Name: intracranial pharmacotherapy and pain assays in rodents
Uploaded: 2019-04-09T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Intracranial Pharmacotherapy and Pain Assays in Rodents at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af National Institute of General Medical Sciences (GM102691, GM115384), National Institute for neurologiske forstyrrelser og slagtilfælde (NS100065), (Bethesda, MD, USA) og anæstesi forskning fond af New York Universitetsinstitut for Anesthesiology (New York, NY, USA).

Alle procedurer i denne undersøgelse blev godkendt ved New York University skole af medicin institutionelle Animal Care og brug udvalg (IACUC) som i overensstemmelse med National Institute of Health (NIH) Guide til pleje og anvendelse af forsøgsdyr.
1. stereotaxisk kanyle Implantation
<ol><li>Brug 10-12 uge gammel mandlige Sprague-Dawley rotter.</li>
	<li>Som tidligere beskrevet, bedøver dyr med 1.5-2% isofluran1,3,<sup...

<ol>
	<li>Lee, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+corticostriatal+circuitry+relieves+chronic+neuropathic+pain.">Activation of corticostriatal circuitry relieves chronic neuropathic pain.</a> The Journal of Neuroscience. 35 (13), 5247-5259 (2015).</li><li>Martinez, E., Lin, H. H., Zhou, H., Dale, J., Liu, K., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corticostriatal+Regulation+of+Acute+Pain.">Corticostriatal Regulation of Acute Pain.</a> Frontiers in Cellular Neuroscience. 11, 146 (2017).</li><li>Goffer, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium-permeable+AMPA+receptors+in+the+nucleus+accumbens+regulate+depression-like+behaviors+in+the+chronic+neuropathic+pain+state.">Calcium-permeable AMPA receptors in the nucleus accumbens regulate depression-like behaviors in the chronic neuropathic pain state.</a> The Journal of Neuroscience. 33 (48), 19034-19044 (2013).</li><li>Carr, K. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AMPA+receptor+subunit+GluR1+downstream+of+D-1+dopamine+receptor+stimulation+in+nucleus+accumbens+shell+mediates+increased+drug+reward+magnitude+in+food-restricted+rats.">AMPA receptor subunit GluR1 downstream of D-1 dopamine receptor stimulation in nucleus accumbens shell mediates increased drug reward magnitude in food-restricted rats.</a> Neuroscience. 165, 1074-1086 (2010).</li><li>Su, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AMPAkines+target+the+nucleus+accumbens+to+relieve+postoperative+pain.">AMPAkines target the nucleus accumbens to relieve postoperative pain.</a> Anesthesiology. 125 (5), 1030-1043 (2016).</li><li>Le, A. M., Lee, M., Su, C., Zou, A., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AMPAkines+have+novel+analgesic+properties+in+rat+models+of+persistent+neuropathic+and+inflammatory+pain.">AMPAkines have novel analgesic properties in rat models of persistent neuropathic and inflammatory pain.</a> Anesthesiology. 121 (5), 1080-1090 (2014).</li><li>Cooper, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anaesthetisation+of+prefrontal+cortex+and+response+to+noxious+stimulation.">Anaesthetisation of prefrontal cortex and response to noxious stimulation.</a> Nature. 254 (5499), 439-440 (1975).</li><li>Blevins, J. E., Stanley, B. G., Reidelberger, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DMSO+as+a+vehicle+for+central+injections:+tests+with+feeding+elicited+by+norepinephrine+injected+into+the+paraventricular+nucleus.">DMSO as a vehicle for central injections: tests with feeding elicited by norepinephrine injected into the paraventricular nucleus.</a> Pharmacology Biochemistry and Behavior. 71, 277-282 (2002).</li><li>Schmeichel, B. E., Herman, M. A., Roberto, M., Koob, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypocretin+Neurotransmission+Within+the+Central+Amygdala+Mediates+Escalated+Cocaine+Self-administration+and+Stress-Induced+Reinstatement+in+Rats.">Hypocretin Neurotransmission Within the Central Amygdala Mediates Escalated Cocaine Self-administration and Stress-Induced Reinstatement in Rats.</a> Biological Psychiatry. 81, 606-615 (2017).</li><li>Sun, Y., Liu, K., Martinez, E., Dale, J., Huang, D., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AMPAkines+and+morphine+provide+complementary+analgesia.">AMPAkines and morphine provide complementary analgesia.</a> Behavioural Brain Research. 334 (2017), 1-5 (2017).</li></ol>

I denne undersøgelse, har vi bevist at intrakraniel farmakologi er et kraftfuldt værktøj til at studere smerte mekanismer og har potentiale som en terapeutisk levering system. I vores protokol, vi leverede AMPAkines direkte ind i PFC og fandt, at ved at øge glutamat signalerer i PFC, AMPAkines leveres smertelindring. Vi var i stand til at dokumentere dette ved hjælp af intrakranielle injektioner kombineret med intraperitoneal injektioner, med efterfølgende smerter assays. Baseret på beviser for smertestillende vir...

Centralnervesystemet er kendt for at spille en central rolle i smerte forordning. Eksempelvis har glutamat signalering i hjernen en regulerende rolle i forbindelse med smerter1,2. Derfor er der behov for at studere cellulær og molekylær signaling veje i hjernen med hensyn til smerte. Derudover er der behov for at forstå, hvis molekylære mål i specifikke hjerneregioner kan ændres til behandling af smerter. Aktuelle undersøgelser af smerte i hjernen er afhængige af in vitro- undersøgelser af Elektrofysiologi i kombination med systemisk (intraperitoneal) levering af farmakologiske midler. In vitro undersøgelser har tydelige underskud i afslørende i vivo smerte mekanismer. I mellemtiden, systemisk medicinafgivelse ikke afgrænse de præcise cellulære mål. In vivo intrakraniel injektioner af kemiske og biologiske agenser er blevet et stærkt værktøj til at studere neurologiske og molekylær veje i hjernen. I de seneste år, har andre felter bruges i vivo intrakraniel injektioner med held studere afhængighed og belønne adfærd og kredsløb stier i gnavere3,4. Men i forbindelse med smerter, brug af i vivo intrakraniel farmakologi mangler.
Intrakraniel injektioner giver mulighed for præcis indsprøjtning af et stof i et bestemt område af hjernen. Derudover kan særlige veje og receptorer målrettes ved hjælp af yderst selektiv narkotika. Kombinationen af en intrakraniel levering system med præcision narkotika tillader os at målrette molekylære og cellulære mål for smerte. Efter intrakranielt levering af disse stoffer, kan forskere observere de umiddelbare virkninger i gnavere adfærd. Fra veltilrettelagte forsøg, kan rodents' adfærd være forbundet med farmakologi.
I denne protokol brugte vi eksempel AMPAkine infusion i den præfrontale cortex (PFC) for at demonstrere mekanismen af kortikale glutamat signalerer i smerte forordning. AMPAkines er syntetiske stoffer, der er kendt for allosteriske modulatorer. De har vist evnen til at lindre akutte og kroniske smerter i dyre modeller5,6. Tidligere undersøgelser tyder på, at de sandsynlige steder i handling af AMPAkines er i hjernen5,6. PFC er en region i hjernen, der udstiller top-down kontrol til subkortikale områder at regulere humør og opførsel. Nogle af disse output fremskrivninger har vist sig at være afgørende i smerte forordning1,2,7. Mere specifikt har glutamat signalerer i PFC vist sig at regulere smerter. Således, PFC blev valgt som et målrettet hjernen område for studiet af AMPAkines i smerte stater.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sterotaxic Cannula</td>
			<td>PlasticsOne</td>
			<td>8I26GA8MMKIT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Syringe</td>
			<td>Hamilton</td>
			<td>8440</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AMPAkine</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C-271</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl Sulfoxide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D4540</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hargreaves Apparatus</td>
			<td>Ugo Basile</td>
			<td>37370</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Male Sprague-Dawley rats</td>
			<td>Taconic Farms</td>
			<td>NTac:SD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile Surgical gloves</td>
			<td>Dynarex</td>
			<td>6535</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

intracranial pharmacotherapy and pain assays in rodents

Smerte er en iøjnefaldende sanseoplevelse med affektive og kognitive dimensioner. Centrale mekanismer for smerte er dog stadig dårligt forstået, hindrer udviklingen af effektiv terapi. Intrakraniel farmakologi præsenterer et vigtigt redskab for at forstå de molekylære og cellulære mekanismer af smerte i hjernen, og for nye behandlinger. Her præsenterer vi en protokol, der integrerer intrakraniel farmakologi med smerter adfærd test. Specifikt, viser vi hvordan du indgyde smertestillende lægemidler i en region, Vælg hjernen, som kan være ansvarlig for smerte graduering. Desuden, for at bestemme virkningen af kandidat stof i central nerve systemet, smerte assays er udført efter intrakranielt behandling. Vores resultater viser, at intrakraniel administration af smertestillende lægemidler i en målrettet region kan give lindring af smerte hos gnavere. Således, vores protokol, med succes viser at intrakraniel farmakologi, kombineret med smerter adfærd test, kan være et effektivt redskab for studiet af pain mekanismer i hjernen.

Som et eksempel infunderes vi en AMPAkine i PFC via cannulas (figur 1). Vi også infunderes morfin systemisk for at vurdere de analgetiske synergieffekter mellem AMPAkines og morfin. Disse resultater viser, at AMPAkines og morfin har en additive analgetiske virkning. Det viser også, at intrakraniel indsprøjtninger har beføjelse til at opdage, i det mindste i en del, en mekanisme til aktivering af narkotika i forbindelse af smerte.
<p class="jove_conten...

Watch this Scientific Journal Video about Intracranial Pharmacotherapy and Pain Assays in Rodents at JoVE.com

Intracranial Pharmacotherapy and Pain Assays in Rodents

Intrakraniel Farmakoterapi og smerte Assays i gnavere

Her præsenterer vi en protokol for at udføre intrakraniel farmakologiske forsøg efterfulgt af smerte adfærd assays i gnavere. Denne protokol giver forskere til at levere molekylære og cellulære mål i hjernen, for farmakologiske stoffer til behandling af smerter.

Pain is a salient sensory experience with affective and cognitive dimensions. However, central mechanisms for pain remain poorly understood, hindering the ...

Den største fordel ved denne teknik er, at det kan bruges til yderligere at udforske smertemekanismer og narkotika handlinger i hjernen. At studere effekten af intrakraniel injektioner på akutte smerter adfærd hos rotter, en uge efter operationen, placere rotten på glaspladen af en Hargreaves apparat, og bruge apparatet til at fokusere en infrarød stråle gennem glasplanet under plantar område af en af rottens fødder. For at undersøge de synergistiske farmakologiske virkninger mellem to forskellige undersøgelseslægemidler skal du bruge et stykke PE-50 slanger, der er fastgjort til en 10-mikroliter Hamilton-sprøjte udstyret med en 33-gauge injektorkanyle, der strækker sig en millimeter ud over de implanterede guider.Injicer 0,5 mikroliter eller mindre af forsøgsmedicinen i en intrakraniel kanyle over en periode på 100 sekunder. Hold injektorens kanyle på plads i yderligere 60 sekunder efter injektionen for at lette en langsom diffusion af opløsningen. Derefter, intraperitoneally injicere det andet stof af interesse.20 til 30 minutter efter injektionen udføres plantarreflekstesten fem gange mere som påvist. I dette repræsentative eksperiment viste den intrakranielle levering af en AMPAkine en additiv smertestillende virkning, når den blev administreret med intraperitonealt leveret morfin, hvilket tyder på, at intrakranielle injektioner har beføjelse, i det mindste delvist, til at afdække en mekanisme til lægemiddelaktivering i forbindelse med smerte. Mens du forsøger denne procedure, er det vigtigt at huske at nøje følge timingen af proceduren.Efter denne procedure, intrakranielle implantater kan bruges sammen med smerte assays at besvare yderligere spørgsmål om regionen af hjernen er ansvarlig for en given smerte fænotype, mulige steder for narkotika handling, eller mulige smerte narkotika mekanismer.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Intracranial Injection of Adeno-associated Viral Vectors

Intracranial injection of viral vectors engineered to express a fluorescent protein is a versatile labeling technique for visualization of specific ...

Intracranial Orthotopic Allografting of Medulloblastoma Cells in Immunocompromised Mice

Medulloblastoma is the most common pediatric tumor of the nervous system. A large body of animal studies has focused on cerebellar granule neuron ...

Preparing Undercut Model of Posttraumatic Epileptogenesis in Rodents

Partially isolated cortex ("undercut") is an animal model of posttraumatic epileptogenesis. The surgical procedure involves cutting through the ...

Habituation and Prepulse Inhibition of Acoustic Startle in Rodents

The acoustic startle response is a protective response, elicited by a sudden and intense acoustic stimulus. Facial and skeletal muscles are activated ...

Recording and Analysis of Circadian Rhythms in Running-wheel Activity in Rodents

When rodents have free access to a running wheel in their home cage, voluntary use of this wheel will depend on the time of day1-5. Nocturnal rodents, ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

Dyb Brain Stimulation med samtidig fMRI i Gnavere

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

A Simple and Inexpensive Method for Determining Cold Sensitivity and Adaptation in Mice

En enkel og billig metode til bestemmelse Kolde Følsomhed og tilpasning i mus

Cold hypersensitivity is a serious clinical problem, affecting a broad subset of patients and causing significant decreases in quality of life.  The cold ...

Acrylic Resin Molding Based Head Fixation Technique in Rodents

Akryl Resin Molding Based hoved Fiksering Teknik i Gnavere

Head fixation is a technique of immobilizing animal's head by attaching a head-post on the skull for rigid clamping. Traditional head fixation requires ...

The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents

Kraften i Interstimulus Interval for vurdering af tidsmæssige forarbejdes i Rodents

Temporal processing deficits have been implicated as a potential elemental dimension of higher-level cognitive processes, commonly observed in ...

Burn Injury-Induced Pain and Depression-Like Behavior in Mice

Forbrændingsskade-induceret smerte og depression-lignende adfærd hos mus

Scalding water is the most common cause of burn injury in both elderly and young populations. It is one of the major clinical challenges because of the ...