método para administrar sustancias en la duramadre del ratón como un modelo preclínico de migraña. Después de la aplicación dural, también presentamos un método detallado para probar la hipersensibilidad táctil periorbitaria utilizando filamentos de von Frey calibrados aplicados en el método Dixon hacia arriba y hacia abajo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los cambios desadaptativos en el sistema nociceptivo local en la duramadre se consideran un contribuyente clave a la fase de dolor de cabeza de los ataques de migraña a pesar de la falta de lesión tisular25,26. Aquí el estudio presenta un método por el cual la estimulación mínimamente invasiva de la duramadre puede inducir hipersensibilidad táctil facial. La elucidación de los mecanismos y eventos involucrados en la activación del nociceptor dural sin ca…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (NS104200 y NS072204 a 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 |
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