Method Article
In dieser Arbeit stellen wir ein Protokoll zur Bewertung der Nozizeption bei Mäusen vor, die mit Trypanosoma evansi infiziert sind, wobei das elektronische von-Frey-Gerät als Werkzeug verwendet wird, um die mechanischen Schwellenwerte der Hinterpfote und der Eingeweide zu messen.
Die Pathogenese von Infektionskrankheiten ist nach wie vor ein komplexes Feld, das es zu untersuchen gilt. Der Verlauf verschiedener klinischer Symptome, wie Allodynie und Schmerzen, kann bei Haustieren beobachtet werden. Das Wissen um ihre Wege und die richtige Behandlung erfordert jedoch kontrollierte Experimente, viele davon mit Labortieren. Die Messung von Veränderungen der mechanischen Schwellen der Hinterpfote und der Eingeweide ist eine nützliche Technik, um Veränderungen in der Schmerzwahrnehmung bei Nagetieren zu beobachten. Die Entzugsreaktion kann zuerst in Baseline-Tests gemessen werden, was eine bessere Kontrolle der Versuchsgruppen ermöglicht. Nachfolgende Tests können nach der Induktion einer Infektion und der Aufnahme von Medikamenten in das Protokoll durchgeführt werden. Die Verwendung einer elektronischen von-Frey-Apparatur in Verbindung mit der Verwendung einer Gesichtswaage zur Beobachtung schmerzähnlicher Veränderungen ermöglicht eine einfache, präzise und konsistente Beurteilung zur Bewertung von Allodynie und Schmerzen bei Mäusen. Daher stellen Experimente, die die vorliegende Methodik für die Trypanosoma evansi-Infektion verwenden, eine nützliche Methode zur Bewertung von Allodynie und Schmerzen bei laborinfizierten Tieren dar, die auf die konventionelle Behandlung von Nutztieren angewendet werden kann.
Trypanosoma evansi ist der ätiologische Erreger der Krankheit, die in Südamerika "Surra" oder "Mal-das-Cadeiras genannt" wird 1,2. Sie befällt häufig Pferde und Rinder, aber auch wilde Tiere und wird durch hämatophage Fledermäuse, Tabaniden und Stomoxen übertragen. Fliegenbisse 1,3. Surra ist eine schwere Erkrankung bei Haustieren, die ohne die richtige Behandlung tödlich verlaufen kann und unspezifische klinische Symptome wie Anämie, Appetit- und Gewichtsverlust, Muskelschwäche und Abort aufweist, die je nach Wirt und geografischer Region variieren können 2,4,5,6.
Die Ausprägung von Allodynie und Schmerzen bei infizierten Tieren im Verlauf der Erkrankung ist noch ein neues Thema 2,7. Der Drang, die Pathogenese hinter diesen Anzeichen zu verstehen, ist ein wichtiger Schritt, um die derzeit verwendete Behandlung zu verbessern und zu verfeinern, indem das klassische trypanozide Protokoll um wirksame Analgetika ergänztwird 5,6. In diesem Szenario stellt die Möglichkeit, die Krankheit mit einem Mausmodell zu replizieren, einen Vorteil dar, da Mäuse problemlos unter kontrollierten Umgebungen im Labor gehalten werden können und daher konsistentere Ergebnisse liefern als Feldexperimente mit Nutztieren.
Ein mechanischer Schwellenwert wird üblicherweise mit einer elektronischen von-Frey-Apparatur (EvF) zur Bewertung der Allodynie in einer Vielzahl von Experimenten ermittelt 2,8,9. Dieses Gerät wird verwendet, um die Empfindlichkeit des Gewebes gegenüber mechanischer Stimulation zu beurteilen: Sobald das Gerät die Pfote des Tieres berührt, wird durch eine am Gerät befestigte 20-200-μL-Spitze die Kraft aufgezeichnet, mit der das Tier die Pfote zurückzieht.
Nagetiere werden in diesen Experimenten in der Regel als Standardtiere verwendet, und die meisten Ergebnisse werden auf andere Arten extrapoliert, da die meisten erforschten Krankheiten von anderen Arten stammen, bei denen es schwierig wäre, eine kontrollierte Studie durchzuführen. Darüber hinaus sind Allodynie und Schmerzen eng miteinander verbunden. Die Verwendung einer spezifischen Gesichtsskala zur Beurteilung von Schmerzen bei infizierten Mäusen spielt eine wichtige Rolle als bestätigendes Adjuvans zur Bestätigung des Vorhandenseins von Schmerzen im Verlauf einer T. evansi-Infektion 2,10.
In diesem Protokoll demonstrieren wir ein neuartiges Modell zur Bewertung von Allodynie und Schmerzen bei Mäusen, die experimentell mit T. evansi infiziert wurden, das eine hohe Korrelation zwischen den Variablen zeigt und sich somit als starkes Modell erweist. Darüber hinaus ist eine kleine Anzahl von Forschern erforderlich, um das gesamte Verfahren durchzuführen, wodurch die Wahrscheinlichkeit menschlicher Eingriffe während des Experiments verringert wird. Es ermöglicht dem Untersucher auch, die Zielerkrankung während eines akuten Verlaufs zu replizieren und mehrere verschiedene Behandlungsmedikamente in das Versuchsdesign aufzunehmen, wodurch in kurzer Zeit konsistente Ergebnisse erzielt werden.
Alle Experimente wurden an 10 Wochen alten erwachsenen weiblichen Schweizer Mäusen (35-55 g) durchgeführt. Die Tiere wurden in Polysulfonkäfigen (3-5 Tiere pro Käfig) in einem Raum mit kontrollierter Temperatur (21 ± 1 °C), 12 h Licht-/12 Stunden Dunkelzyklus und Standard-Laborfutter und Wasser ad libitum untergebracht. In jedem Test wurden jeder Gruppe zehn Tiere zugeteilt, um die konsistente Wirkung der medikamentösen Behandlungen zu demonstrieren. Das Versuchsdesign wurde von der Ethikkommission der Staatlichen Universität Santa Catarina (CEUA) eingereicht und genehmigt (Protokollnummer: 6019201123). Alle Tierversuche entsprachen den ARRIVE-Richtlinien (Animal Research: Reporting of in vivo Experiments) und wurden in Übereinstimmung mit dem Leitfaden des Nationalen Forschungsrats für die Pflege und Verwendung von Labortieren durchgeführt.
1. Vorbereitung und Impfung von Trypanosoma evansi
VORSICHT: Tragen Sie einen Einweg-Laborkittel, Handschuhe, eine Maske und einen Augenschutz, wenn Sie mit infizierten Blutproben, Reagenzien und anderen chemischen Verbindungen umgehen.
2. Aufbau und Betrieb der elektronischen von-Frey-Apparatur
HINWEIS: Seien Sie vorsichtig mit der Art und Weise, wie die erhaltenen Daten aufgezeichnet werden. Einige EvF-Geräte verfügen über spezielle Programme, um die von dem Gerät erhaltenen Daten auf andere elektronische Geräte wie Computer, Tablets oder Smartphones zu übertragen.
3. Allgemeine Erwägungen zur Bewertung mechanischer Schwellenwerte
4. Bewertung der mechanischen Schwelle zu Studienbeginn und Reaktion der Maus auf Reize
5. Experimentelle Beurteilung der mechanischen Schwelle der rechten Hinterpfote und der viszeralen Allodynie
6. Bewertung der Maus-Grimasse-Skala
Abnahme der mechanischen Schwelle aufgrund einer T. evansi-Infektion , wie sie mit einem elektronischen von-Frey-Apparat sowohl an der rechten Hinterpfote als auch am viszeralen Gewebe bewertet wurde
Das Experiment wurde über einen Zeitraum von 5 Tagen durchgeführt, gemäß früheren Daten in Bezug auf die verfügbare T. evansi-Probe 2. Infizierte Mäuse zeigten am Tag 3 nach der Infektion einen signifikanten Unterschied in der mechanischen Schwelle an der rechten Hinterpfote und blieben in den nächsten 2 Tagen nach der Infektion signifikant niedriger als in der Kontrollgruppe (Abbildung 1A) im Vergleich zu nicht infizierten Mäusen. Ähnliche Ergebnisse für die abdominale taktile Sensitivität zeigten eine viszerale Allodynie bei infizierten Mäusen ab Tag 3 nach der Infektion, die in den nächsten 2 Tagen nach der Infektion signifikant niedriger blieb als in der Kontrollgruppe (Abbildung 1B).
Abbildung 1: Allodynie-Bewertung von Mäusen, die experimentell mit Trypanosoma evansi infiziert waren. (A) Allodynie der rechten Hinterpfote und (B) viszerale Allodynie. Die Daten, ausgedrückt als mittlere ± SD von zehn Tieren für jede Versuchsgruppe. Statistische Analyse: Schüler-t-Test, eine ungepaarte Analyse pro Zeitpunkt. Sternchen zeigen signifikante Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen, die den gleichen analysierten Zeitpunkt berücksichtigen (p < 0,05). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Induktion schmerzbezogener Gesichtsmerkmale von Mäusen durch T . evansi-Infektion und numerische Interpretation durch Maus-Grimace-Skala Schmerzbewertung
Infizierte Mäuse zeigten am Tag 3 nach der Infektion signifikante Anzeichen schmerzbezogener Gesichtszüge und zeigten zum angegebenen Zeitpunkt einen Mittelwert von 0,4 [0-1]. Die gleiche Tendenz wurde während des Experiments beobachtet, in dem die infizierte Gruppe signifikante Unterschiede im Vergleich zur Kontrollgruppe aufwies und an den Tagen 4 und 5 nach der Infektion mittlere Werte von 0,6 [0-1] bzw. 1,3 [0-2] aufwies. Die Kontrollgruppe erzielte erwartungsgemäß keine Punktzahl auf der Maus-Grimasse-Skala. Die statistische Analyse wurde unter Verwendung des Student's t-Tests durchgeführt, einer ungepaarten Analyse pro Zeitpunkt, wobei ein Wert von p < 0,05 als signifikant angesehen wurde. Darüber hinaus identifizierte der Pearson-Korrelationskoeffizient (r) Interaktionsmuster zwischen der Schmerzbewertung auf der Maus-Grimace-Skala und der Allodynie der rechten Hinterpfote oder zwischen derselben Skala und viszeraler Allodynie, deren Werte -96,35 % bzw. -84,08 % betrugen. Darüber hinaus betrugen die Bestimmungskoeffizienten (R2) für die Schmerzbeurteilung auf der Maus-Grimasse-Skala und die Allodynie der rechten Hinterpfote oder die viszerale Allodynie 0,9283 bzw. 0,7070.
Die vorliegende Studie stimmt mit früheren Daten überein, die das Vorhandensein von Entzündungen und Schmerzen im Verlauf der T. evansi-Infektion bestätigten 2,3,7,12. Darüber hinaus bietet die beschriebene Methode eine genaue Methodik zur Identifizierung und Messung von Allodynie und Schmerzen bei Mäusen. Darüber hinaus zeigte die Verwendung der Schmerzbewertung auf der Maus-Grimace-Skala bei infizierten Mäusen ein sehr hohes negatives r (90 bis 100 %) im Vergleich zu den Ergebnissen, die durch die Allodynie-Bewertung der rechten Hinterpfote ausgedrückt wurden, und ein hohes negatives r (70 bis 89 %) für die viszerale Allodynie-Bewertung der jeweiligen Tiere13. In ähnlicher Weise zeigte die Verwendung der Schmerzbewertung auf der Maus-Grimace-Skala bei infizierten Mäusen ein sehr starkes R2 (0,90 bis 1,00) im Vergleich zu den Ergebnissen der Allodynie-Bewertung der rechten Hinterpfote und eines starken R2 (0,70 bis 0,89) für die viszerale Allodynie-Bewertung derselben Tiere14.
Ein kritischer Schritt bei Experimenten mit infizierten Tieren ist die Kontrolle des Parasitämieniveaus. Verschiedene Stämme von T. evansi können sich bei Mäusen unterschiedlich verhalten und von akuten zu chronischen Infektionen führen 2,4,5,6. Darüber hinaus können Änderungen der Infektionsdosis die Überlebenszeit von Mäusen verringern oder verlängern. Daher wird empfohlen, vor den Experimenten eine Überlebenskurve zu erstellen, um den korrekten Zeitraum des Experiments zu bestimmen und Frustration durch unerwartete Maustodereignisse zu vermeiden15,16. Darüber hinaus können diese Daten gegebenenfalls humane Endpunkte für das Experiment bestimmen.
Darüber hinaus muss das gleiche Isolat verwendet werden, um alle Mäuse im Versuch zu infizieren, um eine gleiche Anzahl von Blutpassagen zu respektieren, wie im Protokollabschnitt erläutert. Auf die gleiche Weise kann kryokonserviertes oder frisch infiziertes Blut verwendet werden, um die Mäuse zu infizieren, da einige kryokonservierte Proben nach dem Auftauen in einem Wasserbad inaktiviert werden können. Frisches infiziertes Blut kann jedoch eine schnellere Parasitämie und damit frühere Todesfälle hervorrufen 17,18.
Modifikationen im Versuch, wie z. B. die Zugabe von Trypanozidika oder Analgetika, sind praktikabel. Neue Gruppen bedeuten mehr Tiere, und es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass auch Kontrollgruppen für die ausgewählten Arzneimittel einer Ausgangsmessung unterzogen werden müssen. Nach unserer Erfahrung werden etwa 20-25% der Mäuse nach der zweiten Baseline-Messung vom Experiment ausgeschlossen, was mit früheren Daten übereinstimmt8. Das bedeutet, dass die anfängliche Anzahl der Tiere höher sein muss als die Anzahl der Versuchstiere, was ein Problem sein kann, wenn mehr Gruppen ausgewertet werden und folglich eine höhere Anzahl von Mäusen geschätzt wird.
Pharmakokinetik und Pharmakodynamik müssen bei diesem Modell berücksichtigt werden. Einige Medikamente benötigen längere Zeiträume, um ihre pharmakologische Wirkung auszuüben, was sich auf das Versuchsdesign eines Modells auswirken kann, bei dem Mäuse in der Regel in durchschnittlich 4 bis 5 Tagen sterben 2,6. Wenn die Tiere für die gewählte Behandlung nüchtern, kann die Eingewöhnungsphase ein wichtiger Faktor sein, der berücksichtigt werden muss, da sie sowohl die Arzneimitteldynamik als auch den Versuchsplan und das Verfahren beeinflusst, wie im Protokollabschnitt berichtet wird.
Eine große Verbesserung der derzeitigen Methode besteht darin, dass ein einziger, gut ausgebildeter Forscher das gesamte EvF-Leseverfahren (sowohl Ausgangs- als auch experimentelle Messungen) durchführen kann, während er für die Infektion oder die Behandlungen blind bleibt. Ein anderer Untersucher muss die Infektion zu Beginn des Experiments durchführen. Dies ist nach dem Infektionsvorgang nicht mehr notwendig, da das EvF-Gerät über ein spezifisches von Frey Wi-Fi-Messprogramm verfügt, das es nur einer Person erlaubt, das Gerät vollständig zu bedienen. Darüber hinaus ist diese Methode schneller als die gewöhnlichen Filament-von-Frey-Geräte und einfacher durchzuführen 8,19.
Müdigkeit kann jedoch eine Komplikation sein, da derselbe Forscher alle Tiermessungen durchführen muss und aufgrund der sich wiederholenden Bewegung nach einiger Zeit Erschöpfung entwickeln kann8. Unter Berücksichtigung der Überlebenserwartung für Mäuse, die mit T. evansi infiziert sind, wird eine hohe Anzahl von Gruppen im Versuchsdesign nicht empfohlen. Unserer Erfahrung nach können durchschnittlich 10 Mäuse gleichzeitig (abhängig vom Versuchsdesign) in weniger als 30 Minuten gemessen werden. Darüber hinaus muss in jedem Versuch nur ein Zielgewebe für jede Maus ausgewählt werden, so dass sich die Tiere nicht an die Sondierung gewöhnen, wie im Protokollabschnitt erläutert, was auch die Wahrscheinlichkeit einer Ermüdung des Untersuchers verringert.
Darüber hinaus benötigen sowohl die EvF-Bewertungen (rechte Hinterpfote und viszerale Messungen) als auch die Maus-Grimasse-Skala gut ausgebildete Forscher. Vor der Durchführung der Experimente muss der Untersucher lange Zeit üben. Um die Veränderungen des Gesichtsausdrucks bei Mäusen richtig beurteilen zu können, muss der Forscher nicht nur die erwarteten Veränderungen, sondern auch den normalen Gesichtsausdruck einer gewöhnlichen Maus und ihre Variationen der Normalität und des Verhaltens kennen10,20. Darüber hinaus muss der Forscher zur korrekten Bewertung der mechanischen Schwelle von Mäusen mit dem EvF-Gerät mehrere Basismessungen wiederholen, bis die Reaktion der Maus auf die Sondenstimuli leicht erkennbar ist und eine Konsistenz erreicht ist 2,8.
Zukünftige Anwendungen des Protokolls umfassen die Bewertung von Allodynie und Schmerzen sowie deren Behandlung bei Mäusen, die mit T. evansi infiziert sind. Das vorliegende Modell ermöglicht es wissenschaftlichen Forschern, die schmerzbedingte Pathogenese einer Krankheit, die häufig bei Nutztieren und Mäusen unter kontrollierter Umgebung im Labor auftritt, zu bewerten.
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte anzugeben.
Die Autoren danken insbesondere der Staatlichen Universität Santa Catarina für die finanzielle Unterstützung, dem Pharmakologischen Labor für die Tiere und den Weltraum und dem Labor für Biochemie von Hämoparasiten und Vektoren für die kryokonservierte Blutprobe, die mit T. evansi infiziert war und in diesen Experimenten verwendet wurde.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
26 G 1/2" needle coupled to insulin syringe | TKL | 80288090100 | Used to infund solutions on laboratory animals |
Accessories for von Frey analgesimeter | INSIGHT | EFF 303 | Containment box with support for digital analgesimeter assessment |
D-(+)-Glucose | SIGMA-ALDRICH | G7021 | A monosaccharide which is the main source of energy in the form of ATP for living organisms |
Digital analgesimeter | INSIGHT | von Frey Wi-Fi | The von Frey Wi-Fi is a portable device used to assess tissue sensitivity to mechanical stimuli |
Gilson type 10 µL polypropylene tip | CRALPLAST | 18261 | Polypropylene to be used on eletronic von Frey apparatus, recommended for hind paw allodynia assessment |
Laboratory water bath | BEING INSTRUMENT | BW-22P | Used to heat liquid and semi-solid substances contained in appropriate recipients to specific temperature |
Phosphate buffered saline | SIGMA-ALDRICH | 806552 | A balanced salt solution buffer used for a variety of cell culture applications |
Swiss mice (Mus musculus) from both gender | UFSC | Swiss Webster | Laboratory animals used for controlled experiments |
Trypanosoma evansi cryiopreserved sample | UDESC | - | Sample used to infect all mice, ceded by the Hemoparasites and Vectors Biochemistry Laboratory |
Universal type 10 µL polypropylene tip | CRALPLAST | 18171 | Polypropylene to be used on eletronic von Frey apparatus, recommended for visceral allodynia assessment |
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