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动物模型构建与评估︱坐骨神经慢性压迫损伤模型

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好书推荐!《动物行为实验指南》电子版pdf,网盘发货

《动物行为实验指南》共674页,涵盖了常见的实验动物,如小鼠、大鼠和斑马鱼,详细描述了每一种行为测试的实验设计、测试设备、实验流程、评估指标、预期结果、常见问题及解决方法、数据分析、模型应用与局限性等各个方面。它通过快速引导,帮助研究人员高效地掌握实验的每个阶段,减少了查阅文献和寻找方法的时间,成为各类科研人员的重要参考资料。


《动物行为实验指南》共计收录了16种动物行为类型,包括焦虑抑郁、学习记忆、痛觉、运动、恐惧、社交、癫痫、操作、成瘾、视觉、痒觉、味觉、嗅觉、睡眠、斑马鱼行为以及常见动物模型等内容。每一类动物行为下,都详细介绍了多个经典的实验范式,涵盖了超过100种实验方法。

www.behaviewer.com

坐骨神经慢性压迫损伤模型(Chronic Constriction Injury, CCI)通过在小鼠坐骨神经周围放置几根松散结扎的丝线,对神经造成慢性压迫,从而模拟临床上因神经受压导致的神经病理性疼痛状况。这种慢性压迫会引发一系列病理生理变化,包括神经纤维的损伤、炎症反应的激活、胶质细胞的活化以及神经传导功能的异常等,最终导致小鼠出现疼痛相关的行为学改变。更贴近临床中常见的慢性神经压迫性损伤的病理过程,如腰椎间盘突出症压迫坐骨神经等情况。因此,在研究慢性外周神经损伤后的神经再生、炎症反应以及长期疼痛的治疗方面具有重要应用价值。较好地模拟了临床上因神经受压导致的慢性神经病理性疼痛,与人类神经病理性疼痛的临床症状和病理生理过程具有较高的相似性,因此研究结果具有较好的临床参考价值。建模方法相对简单,操作技术较为成熟,只要严格按照操作步骤进行,模型的稳定性和可重复性较好。CCI模型不仅在神经病理性疼痛的研究中被广泛使用,而且还用于评估新的治疗方法的有效性。可用于研究神经损伤后的全身系统性变化,包括免疫系统的参与、神经内分泌调节等方面,因为慢性压迫损伤会引发更广泛的机体反应。

原理:通过在小鼠坐骨神经周围放置几根松散的结扎线,对神经造成慢性压迫,模拟临床中因神经受压导致的疼痛情况。这种压迫会引发神经纤维的损伤和炎症反应,从而导致外周神经病理性疼痛。损伤主要集中在坐骨神经,神经受到外部压迫后,会引发一系列的病理生理反应,包括炎症细胞浸润、神经纤维脱髓鞘、轴突变性等,最终导致神经功能障碍和疼痛。

实验步骤:

在手术过程中,首先对小鼠进行麻醉,然后去除手术区域的毛发并进行消毒,通过钝性分离暴露大腿中部水平的坐骨神经。在手术过程中,需要小心操作以避免对神经造成过大的伤害。手术后,通常会在伤口局部涂抹红霉素软膏以防止感染。 

在小鼠的坐骨神经暴露后,用4-0号丝线在神经干上间隔一定距离轻轻结扎,通常结扎4道,注意不要过紧以免完全切断神经,但要使神经受到明显的压迫。术后小鼠会逐渐出现自发痛、触诱发痛和热痛敏等疼痛行为。在小鼠的大腿后侧做一个纵向切口,分离肌肉和筋膜,暴露坐骨神经干。通常从梨状肌下缘开始,沿着坐骨神经走行方向进行分离,注意避免损伤神经及其周围的血管。通过在坐骨神经周围放置结扎线,对神经造成慢性压迫,是一种渐进性的、持续的压迫损伤。这种压迫会导致神经纤维的变形、髓鞘损伤以及局部血液循环障碍。结扎完成后,用生理盐水冲洗手术区域,然后分层缝合肌肉、筋膜和皮肤,确保伤口闭合良好,防止感染和出血。这种模型能够模拟人类神经病理性疼痛的主要症状,包括机械性痛觉过敏、热痛过敏、冷觉诱发痛等。在CCI模型中,小鼠在术后会出现持续的痛觉超敏,这些症状至少持续7周。

优势:

手术难度适中,需要在小鼠的臀部区域暴露坐骨神经,然后在神经干上进行结扎操作。虽然也需要一定的解剖技巧,但相对SNL模型来说,手术部位较为表浅,操作相对容易。在臀部及大腿后侧的坐骨神经走行区域进行手术,该区域神经相对较粗,易于暴露和操作。

1.疼痛发作时间:

疼痛出现相对较缓,一般在术后1周左右逐渐出现明显的疼痛症状。这是由于慢性压迫导致的神经损伤是一个逐渐发展的过程,需要一定时间才会引发明显的疼痛反应。    

2.疼痛特点:

疼痛行为表现较为多样,除了对机械和热刺激敏感外,小鼠还会出现自发痛行为,如不时地舔咬受损神经支配区域的皮肤和肌肉。疼痛程度随着时间的推移可能会有所波动,在术后2-3周左右达到高峰,之后逐渐有所缓解。通过在坐骨神经上施加慢性压迫,模拟神经压迫引起的疼痛。

术后大鼠出现类似NP行为,包括自发痛、机械痛超敏、热痛过敏等,症状出现早且持续时间长。

评估:

自发痛行为观察:

观察小鼠在自由活动状态下的自发痛行为,如跛行、舔足、抖动患肢等,通过对这些行为的发生频率和持续时间进行记录和分析,评估小鼠的自发痛程度。

机械痛敏检测:

通常使用Von Frey纤维丝进行检测。将小鼠放置在一个带有金属网格的透明有机玻璃箱内,待其适应环境后,用不同力度的Von Frey纤维丝垂直刺激小鼠后足掌心部位,逐渐增加刺激力度,直到小鼠出现抬足或舔足等疼痛反应行为,记录此时的刺激力度作为小鼠的机械痛阈值,通过比较术前和术后不同时间点的机械痛阈值变化,评估小鼠的疼痛程度。

热痛敏检测:

常用热辐射法进行检测,如Hargreaves装置。将小鼠放置在一个透明的玻璃平台上,其下方有一个可移动的热源,通过调节热源与小鼠后足的距离,使热源发出的热辐射照射到小鼠后足掌心,记录小鼠从接受热刺激到出现抬足或舔足反应的时间,即热痛潜伏期。术后热痛潜伏期的缩短表明小鼠出现了热痛敏现象。    

丙酮测试:

是一种用于评估小鼠热痛觉超敏反应的实验方法。在这种测试中,使用丙酮(acetone)作为冷刺激源,通过观察小鼠对丙酮喷射的反应来评估其热痛觉超敏反应。

首先对小鼠进行术前基线反应的测量,以便于与术后反应进行比较。在小鼠术后的特定时间点(如第18天和第21天),使用丙酮喷射到小鼠的爪子上,观察并记录小鼠的缩爪反应时间。通过比较术前和术后小鼠的缩爪反应时间,评估热痛觉超敏反应的变化。在CCI模型中,与假手术对照组(Sham)相比,CCI小鼠通常表现出更明显的热痛觉超敏反应,即缩爪反应时间减少。CCI小鼠在术前与术后的缩爪反应时间的显著差异表明,CCI手术成功地诱导了热痛觉超敏反应。此外,使用不同材料(如丝线结扎与肠线结扎)的CCI小鼠在热痛觉超敏反应上也可能存在差异,其中丝线结扎的小鼠通常表现出更强烈的反应。

尽管丙酮测试是一种简单且快速的评估热痛觉超敏反应的方法,但它通常不用于评估机械痛觉超敏反应。此外,由于丙酮本身具有刺激性,因此在操作过程中需要小心。

冷板测试:

测量左侧和右侧后爪的累积反应时间以及抬爪次数。假手术小鼠和对侧后爪显示出相等的累积反应时间,而CCI小鼠的累积反应时间增加,其中丝线结扎的小鼠比肠线结扎的小鼠增加更多。丝线结扎小鼠的累积反应时间在第21天仍在增加,而肠线结扎小鼠在第14天显示出累积反应时间的减少。在第14天和第18天,假手术小鼠和右侧后爪的差异显著。相比之下,同侧后爪和假手术小鼠在第7天、第10天、第18天和第21天的差异显著。在CCI模型中,与假手术对照组相比,CCI小鼠显示出更明显的热痛觉超敏反应,表现为在冷板上的累积反应时间增加。此外,丝线结扎的小鼠比肠线结扎的小鼠表现出更持久的热痛觉超敏反应。该结果有助于评估不同结扎材料对神经病理性疼痛模型的影响,并监测小鼠在不同时间点的疼痛反应变化。    

文献引用:

  • Bennett GJ, Xie YK. A peripheral mononeuropathy in rat that produces disorders of pain sensation like those seen in man. Pain. 1988 Apr;33(1):87-107.

  • Abdul M, Yan HQ, Zhao WN, Lyu XB, Xu Z, Yu XL, Gao YH, Cao JL. VTA-NAc glutaminergic projection involves in the regulation of pain and pain-related anxiety. Front Mol Neurosci. 2022 Dec 7;15:1083671.

  • Mogil, J. Animal models of pain: progress and challenges. Nat Rev Neurosci 10, 283–294 (2009). https://doi.org/10.1038/nrn2606

  • van der Wal S, Cornelissen L, Behet M, Vaneker M, Steegers M, Vissers K. Behavior of neuropathic pain in mice following chronic constriction injury comparing silk and catgut ligatures. Springerplus. 2015 May 15;4:225.    

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