Method Article
Eine chronische Einschnürungsverletzung des distalen Nervus infraorbitalis bei Mäusen führt zu Veränderungen des spontanen Verhaltens (erhöhte Aktivität bei der Gesichtspflege) und des nozifensiven Verhaltens als Reaktion auf taktile Stimulation (Überempfindlichkeit auf von-Frey-Haarstimulation), die Anzeichen von anhaltenden Schmerzen und Allodynie sind und als Modell für trigeminale neuropathische Schmerzen dienen.
Tiermodelle sind nach wie vor notwendige Werkzeuge, um neuropathische Schmerzen zu untersuchen. Dieses Manuskript beschreibt das Modell der distalen Nervus infraorbitalis chronic constriction injury (DIoN-CCI) zur Untersuchung von trigeminalen neuropathischen Schmerzen bei Mäusen. Dazu gehören die chirurgischen Eingriffe zur Durchführung der chronischen Verengungsverletzung und die postoperativen Verhaltenstests zur Bewertung der Veränderungen des spontanen und evozierten Verhaltens, die Anzeichen für anhaltende Schmerzen und mechanische Allodynie sind. Die Methoden und Verhaltensdaten ähneln dem Modell der chronischen Constriction Injury (IoN-CCI) des Nervus infraorbitalis bei Ratten. Für die Adaption des IoN-CCI-Modells an Mäuse sind jedoch wichtige Änderungen notwendig. Zunächst wird der intraorbitale Zugang durch einen rostraleren Zugang mit einem Schnitt zwischen dem Auge und dem Schnurrhaarpolster ersetzt. Das IoN wird somit distal außerhalb der Orbitalhöhle ligiert. Zweitens wird aufgrund der höheren Bewegungsaktivität bei Mäusen die freie Bewegung von Ratten in kleinen Käfigen durch das Setzen von Mäusen in speziell entwickelte und konstruierte Rückhaltevorrichtungen ersetzt. Nach der DIoN-Ligation zeigen Mäuse Veränderungen im spontanen Verhalten und als Reaktion auf die von-Frey-Haarstimulation, die denen bei IoN-CCI-Ratten ähneln, d.h. eine erhöhte gerichtete Gesichtspflege und eine Hyperreagibilität auf die von-Frey-Haarstimulation des IoN-Territoriums.
Neuropathische Schmerzen entstehen durch eine Schädigung des somatosensorischen Nervensystems, die zu einer abnormalen Übertragung von sensorischen Signalen an das Gehirn führt. Eine somatosensorische Nervenschädigung führt nicht immer zu neuropathischen Schmerzen, aber die Prävalenz nimmt mit dem Schweregrad der klinischen Neuropathie zu 1,2. Neuropathische Schmerzpatienten erleben spezifische Symptome wie spontane Empfindungen (Brennen, Kribbeln, elektrische Empfindungen) und ungewöhnlich intensive oder anhaltende Schmerzen bei harmloser oder schädlicher Stimulation, die dazu neigen, chronisch und resistent gegen die Behandlung mit herkömmlichen Schmerzmitteln zu werden3. Bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der neuropathischen Schmerzforschung ergeben sich aus der Entdeckung, dass das lockere Einschnüren der Ligaturen um den Ischiasnerv bei Ratten zu Verhaltensweisen führt, die den menschlichen neuropathischen Schmerzzuständen ähneln4. Die Tiere weisen eine reduzierte Schwelle zu Hitze, Kälte und mechanischer Stimulation auf und zeigen nozifensives Verhalten. Trotz der inhärenten biologischen Unterschiede in der Schmerzverarbeitung zwischen Menschen und Nagetieren sind Tiermodelle ein wertvolles Werkzeug, um die zugrundeliegenden Mechanismen bei der Entwicklung neuropathischer Schmerzen zu untersuchen und neu vorgeschlagene Behandlungsstrategien zu testen.
Sensorische reflexbasierte Schmerztestparadigmen wurden in neuropathischen Schmerzmodellen ausgiebig verwendet, aber die Messung anhaltender Schmerzen oder anderer häufig begleiteter Störungen (Schlafstörungen, Depressionen, Angstzustände) hat nicht genügend Aufmerksamkeit erhalten, wenn man bedenkt, dass es sich hierbei um häufige klinische Symptome handelt, die die Lebensqualität beeinträchtigen 5,6,7,8 . Das Gesichtspflegeverhalten bei Ratten wurde als Maß für spontane neuropathische Schmerzen nach chronischer Verengungsverletzung (CCI) des Nervus infraorbitalis (IoN) dokumentiert9,10. Darüber hinaus entwickeln Ratten auch eine Überempfindlichkeit auf eine leichte taktile Stimulation des IoN-Territoriums, was auf eine mechanische Allodynie hinweist.
Im Vergleich zu Mäusen sind Ratten aufgrund ihrer größeren Größe besser für chirurgische Verletzungen geeignet. Mäuse bieten jedoch Kosten- und Platzeffizienz und benötigen kleinere Medikamentenmengen. Auch das Aufkommen der transgenen Technologie hat die Verwendung von Mäusen weiter vorangetrieben11,12. Daher besteht das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens darin, eine chirurgische infraorbitale Nervenverletzung bei Mäusen durchzuführen, ähnlich der bei Ratten, die Veränderungen im spontanen und evozierten Verhalten zur Untersuchung von trigeminalen neuropathischen Schmerzen induziert.
Die Tiere werden gemäß den Richtlinien für die Schmerzforschung an bewussten Tieren der International Association for the Study of PAIN und in Übereinstimmung mit den flämischen und europäischen Vorschriften für Tierversuche und den ANARRIVE-Richtlinien behandelt und gepflegt. Das Protokoll wird von der institutionellen Ethikkommission genehmigt.
1. Tiere
2. Chirurgie
3. Verhaltenstests
DIoN-CCI-Mäuse zeigen eine starke postoperative Zunahme der Zeit, die für die isolierte Gesichtspflege aufgewendet wurde, und der Anzahl der isolierten Gesichtspflegeepisoden (Abbildung 3). Der stärkste Anstieg tritt in der ersten postoperativen Woche auf und wird dann in den folgenden Wochen kleiner, ist aber für mindestens 6 Wochen deutlich erhöht. Die Gesichtspflege während des Bodygroomings ist davon mehr oder weniger unberührt.
DIoN-CCI-Mäuse reagieren in der ersten Woche nach der DioN-CCI fast vollständig nicht auf eine ipsilaterale mechanische Stimulation des ipsilateralen IoN-Territoriums (Abbildung 4). In den nächsten Wochen wird diese Hyporeagibilität durch eine Hyperreagibilität ersetzt, die mindestens 6 Wochen anhält. Es kann auch zu einer geringfügigen Zunahme der Reaktionsfähigkeit auf kontralaterale mechanische Stimulation kommen.
Abbildung 1: Lokalisation der distalen Ligatur des Nervus infraorbitalis. Die Lage der distalen Ligatur des Nervus infraorbitalis ist rostral zum Ausgang aus dem Schädel, aber kaudal bis zu der Stelle, an der sie sich zum Schnurrhaarpolster verzweigt. (A) Schematische Darstellung des rechten IoN. (B) Chirurgische Ansicht eines ligierten IoN auf der linken Seite. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Rückhaltevorrichtung, die für mechanische Stimulationstests verwendet wird. Der Schwanz der Maus wird von einer (A) weichen Silikonklemme an Ort und Stelle gehalten, die magnetisch an einer (B) Metallplatte auf dem Tisch befestigt ist. (C) Ein Kunststoffhalter ermöglicht Bewegungen von Kopf und Vorderpfote, verhindert aber, dass sich das Tier darin umdreht. Ein Metallgewicht hält den Halter an Ort und Stelle. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Postoperative Veränderungen des isolierten Gesichtspflegeverhaltens nach DIoN-CCI. Die Datenpunkte bezeichnen die (A) Zeit, die (A) für die isolierte Gesichtspflege aufgewendet wurde (mittlere ± SEM; n = 15 pro Gruppe) und die (B) Anzahl (mittlere ± SEM; n = 15 pro Gruppe) der isolierten Gesichtspflegeepisoden 1 Tag vor der DIoN-Operation (vor der Operation) und an den postoperativen Tagen 3-42. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Zeitlicher Verlauf der Auswirkungen von DIoN-CCI auf die Reaktionsfähigkeit auf mechanische Stimulation. Die Datenpunkte bezeichnen das Ansprechen (mittlerer ± SEM; n = 15 pro Gruppe) auf die von-Frey-Haarstimulation des Territoriums des (A) ligierten Nervs und der (B) kontralateralen Seite 1 Tag vor (Pre-op) und 3-42 Tage nach der DIoN-Operation. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Bei Ratten wurde zuvor argumentiert, dass ein intraorbitaler Zugang zum IoN vorzuziehen ist, unter Berücksichtigung der Bedeutung einer intakten feinen Muskulatur zur Kontrolle komplexer Quirlmuster bei der vibrissotaktilen Unterscheidung und des relativen Abstands des Mittellinienschnitts zum Gebiet des kutanen infraorbitalen Nervs10. Andere haben argumentiert, dass ein distaler Zugang über einen Schnitt in die behaarte Haut kaudal des Vibrissalpolsters eine Reihe von Vorteilen hat13,14. Chirurgisch handelt es sich um eine einfachere Technik, die minimalinvasiv ist. Es kann ohne Verwendung eines stereotaktischen Rahmens und in kürzerer Zeit durchgeführt werden. Beide Techniken führen zu vergleichbaren postoperativen Verhaltenseffekten, sowohl evoziertem als auch nicht evoziertem Schmerzverhalten. Darüber hinaus vermeidet das Verfahren mögliche Augenbeschwerden, die durch die Ablenkung des Orbitainhalts während des Eingriffs und einen möglicherweise irritierenden Kontakt zwischen den Nervenligaten und dem Auge entstehen. Bei Mäusen fanden wir den intraorbitalen Zugang aufgrund ihrer geringeren Größe zu schwierig, um ihn als Standardverfahren anzuwenden. Daher zielt dieses Verfahren darauf ab, einen distalen Ansatz zu verwenden, um eine infraorbitale Nervenverletzung bei einer Maus chirurgisch zu induzieren, was zur Entwicklung eines spontanen und evozierten Schmerzverhaltens führt, das zur Untersuchung von trigeminalen neuropathischen Schmerzen verwendet werden kann.
Ein entscheidender Schritt bei der Anwendung dieses Modells, wie bei anderen Tiermodellen, die durch Nervenligatur induziert werden, besteht darin, die Ligatur mit der richtigen Menge an Verengung um den Nervus infraorbitaliszu platzieren 4,15,16. Die Verhaltensergebnisse sind bei Tieren mit unterschiedlichem Grad an Nervenverengung sehr unterschiedlich17. Das Verhältnis der Größe des Chromdarms (6-0) zum Durchmesser des infraorbitalen Nervs der Maus ist nicht das gleiche wie bei Ratten, bei denen die Größe 5-0 verwendet wird. Bei Mäusen wurde festgestellt, dass zwei Ligaturen ein höheres Maß an Nervenverletzung induzierten als bei Ratten. Da die Größe 6-0 der kleinste Chromdarm war, der gefunden werden konnte, entschieden wir uns in der vorliegenden Studie für eine einzelne Ligatur, die ähnliche Verhaltensergebnisse wie bei Ratten erzeugte. Zwei chromfreie Darmligaturen der Größe 7-0 könnten möglicherweise ebenfalls zu ähnlichen Ergebnissen führen.
Die Stimulation des IoN-Territoriums mit von-Frey-Haaren erfordert, dass die Tiere relativ bewegungslos sind. Bei Ratten kann dies erreicht werden, indem die Tiere an einen Beobachtungskäfig gewöhnt werden. Bei Mäusen ist es aufgrund ihrer hohen lokomotorischen Aktivität schwierig, das IoN-Territorium mit hoher Präzision zu stimulieren. Das Tier an der Hand zu halten ist eine stressige Methode, die die Gültigkeit und Zuverlässigkeit der Reaktion des Tieres auf einen Reiz stark beeinträchtigt. Das Absetzen der Tiere auf einer kleinen erhöhten Plattform wurde auch in Studienverwendet 18. Obwohl die Bewegungen eingeschränkter sind, wurde festgestellt, dass die Plattform es den Tieren ermöglicht, sich mehr zu bewegen, als erforderlich ist, um das IoN-Territorium mit Genauigkeit und einer gut kontrollierten Biegekraft zu stimulieren. In unserem Labor wurde eine Fixierungsmethode entwickelt und teilweise mit Hilfe des 3D-Drucks hergestellt. Der dreiwandige Kunststoffhalter und das Gewicht ähneln denen von Krzyzanowska et al. (2011), aber die Methode, den Schwanz des Tieres an Ort und Stelle zu halten, ist eine andere19. Wichtig ist, dass das Gerät es dem Tier ermöglicht, auf natürlichere Weise auf den Reiz zu reagieren, einschließlich Pfoten- und Kopfbewegungen. Das Gerät verhindert jedoch, dass das Tier seinen Körper wegbewegt, um weiteren Kontakt mit dem Reiz zu vermeiden. Bei sich frei bewegenden Tieren in einem Beobachtungskäfig ist letzteres Verhalten gleichbedeutend mit dem Greifen oder Beißen des Reizes (Response-Score Kategorie 3).
Der vorliegende Artikel zeigt, dass DIoN-CCI bei Mäusen als Reaktion auf die von-Frey-Haarstimulation Veränderungen im spontanen Verhalten induziert, die denen bei IoN-CCI-Ratten ähneln, d.h. eine erhöhte gerichtete Gesichtspflege und eine Hyperreagibilität auf die von-Frey-Haarstimulation des IoN-Territoriums10. Die durchschnittliche Dauer der isolierten Gesichtspflegeepisoden bei Mäusen war kürzer als bei Ratten (2 s vs. 10 s), aber die durchschnittliche Spitzenzahl der isolierten Gesichtspflegeepisoden war bei Mäusen höher (13 vs. 5). Es ist unklar, ob dies nur eine Reflexion von Unterschieden in den angeborenen Pflegemustern ist oder mit der Art der spontanen Schmerzempfindungen zusammenhängt.
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Die Autoren haben keine Danksagungen.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Chromic catgut (6-0) | Dynek | CG602D | ligatures |
Cotton applicator | Pharmacy | ||
Digital video camera | Sony | HDR-CX330E | |
Dumont #5 forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | |
Dumont forceps - Micro-blunted tips (#5/45) | Fine Science Tools | 11253-25 | |
Duratears | Alcon | 0037-820 | ophthalmic ointment |
Hooked ligation aid | Fine Science Tools | 18062-12 | |
Ketalar | Pfizer | ketamine (50 mg/mL) | |
Operation microscope | Kaps | SOM 62 | |
Precision cotton swab | Qosina | 10225 | |
Precision trimmer | Philips | HP6392/00 | |
Rompun | Bayer | xylazine (2%) | |
Scissors - blunt tips | Fine Science Tools | 14574-09 | |
Semmes-Weinstein Von Frey Aesthesiometer kit | Stoelting | 58011 | |
Vicryl Rapide | Ethicon | MPVR489H | sutures |
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