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

Detta arbete stöddes av National Institute of General Medical Sciences (GM102691, GM115384), nationella institutet för neurologiska sjukdomar och Stroke (NS100065), (Bethesda, MD, USA) och anestesi fond av New York University forskningsavdelningen vid Anestesiologi (New York, NY, USA).

Alla förfaranden i denna studie godkändes av New York University skola av medicin institutionella djur vård och användning kommittén (IACUC) som överensstämmer med National Institute of Health (NIH) Guide för skötsel och användning av försöksdjur.
1. stereotaxic kanyl Implantation
<ol><li>Använd 10-12 vecka gamla manliga Sprague-Dawley-råttor.</li>
	<li>Som tidigare beskrivits, söva djur med 1,5-2% isofluran1,3,</...

<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 denna studie har vi visat att intrakraniella farmakologi är ett kraftfullt verktyg att studera mekanismer för smärta och har potential som ett terapeutiskt leveranssystem. I våra protokoll, vi levererat Ampakiner direkt i PFC och fann att genom att förbättra glutamat signalering i PFC, Ampakiner som smärtlindring. Vi kunde påvisa detta genom användning av intrakraniell injektioner kombinerat med intraperitoneal injektioner, med efterföljande smärta-analyser. Baserat på bevis av smärtstillande effekter, nä...

Centrala nervsystemet är känd för att spela en nyckelroll i smärtreglering. Till exempel har glutamat signalering i hjärnan en reglerande funktion i samband med smärta1,2. Därför finns det ett behov av att studera cellulära och molekylära signalvägar i hjärnan med avseende på smärta. Dessutom finns det ett behov att förstå om molekylära mål i delar av hjärnan kan modifieras för att behandla smärta. Aktuella studier av smärta i hjärnan är beroende av in vitro- studier av elektrofysiologi i kombination med systemisk (intraperitoneal) leverans av farmakologiska medel. In vitro studier har uppenbara brister i avslöjande i vivo smärta mekanismer. Under tiden, systemiska läkemedel inte avgränsa de exakta cellulära mål. In vivo intrakraniell injektioner av kemiska och biologiska agens har blivit ett kraftfullt verktyg att studera neurologiska och molekylära vägar i hjärnan. Under de senaste åren har andra fält används i vivo intrakraniell injektioner för att framgångsrikt studera missbruk och belöna beteenden och krets vägar i gnagare3,4. Dock i samband med smärta saknas användning av in-vivo intrakraniell farmakologi.
Intrakraniell injektioner möjliggör exakt injektion av ett läkemedel i ett visst område i hjärnan. Dessutom kan specifika vägar och receptorer riktas mycket selektiv droger. Kombinationen av en intrakraniell leveranssystem med precision droger gör det möjligt för oss att rikta molekylära och cellulära mål för smärta. Efter intrakraniell leverans av dessa läkemedel, kan forskarna följa de omedelbara effekterna i beteendet hos gnagare. Från väl genomförda experiment, kan gnagare beteenden kopplas samman med farmakologi.
I detta protokoll brukade vi exemplet av AMPAkine infusion i prefrontala cortex (PFC) visar mekanismen av kortikala glutamat signalering i smärtreglering. Ampakiner är syntetiska ämnen som är kända Allosteriska modulatorer. De har visat förmåga att lindra akut och kronisk smärta hos djur modeller5,6. Tidigare studier tyder på att de sannolika webbplatser verkningsmekanism Ampakiner i hjärnan5,6. PFC är en region i hjärnan som uppvisar uppifrån kontroll till subkortikala områdena att reglera humör och beteende. Några av dessa utdata prognoser har visat sig vara avgörande i smärta förordning1,2,7. Mer specifikt har glutamat signalering i PFC visat att reglera smärta. Således valdes PFC som riktade hjärnområde för studiet av Ampakiner i smärta staterna.

<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

Smärta är en salient sensorisk upplevelse med affektiva och kognitiva dimensioner. Centrala mekanismer för smärta kvarstår dock dåligt förstådd, hindrar utvecklingen av effektiva therapeutics. Intrakraniell farmakologi presenterar ett viktigt verktyg för att förstå de molekylära och cellulära mekanismerna av smärta i hjärnan, samt för nya behandlingar. Här presenterar vi ett protokoll som integrerar intrakraniell farmakologi med smärta beteende tester. Specifikt visar vi hur man ingjuta smärtstillande läkemedel i en Välj hjärnregionen, som kan ansvara för smärta modulering. Dessutom för att bestämma effekten av läkemedelskandidaten i det centrala nervsystemet, utförs smärta analyser efter intrakraniell behandling. Våra resultat visar att intrakraniella administrering av smärtstillande läkemedel i en riktad region kan ge lindring av smärta hos gnagare. Således visar våra protokoll framgångsrikt att intrakraniella farmakologi, kombinerat med smärta beteende testning, kan vara ett kraftfullt verktyg för studier av smärta mekanismer i hjärnan.

Som ett exempel infunderas vi en AMPAkine i PFC via kanyler (figur 1). Vi infunderas också morfin systemiskt för att bedöma de analgetiska synergieffekter mellan Ampakiner och morfin. Dessa resultat visar att Ampakiner och morfin har en additiv analgetisk effekt. Det visar också att intrakraniella injektioner har kraften att upptäcka, åtminstone delvis, en mekanism för drogen aktiveringen inom ramen av smärta.
<p class="jove_content" fo:keep-toget...

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

Intracranial Pharmacotherapy and Pain Assays in Rodents

Intrakraniell farmakoterapi och smärta analyser hos gnagare

Här presenterar vi ett protokoll för att utföra intrakraniell farmakologiska experiment följt av smärta beteende analyser hos gnagare. Detta protokoll tillåter forskare att leverera molekylära och cellulära mål i hjärnan, för farmakologiska agenter i behandling av smärta.

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

Den största fördelen med denna teknik är att den kan användas för att ytterligare utforska smärtmekanismer och läkemedelsåtgärder i hjärnan. För att studera effekten av intrakraniella injektioner på akut smärtbeteende hos råttor, en vecka efter operationen, placera råttan på glasplattan i en Hargreaves-apparat, och använd apparaten för att fokusera en infraröd stråle genom glasplanet under plantarområdet på en av råttans fötter. För att studera de synergistiska farmakologiska effekterna mellan två olika studieläkemedel, använd en bit PE-50 slangar som är knutna till en 10-mikroliter Hamilton spruta utrustad med en 33-gauge injektor kanyl som sträcker sig en millimeter bortom de implanterade guider.Injicera 0,5 mikroliter eller mindre av studieläkemedel i en intrakraniell kanyl under en period av 100 sekunder. Håll injektor kanylen på plats i ytterligare 60 sekunder efter injektionen för att underlätta en långsam diffusion av lösningen. Sedan injicera intraperitoneally den andra drogen av intresse.20 till 30 minuter efter injektionen, utför plantarreflextestet ytterligare fem gånger som visats. I detta representativa experiment, den intrakraniella leveransen av en AMPAkine visat en additiv smärtstillande effekt när samadministrerade med intraperitoneally levereras morfin, vilket tyder på att intrakraniell injektioner har befogenhet, åtminstone delvis, att avslöja en mekanism för läkemedel aktivering i samband med smärta. Medan du försöker denna procedur, Det är viktigt att komma ihåg att noga följa tidpunkten för förfarandet.Efter detta förfarande, intrakraniell implantat kan användas tillsammans med smärta analyser för att svara på ytterligare frågor om regionen i hjärnan som ansvarar för en given smärta fenotyp, möjliga platser för narkotika åtgärder, eller möjliga smärta läkemedelsmekanismer.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Intracranial Injection of Adeno-associated Viral Vectors

Intrakraniell Injektion av Adeno-associerad virala vektorer

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

Intrakraniell Orthotopic Allografting av medulloblastom Celler i nedsatt immunförsvar Möss

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

Förbereda Undercut Modell av Posttraumatiskt Epileptogenesis hos gnagare

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

Tillvänjning och Prepulse Hämning av Acoustic skrämma hos gnagare

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

Registrering och analys av dygnsrytmen i Running-wheel aktivitet hos gnagare

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

Deep Brain Stimulation med samtidig fMRI i Gnagare

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 och billig metod för bestämning Cold Känslighet och anpassning hos möss

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 hartsavgjutningen Based Head Fixering Teknik Gnagare

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 intervall för bedömning av Temporal bearbetning i gnagare

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

Brännskadeinducerad smärta och depressionsliknande beteende hos möss

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 ...