Ugo Basile口面部疼痛測(cè)試儀 | 新型自我賞罰實(shí)驗(yàn)有效評(píng)估大小鼠口面部疼痛行為——為臨床前口面部疼痛評(píng)估提供完美解決方案！

一、口面部疼痛評(píng)估的難點(diǎn)

口面部疼痛是臨床最常見的神經(jīng)疾病之一，常涉及三叉神經(jīng)特有的結(jié)構(gòu)和機(jī)制。目前，可用于口面部疼痛臨床前研究的方法很少，大都測(cè)量的是動(dòng)物非學(xué)習(xí)性行為，如退縮反射，而且沒有在同一實(shí)驗(yàn)中合并機(jī)械或熱刺激的平行測(cè)量方法。

評(píng)估嚙齒類動(dòng)物模型的疼痛程度是研究疼痛學(xué)的重要方法，嚙齒類動(dòng)物的疼痛可分為刺激誘發(fā)性疼痛與非刺激誘發(fā)性疼痛，分別對(duì)應(yīng)動(dòng)物行為的誘發(fā)反應(yīng)與非誘發(fā)反應(yīng)，如: Von Frey、冷熱板、甩尾等測(cè)試方法都是經(jīng)典的刺激誘發(fā)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，雙足平衡、跑輪等測(cè)試方法均為非刺激誘發(fā)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。誘發(fā)方式包括機(jī)械刺激及熱刺激，其中Von Frey測(cè)試法是經(jīng)典的機(jī)械刺激誘發(fā)反應(yīng)的方法，當(dāng)所使用的Von Frey纖維絲刺激超過疼痛閾值后動(dòng)物會(huì)出縮足、舔爪、理毛、回避等行為，研究者可通過這些行為判定疼痛事件。

但是，口面疼痛測(cè)試位置不同于常規(guī)的神經(jīng)病理型疼痛的測(cè)試部位，前段所述的刺激誘發(fā)反應(yīng)和非刺激誘發(fā)反應(yīng)的測(cè)試部位主要為動(dòng)物足部或尾部，應(yīng)用到口面疼痛模型存在很大局限性，而Von Frey測(cè)試法對(duì)疼痛的評(píng)估主要依賴于研究者的操作與判斷，雖然可也用于口面部機(jī)械痛閾值測(cè)量，但極易出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者偏倚。

                                                                      Von Frey測(cè)試法應(yīng)用于口面疼痛測(cè)試存在的局限性

二、口面部疼痛測(cè)試的專業(yè)工具

神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域著名公司--意大利Ugo Basile公司針對(duì)大小鼠口面部疼痛測(cè)試難點(diǎn)創(chuàng)建了行為學(xué)測(cè)試方法--口面自我賞罰實(shí)驗(yàn)，通過獎(jiǎng)賞-懲罰模式評(píng)價(jià)動(dòng)物的疼痛表現(xiàn)。自我賞罰實(shí)驗(yàn)允許動(dòng)物在接受獎(jiǎng)賞或逃避傷害性刺激間做出選擇，與誘發(fā)疼痛反應(yīng)測(cè)試方法相比更為客觀，不會(huì)出現(xiàn)人為干擾，更能反映動(dòng)物高級(jí)中樞對(duì)傷害性刺激加工后的表現(xiàn)。

三、Ugo Basile 口面部疼痛測(cè)試儀

儀器由動(dòng)物活動(dòng)籠、測(cè)試單元、軟件構(gòu)成，測(cè)試單元包括刺激模塊、食物獎(jiǎng)勵(lì)、紅外探頭等構(gòu)成，刺激模塊包含機(jī)械刺激模塊和熱刺模塊兩類，提供口面部機(jī)械與熱傷害性刺激，機(jī)械刺激模塊還包含三個(gè)不同刺激強(qiáng)度的組件。實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)動(dòng)物將口面部穿過刺激模塊以獲得食物獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)會(huì)觸碰刺激模塊產(chǎn)生口面部傷害性刺激，通過分析動(dòng)物忍受傷害性刺激時(shí)的舔食情況（舔食時(shí)長(zhǎng)與舔食次數(shù)）來評(píng)估其疼痛程度，舔食時(shí)長(zhǎng)和舔食次數(shù)也與施加的熱或機(jī)械刺激的強(qiáng)度有關(guān)。

 實(shí)驗(yàn)過程：活動(dòng)籠內(nèi)預(yù)先放置刺激模塊和提供食物獎(jiǎng)勵(lì)，動(dòng)物測(cè)試前先禁食數(shù)小時(shí)再放入活動(dòng)籠內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，動(dòng)物口面穿過刺激模塊獲得食物獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)需要忍受間斷性機(jī)械或熱刺激，這個(gè)過程可由紅外探頭自動(dòng)檢測(cè)口面穿過刺激模塊并將信息傳入計(jì)算機(jī)軟件，得到固定時(shí)間段內(nèi)的攝食水平結(jié)果數(shù)據(jù)。

四、產(chǎn)品主要特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

1.機(jī)械痛和熱痛方法互補(bǔ)，測(cè)試更全面

熱刺激模塊或機(jī)械刺激模塊可安裝在測(cè)試單元上，部件更換便捷。熱刺激模塊依靠金屬環(huán)路和循環(huán)水浴，其溫度可以從環(huán)境溫度調(diào)節(jié)到70℃，以達(dá)到熱傷害感受閾值。

三個(gè)不同刺激強(qiáng)度的機(jī)械刺模塊所包含的金屬針的數(shù)量不同，分別為（左側(cè)+右側(cè)）6+6、9+9、13+13根，可在動(dòng)物舔食時(shí)施加不同的刺激強(qiáng)度。

  機(jī)械刺激模塊                                                                                                                熱刺激模塊

2.高通量實(shí)驗(yàn)，軟硬件同步測(cè)量

口面部疼痛測(cè)試儀可進(jìn)行高通量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，多通道集成組件可通過計(jì)算機(jī)與4個(gè)通道的口面部疼痛測(cè)試儀連接，系統(tǒng)附帶的ORO軟件可以同時(shí)記錄多達(dá)16個(gè)籠子的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示。

3.紅外光自動(dòng)檢測(cè)，動(dòng)物無需剃毛

采用先進(jìn)紅外光傳感器，無需對(duì)動(dòng)物任何處理也可精準(zhǔn)檢測(cè)其口面穿過刺激模塊的行為并計(jì)時(shí)，可以最大程度維持動(dòng)物的自然生理狀態(tài)。設(shè)備出廠已校準(zhǔn)，后續(xù)使用中校準(zhǔn)簡(jiǎn)易。

 4.自我賞罰行為學(xué)測(cè)定可客觀評(píng)價(jià)疼痛表現(xiàn)

口面疼痛測(cè)試儀能夠評(píng)估反應(yīng)高級(jí)中樞對(duì)疼痛整合行為，可用于研究三叉神經(jīng)、面神經(jīng)等病理性疼痛如眶下神經(jīng)慢性縮窄模型、眶下神經(jīng)部分結(jié)扎模型、口頜面炎性痛模型，探索行為學(xué)特點(diǎn)及其相關(guān)機(jī)制。自我賞罰實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍从掣呒?jí)中樞對(duì)疼痛的整合，實(shí)驗(yàn)人員每次測(cè)試僅需安裝操作儀器，不需對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物反復(fù)操作，可減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物恐懼、緊張等心理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定，重復(fù)性高。

 五、北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院應(yīng)用場(chǎng)景

近日，北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院修復(fù)科和口頜功能診療中心謝秋菲、曹燁課題組，在國際著名神經(jīng)科學(xué)期刊《神經(jīng)科學(xué)雜志》（Journal of Neuroscience）發(fā)表了題為《延髓頭端腹內(nèi)側(cè)核團(tuán)神經(jīng)元活動(dòng)變化參與了實(shí)驗(yàn)性咬合干擾誘發(fā)的口面痛敏形成》（Neuronal activities in the rostral ventromedial medulla associated with experimental occlusal interference-induced orofacial hyperalgesia）的研究論文。該研究深入闡釋了下行調(diào)制系統(tǒng)的中繼站——延髓頭端腹內(nèi)側(cè)核團(tuán)（rostral ventromedial medulla, RVM）在慢性口面疼痛不同階段和不同轉(zhuǎn)歸中的作用機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)了該核團(tuán)ON-和OFF-神經(jīng)元在口面疼痛由急性向慢性轉(zhuǎn)化中的動(dòng)態(tài)作用，是目前慢性口面疼痛機(jī)制研究的新進(jìn)展，為臨床慢性口面部疼痛的治療提供了新思路。

課題組多年來一直致力于口面疼痛機(jī)制的研究，通過模擬臨床上咬合改變引起慢性疼痛的現(xiàn)象建立了咬合干擾（EOI）致慢性口面痛敏大鼠模型?；谠撃Ｐ停M(jìn)一步通過早期和晚期去除咬合干擾（REOI），分別模擬了口面痛敏逆轉(zhuǎn)和維持的兩種不同轉(zhuǎn)歸。通過在體電生理記錄、腦區(qū)給藥、疼痛行為學(xué)測(cè)試等，發(fā)現(xiàn)在咬合干擾6天以內(nèi)，RVM處于下行易化和下行抑制平衡狀態(tài)；咬合干擾8天左右，RVM下行易化占主導(dǎo)；咬合干擾14天左右，RVM下行抑制占主導(dǎo)。同時(shí)研究還證實(shí)，下行抑制占主導(dǎo)參與早期去除咬合干擾后的痛敏逆轉(zhuǎn)，RVM下行易化占主導(dǎo)參與晚期去除咬合干擾后的痛敏維持。研究表明，咬合干擾相關(guān)的口面疼痛的不同階段和不同轉(zhuǎn)歸受到RVM的下行易化和下行抑制的適應(yīng)性變化的影響，該研究也提示了對(duì)咬合干擾這一臨床問題的早期干預(yù)治療的必要性。

1.疼痛行為學(xué)測(cè)試工具

研究使用Ugo Basile口面部測(cè)試儀進(jìn)行大鼠疼痛行為測(cè)量。大鼠被放置在帶有食物獎(jiǎng)勵(lì)的活動(dòng)籠中，大鼠口面部可自由穿過刺激模塊來獲得食物獎(jiǎng)勵(lì)（30％煉奶）。在每次適應(yīng)或測(cè)試之前，大鼠經(jīng)歷20±1小時(shí)的禁食期。在適應(yīng)過程中，大鼠被放置在測(cè)試系統(tǒng)中20分鐘，以熟悉環(huán)境并在有或沒有機(jī)械刺激的情況下獲得食物獎(jiǎng)勵(lì)。經(jīng)過兩周4至6次術(shù)前適應(yīng)訓(xùn)練后，每只大鼠有10分鐘的時(shí)間熟悉環(huán)境，隨后的10分鐘允許大鼠自由舔食。當(dāng)大鼠的口部接觸到飲奶瓶口時(shí)，內(nèi)置的紅外探頭自動(dòng)記錄時(shí)間點(diǎn)和時(shí)長(zhǎng)，并由系統(tǒng)自帶的ORO Software進(jìn)行分析。

2.口面部測(cè)試流程

動(dòng)物適應(yīng)：在EOI術(shù)前7-21天，將大鼠置于測(cè)試環(huán)境中20分鐘/天，以使其適應(yīng)周圍環(huán)境。比較了假手術(shù)組、EOI術(shù)后3天去除EOI組（REOI 3d）、EOI術(shù)后8天去除EOI組（REOI 8d）和術(shù)后不去除EOI組（PEOI）在EOI術(shù)前的第1、3、5天（基線）以及術(shù)后的第3、6、9、14天各時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行總舔?qū)崟r(shí)間測(cè)試。

3. 動(dòng)物舔食實(shí)況

大鼠處于測(cè)試環(huán)境中，口面部穿過機(jī)械刺激模塊舔食牛奶。

兩組軟件波形對(duì)比:兩條代表性跡線顯示了10分鐘測(cè)試時(shí)間內(nèi)，術(shù)后不去除EOI組（PEOI）單次舔食時(shí)長(zhǎng)和總舔?qū)崟r(shí)長(zhǎng)明顯小于假手術(shù)組，總舔食次數(shù)大于假手術(shù)組。Contact：舔食行為，Off：無舔食行為。

4. 四組數(shù)據(jù)對(duì)比

假手術(shù)組、REOI 3d、REOI 8d和PEOI組不同時(shí)間點(diǎn)的總舔食時(shí)間（每組n = 8）?；€（BL）是通過測(cè)量EOI術(shù)前第1、3、5天測(cè)試的平均總舔食時(shí)長(zhǎng)計(jì)算獲得。所有值均以平均值±SEM表示。

5、結(jié)果顯示

在EOI術(shù)后第3天去除EOI后口面部機(jī)械痛覺過敏發(fā)生逆轉(zhuǎn)，痛覺過敏的慢性化發(fā)生時(shí)間點(diǎn)在EOI術(shù)后大約第8天。痛覺過敏的維持不是由持續(xù)的EOI誘發(fā)的傷害性傳入驅(qū)動(dòng)的，因?yàn)樵贓OI術(shù)后第8天去除了EOI后痛覺過敏與不去除EOI無顯著差異。

六、拓展閱讀

1.Capsoni, Simona et al. “The chemokine CXCL12 mediates the anti-amyloidogenic action of painless human nerve growth factor.” Brain : a journal of neurology vol. 140,1 (2017): 201-217. doi:10.1093/brain/aww271

2.Zhang, Yuan et al. “Neuromedin B receptor stimulation of Cav3.2 T-type Ca2+ channels in primary sensory neurons mediates peripheral pain hypersensitivity.” Theranostics vol. 11,19 9342-9357. 9 Sep. 2021, doi:10.7150/thno.62255

3.Zhang, Qian et al. “Chemokine CXCL13 mediates orofacial neuropathic pain via CXCR5/ERK pathway in the trigeminal ganglion of mice.” Journal of neuroinflammation vol. 13,1 183. 11 Jul. 2016, doi:10.1186/s12974-016-0652-1

4.De Caro, Carmen et al. “Antinociceptive effect of two novel transient receptor potential melastatin 8 antagonists in acute and chronic pain models in rat.” British journal of pharmacology vol. 175,10 (2018): 1691-1706. doi:10.1111/bph.14177

5.Mo Si-Yi et al. “Neuronal activities in the rostral ventromedial medulla associated with experimental occlusal interference-induced orofacial hyperalgesia.” The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience, vol. 42,27 5314–5329. 3 Jun. 2022, doi:10.1523/JNEUROSCI.0008-22.2022

6.Kanda, Hirosato et al. “Kv4.3 Channel Dysfunction Contributes to Trigeminal Neuropathic Pain Manifested with Orofacial Cold Hypersensitivity in Rats.” The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience vol. 41,10 (2021): 2091-2105. doi:10.1523/JNEUROSCI.2036-20.2021

7.Pineda-Farias, Jorge Baruch et al. “Mechanisms Underlying the Selective Therapeutic Efficacy of Carbamazepine for Attenuation of Trigeminal Nerve Injury Pain.” The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience vol. 41,43 (2021): 8991-9007. doi:10.1523/JNEUROSCI.0547-21.2021

8.Pineda-Farias, Jorge Baruch et al. “Mechanisms Underlying the Selective Therapeutic Efficacy of Carbamazepine for Attenuation of Trigeminal Nerve Injury Pain.” The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience vol. 41,43 (2021): 8991-9007. doi:10.1523/JNEUROSCI.0547-21.2021

9.De Caro, Carmen et al. “Characterization of New TRPM8 Modulators in Pain Perception.” International journal of molecular sciences vol. 20,22 5544. 7 Nov. 2019, doi:10.3390/ijms20225544

10.Zhang, Qian et al. “Chemokine CXCL13 activates p38 MAPK in the trigeminal ganglion after infraorbital nerve injury.” Inflammation vol. 40,3 (2017): 762-769. doi:10.1007/s10753-017-0520-x

七、意大利Ugo Basile公司

Ugo Basile公司于1963年創(chuàng)立，在幾十年發(fā)展歷程里，成長(zhǎng)為一家為專注于神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行開拓科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和生產(chǎn)全新科學(xué)儀器的創(chuàng)新型公司。通過將經(jīng)典儀器與不斷創(chuàng)新的新型設(shè)備相結(jié)合，旗下疼痛系列產(chǎn)品已經(jīng)成為全球神經(jīng)科學(xué)家的標(biāo)桿工具并得到廣泛認(rèn)可。

上海玉研科學(xué)儀器有限公司作為意大利Ugo Basile公司在中國地區(qū)總代理，長(zhǎng)期以來一直與Ugo Basile公司合作緊密，并共同探討雙方的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃和戰(zhàn)略合作協(xié)議，為國內(nèi)廣大疼痛科研究工作者帶來全球領(lǐng)先的卓越疼痛研究設(shè)備以及提供完

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