Test mécanique d’évitement des conflits pour mesurer le comportement de la douleur chez la souris

Résumé

Le test mécanique d’évitement des conflits est utilisé comme une lecture non réflexive de la sensibilité à la douleur chez la souris qui peut être utilisée pour mieux comprendre les réponses affectives-motivationnelles dans une variété de modèles de douleur murine.

Résumé

La douleur comprend à la fois des dimensions sensorielles (nociceptives) et affectives (désagréables). Dans les modèles précliniques, la douleur a traditionnellement été évaluée à l’aide de tests réflexifs qui permettent des inférences concernant la composante nociceptive de la douleur, mais fournissent peu d’informations sur la composante affective ou motivationnelle de la douleur. Le développement de tests qui capturent ces composants de la douleur est donc important sur le plan translationnel. Par conséquent, les chercheurs doivent utiliser des tests comportementaux non réflexifs pour étudier la perception de la douleur à ce niveau. L’évitement mécanique des conflits (MCA) est un test de comportement non réflexif volontaire établi, pour étudier les réponses motivationnelles à un stimulus mécanique nocif dans un paradigme à 3 chambres. Un changement dans la préférence de localisation d’une souris, lorsqu’elle est confrontée à des stimuli nocifs concurrents, est utilisé pour déduire le désagrément perçu de la lumière vive par rapport à la stimulation tactile des pattes. Ce protocole décrit une version modifiée du test MCA que les chercheurs sur la douleur peuvent utiliser pour comprendre les réponses affectives et motivationnelles dans une variété de modèles de douleur chez la souris. Bien qu’elles ne soient pas spécifiquement décrites ici, nos exemples de données MCA utilisent l’adjuvant de Freund complet intraplantaire (CFA), les lésions nerveuses épargnées (SNI) et un modèle de fracture / coulée comme modèles de douleur pour illustrer la procédure MCA.

Introduction

La douleur est une expérience complexe avec des composantes sensorielles et affectives. Une réduction du seuil de perception de la douleur et une hypersensibilité aux stimuli thermiques et/ou mécaniques sont des caractéristiques clés de cette expérience, que les tests de comportement de la douleur évoqués par stimulus peuvent capturer (comme le test de sensibilité à la chaleur de Hargreaves et le test de von Frey de sensibilité mécanique)^1,2. Bien que ces tests donnent des résultats robustes et reproductibles, ils sont limités par leur dépendance à l’égard du retrait réflexif d’un stimulus nocif perçu. Cela a remis en question le recours continu de la recherche sur la douleur à ces seuls tests. À cette fin, les chercheurs sur la douleur explorent depuis plusieurs années des tests comportementaux alternatifs / complémentaires à utiliser dans les modèles de douleur chez les rongeurs dans le but de capturer davantage de composants affectifs et / ou motivationnels de la douleur. Ces mesures non évoquées, volontaires ou non réflexives (p. ex., course sur roues, activité de creusement, préférence de lieu conditionné ^3,4,5) sont mises en œuvre dans le but d’améliorer la translatabilité de la recherche préclinique sur la douleur.

Le test d’évitement mécanique des conflits (MCA) a été décrit à l’origine par Harte et al. en 2016⁶, est utilisé principalement chez les rats ^7,8 et représente une modification d’une approche antérieure - le paradigme d’évitement de l’évasion du lieu. Dans cette approche, un stimulus nocif de la patte postérieure est effectué dans une chambre autrement souhaitable (sombre) pour conduire un comportement délibéré de l’animal à s’échapper / éviter une telle stimulation ^9,10. Au lieu de s’appuyer sur une stimulation nocive manuelle de la patte postérieure par un observateur, le test MCA force les souris à négocier un stimulus potentiellement nocif pour échapper à un environnement aversif et atteindre la chambre sombre. Le conflit/évitement qui donne son nom au test découle de ces deux motivations concurrentes : s’échapper des zones très éclairées et éviter la stimulation nocive des pattes. Le test MCA partage également des caractéristiques avec les tests de préférence de lieu conditionnés, où l’association du soulagement de la douleur avec des indices environnementaux entraîne des changements de comportement qui reflètent une préférence pour le contexte analgésique / gratifiant¹¹.

Fondamentalement, tous ces tests partagent une approche similaire: utiliser un changement dans la préférence d’un animal pour un environnement aversif par rapport à un autre comme indicateur de son état affectif / motivationnel. Le test MCA est un paradigme à 3 chambres composé d’une chambre très éclairée suivie d’une chambre moyenne sombre avec des sondes de hauteur réglables et d’une troisième chambre sombre sans aucun stimulus aversif. Une souris non blessée est généralement motivée à s’échapper dans une chambre sombre, étant donné l’aversion innée des rongeurs pour la lumière vive¹². Dans cet exemple, la motivation naturelle à s’échapper d’un environnement très éclairé surmonte la réticence à rencontrer la stimulation de la patte postérieure (les sondes de hauteur réglables), qui se produit exclusivement dans l’environnement sombre. En revanche, une souris souffrant de douleur (due à une inflammation ou à une neuropathie, par exemple) peut choisir de passer plus de temps dans un environnement très éclairé, car il existe une motivation pour éviter l’expérience tactile désagréable des sondes mécaniques dans le cadre d’une hypersensibilité tactile continue.

Cet article décrit une version modifiée du test MCA. Nous avons adapté la méthode originale (qui a été réalisée chez le rat⁶) pour l’utiliser chez la souris. Nous avons également réduit le nombre de hauteurs de sonde testées de six à trois (0, 2 et 5 mm au-dessus de la hauteur du sol) afin de rationaliser l’acquisition de données. Cette approche a été testée sur plusieurs modèles de douleur et validée avec des analgésiques connus, indiquant que l’hypersensibilité à la douleur et / ou les changements affectifs et motivationnels associés sont à l’origine de ces changements de comportement. Cette approche est relativement rapide à mener et adaptable par rapport à d’autres mesures non réflexives, qui peuvent prendre plusieurs jours d’accoutumance et de formation ^1,2. De concert avec d’autres mesures de la douleur, le MCA peut générer des informations précieuses sur les aspects affectifs et motivationnels de la douleur.

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Protocole

Toutes les expériences impliquant l’utilisation de souris et les procédures qui y sont suivies ont été approuvées par les comités institutionnels de soins et d’utilisation des animaux du MD Anderson Cancer Center et de l’Université de Stanford, en stricte conformité avec le Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire des National Institutes of Health.

1. Construction de MCA

1. Construire la chambre 1 avec les dimensions suivantes: 125 mm x 125 mm x 125 mm (largeur x profondeur x hauteur) en acrylique blanc opaque de 3 mm d’épaisseur utilisé pour les parois latérales, le sol, le plafond. Utilisez un acrylique transparent de 3 mm d’épaisseur pour le mur orienté vers l’avant. Collez tous les côtés ensemble bien à l’avance à l’aide d’un adhésif acrylique dédié.
   ATTENTION: L’adhésif acrylique est considéré comme une matière dangereuse (inflammable, nocif à la vapeur, peut être nocif en cas d’ingestion, peut irriter la peau ou les yeux). Ces adhésifs ne doivent être utilisés que conformément aux instructions du fabricant (c.-à-d. avec un EPI approprié dans un endroit bien ventilé).
2. Fixez le couvercle de la chambre 1 avec une charnière, de sorte que les souris puissent être facilement placées et récupérées dans la chambre. Fixez du ruban adhésif à diode électroluminescente (LED) autocollant sur la surface interne du couvercle pour fournir un éclairage d’environ 4800 lux.
3. Fermez la chambre 1 du reste du MCA en faisant glisser une feuille d’acrylique opaque dans et hors de sa position.
4. Construisez la chambre d’essai MCA, chambre 2, comme une chambre non éclairée de 270 mm de long fabriquée en acrylique rouge foncé translucide (3 mm d’épaisseur) sur tous les côtés, avec un couvercle articulé sur le dessus. Placez une grille de 13 x 31 trous de 2 mm sur le sol de la chambre 2 à travers laquelle un réseau de sondes contondantes avec des pointes de 0,5 mm de diamètre (par exemple, des broches de carte émoussées) peut dépasser.
   REMARQUE: Broches émoussées avec un bloc de papier de verre de 120 grains ou similaire. Nettoyez-les à l’eau tiède avec du détergent avant d’être désinfectés avec un désinfectant sporicide.
5. Ajustez la hauteur des sondes en plaçant des feuilles d’acrylique supplémentaires sous la plaque de base de la sonde (Figure 1). En utilisant cette approche, configurez l’appareil avec trois paramètres : 0 mm, 2 mm et 5 mm de hauteur de sonde.
6. Comme alternative aux broches de carte émoussées ou à des matériaux similaires, utilisez les fichiers de l’imprimante 3D pour imprimer le sol de la chambre 2 et la plaque de sonde (voir le fichier supplémentaire 1: SpikeBed-MCA.stl qui fait référence aux sondes mécaniques, et le fichier supplémentaire 2: MCA_baseplate.stl qui forme le plancher de la chambre 2).
   REMARQUE: Si l’impression 3D n’est pas disponible, collez des broches de carte sur une feuille acrylique en utilisant le même adhésif acrylique utilisé pour construire les parois de l’appareil.
7. Imprimez avec un matériau lavable et biocompatible, tel que le plastique nylon 12 ou similaire (recommandé).
8. Construire la chambre 3 avec les dimensions suivantes: 125 mm x 125 mm x 125 mm comme une boîte acrylique rouge foncé translucide non éclairée (de tous les côtés), placée à l’extrémité opposée de la chambre 1. Placez un couvercle articulé sur la chambre, semblable aux chambres 1 et 2. Cette chambre sert de zone d’évacuation obscurcie des sondes mécaniques de la chambre 2.

2. Accoutumance et test mcA de souris

1. Comme pour toutes les expériences impliquant des résultats comportementaux chez les animaux, observez la randomisation et la mise en aveugle appropriées tout au long pour minimiser les biais potentiels.
   REMARQUE: Les résultats représentatifs ont été générés en utilisant des souris C57BL / 6J mâles et femelles âgées de 8 à 12 semaines (numéro de souche 000664 jackson laboratories). Les souris étaient logées socialement, jusqu’à 5 par cage, avec un accès à la nourriture et à l’eau ad libitum et un cycle de lumière de 07h00 à 19h00. MCA a eu lieu dans la période de lumière, entre 09:00 h et 12:00 h.
2. Un jour avant la date prévue des tests de base, acclimatez les souris à l’unité MCA pendant 5 min (minimum) à 15 min (maximum) avec leurs compagnons de cage pour faciliter l’exploration sociale de l’ensemble de l’appareil.
3. Tout au long du processus, assurez-vous que les LED de la chambre 1 sont éteintes, que la barrière entre les chambres 1 et 2 est laissée ouverte et que les sondes sont réglées à une hauteur de zéro (c.-à-d. qu’elles ne dépassent pas du plancher de la chambre 2).
4. Effectuer un test de base sur des souris (facultatif) si l’étude incorpore des animaux témoins négatifs (c.-à-d. une chirurgie simulée ou des contrôles d’injection de véhicule). Si vous le souhaitez, utilisez un test de base pour exclure toute valeur aberrante non blessée qui ne traverse jamais la chambre 2, bien que cela ne se soit pas avéré nécessaire. S’il est utilisé, indiquez tous les critères d’exclusion et le nombre de souris exclues.
   1. Avant de commencer les tests, installez une caméra vidéo capable d’enregistrer des séquences 1080p sur un trépied avec une vue latérale de l’ensemble de l’appareil MCA. Ajustez le champ de vision de manière à ce que le MCA remplisse l’image enregistrée.
   2. Une fois l’enregistrement commencé, tenez une carte d’effacement à sec portative dans le champ de vision de la caméra pour étiqueter le début de la vidéo avec des informations d’identification sur les tests de l’animal (par exemple, l’ID de la souris, la hauteur de la sonde, la date, le point d’heure, etc.).
   3. Pour la première exécution, réglez la hauteur de la sonde sur zéro. Transférez la souris à tester de sa cage d’origine dans la chambre 1 avec la porte barrière en place. Démarrez une minuterie visible dans le métrage enregistré.
      REMARQUE : La minuterie garantit que les intervalles entre les différentes parties du test sont cohérents entre les exécutions.
   4. Après 10 s, allumez les LED de la chambre 1. Une fois que la souris a été dans la chambre allumée pendant 20 s, retirez la barrière entre les chambres 1 et 2.
   5. Observez l’animal pendant 2 min. Mesurez les latences et/ou les temps d’arrêt avec un chronomètre pendant que le test est en cours. Alternativement, les séquences vidéo peuvent être analysées une fois le test terminé.
      REMARQUE: Pour des raisons de débit et pour éviter une exposition prolongée à des stimuli aversifs, le seuil a été fixé à 2 min.
   6. Mesurer un ou plusieurs des nombreux résultats utiles qui ont été identifiés (voir ci-dessous; Figure 1). Recommandé d’analyser les 5 mesures de résultats au début des tests, afin de déterminer quels aspects du comportement diffèrent dans une configuration expérimentale donnée.
      1. Option I : Enregistrez la latence à la première entrée de la chambre 2. Option II : Enregistrez la latence pour traverser plus de la moitié de la chambre 2. Option III : Enregistrer le temps de séjour total dans la chambre 2. Option IV : Enregistrer la latence pour atteindre la chambre 3 (échappement). Option V: Semblable à l’option II, enregistrez le temps de séjour total dans chaque chambre dans les 2 minutes et convertissez-les en proportions.
         REMARQUE: Étant donné que chaque expérience est unique et peut être influencée par des facteurs biologiques et des changements de comportement uniques au modèle de la maladie, les chercheurs peuvent expérimenter ces mesures et d’autres entre leurs propres mains.
   7. Une fois le test terminé, retournez la souris dans sa cage d’origine, nettoyez les chambres MCA avec 70% d’éthanol et laissez-la sécher complètement.
      REMARQUE: Les boli fécaux peuvent généralement être nettoyés de la chambre relativement facilement avec des serviettes en papier avant l’éthanol / désinfectant. Si un nettoyage plus approfondi devient nécessaire, les chambres 2 et 3 peuvent être démontées et immergées dans de l’eau chaude savonneuse.
   8. Après avoir exécuté toutes les souris d’une cohorte dont la hauteur de la sonde est réglée sur zéro, insérez une feuille d’acrylique de 3 mm sous la plaque de base de la sonde mécanique et répétez les étapes 2.4.2 à 2.4.7 avec une hauteur de sonde de 2 mm.
   9. Après avoir exécuté toutes les souris dont la hauteur de la sonde est réglée sur 2 mm, insérez une deuxième feuille d’acrylique de 3 mm sous la plaque de base de la sonde et répétez les étapes 2.4.2 à 2.4.7 avec une hauteur de sonde de 5 mm.
      REMARQUE: Un groupe de 8 souris peut être testé en environ 2 heures en utilisant cette approche. Utilisez des groupes de plus petite taille si un calendrier post-médicament plus précis est nécessaire (p. ex., pour une expérience de cours de traitement de la drogue).
   10. Effectuez un nettoyage final avec un désinfectant à la fin d’une séance de test.
5. Répétez les tests après avoir induit une hypersensibilité à la douleur et / ou avec un traitement médicamenteux.
6. Comparez les performances de chaque souris au départ avec leurs performances après l’induction de la douleur. Évaluer l’impact d’une intervention pharmacologique en comparant les animaux traités par véhicule avec les animaux traités par des médicaments au même moment.
7. Effectuer une analyse statistique non paramétrique (p. ex., le test U de Mann Whitney) si les animaux atteignent le seuil de 2 minutes sans satisfaire à la mesure de résultat souhaitée, ce qui donne des données non continues.

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Résultats

Le test MCA a été utilisé avec succès avec plusieurs modèles de douleur de souris mécaniquement distincts. La figure 2 montre les données où la mesure de résultat choisie franchissait le point médian de la chambre 2 (figure 2A). Les données obtenues en utilisant le point à mi-chemin par rapport à l’échappement dans la chambre 3 sont très similaires, ~40 s pour la moitié contre ~45 s pour l’échappement de la chambre 3 dans le modèle de lési...

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Discussion

Comme pour tous les tests comportementaux, une manipulation appropriée, la randomisation et l’aveuglement au traitement des animaux sont essentiels tout au long du processus. Compte tenu des apports multifactoriels dans les comportements complexes et la prise de décision, il est impératif que les animaux soient manipulés, habitués et testés de la manière la plus cohérente possible tout en minimisant la détresse. Il faut également veiller à reproduire le moment du placement de la souris dans la chambre 1, à ...

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matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
32.8ft 3000K-6000K Tunable White LED Strip Lights, Dimmable Super Bright LED Tape Lights with 600 SMD 2835 LEDs	Lepro	SKU: 410087-DWW-US	For lighting chamber 1. https://www.lepro.com/32ft-dimmable-tunable-white-led-strip-lights.html
3D printed 'spike bed' and 'chamber 2 floor'	Shapeways	N/A	Optional, for mechanical probes as an alternative to blunted map pins.
70% ethanol	Various	N/A	To clean MCA between mice.
Acryl-Hinge 2	TAP Plastics	N/A	for attaching chamber lids to rear walls. https://www.tapplastics.com/product/plastics/handles_hinges_latches/acryl_hinge_2/122
Chemcast Cast Acrylic Sheet, Clear	TAP Plastics	N/A	3mm thick. For front wall of chamber 1. https://www.tapplastics.com/product/plastics/cut_to_size_plastic/acrylic_sheets_cast_clear/510
Chemcast Cast Transparent Colored Acrylic, Transparent Dark Red - 50%	TAP Plastics	N/A	3mm thick. 50% light transmission. For walls and lids of chambers 2 and 3. https://www.tapplastics.com/product/plastics/cut_to_size_plastic/acrylic_sheets_transparent_colors/519
Chemcast Translucent & Opaque Colored Cast Acrylic, Sign Opaque White - 0.1%	TAP Plastics	N/A	3mm thick. For side walls and lid of chamber 1. https://www.tapplastics.com/product/plastics/cut_to_size_plastic/acrylic_sheets_color/341
Disinfectant (e.g. Quatricide)	Pharmacal Research Laboratories, Inc.	65020F	To disinfect MCA at the end of a testing session.
Dry-erase markers and board	Various	N/A	To add experimental info to the beginning of video footage.
Map pins	Various	N/A	Optional, for mechanical probes. Use sandpaper to blunt sharp points before use. Can be used in place of 3D-printed parts.
Paper towels	Various	N/A	To clean/disinfect MCA.
SCIGRIP Weld-On #3 Acrylic Cement	TAP Plastics	N/A	For assembling acrylic sheets into chambers and affixing hinges. https://www.tapplastics.com/product/repair_products/plastic_adhesives/weld_on_3_cement/131
Stopwatch	Various	N/A	To record escape latencies/dwell times in real-time or from recorded video.
Timer	Various	N/A	To ensure LED turn-on, barrier removal and test completion are timed consistently.
Video camera	Various	HDRCX405 Handycam Camcorder	To record mouse behavior in the MCA device. Can be substituted with any consumer-grade video camera capable of 1080p resolution.
Tripod	Famall	N/A	Any tripod that can hold the camera at bench height for recording MCA footage is acceptable.