Ugo Basile口面部疼痛測試儀 | 新型自我賞罰實驗有效評估大小鼠口面部疼痛行為——為臨床前口面部疼痛評估提供完美解決方案！

一、口面部疼痛評估的難點

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)和機制。目前，可用于口面部疼痛臨床前研究的方法很少，大都測量的是動物非學習性行為，如退縮反射，而且沒有在同一實驗中合并機械或熱刺激的平行測量方法。

評估嚙齒類動物模型的疼痛程度是研究疼痛學的重要方法，嚙齒類動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，分別對應動物行為的誘發(fā)反應與非誘發(fā)反應，如: Von Frey、冷熱板、甩尾等測試方法都是經(jīng)典的刺激誘發(fā)反應實驗，雙足平衡、跑輪等測試方法均為非刺激誘發(fā)反應實驗。誘發(fā)方式包括機械刺激及熱刺激，其中Von Frey測試法是經(jīng)典的機械刺激誘發(fā)反應的方法，當所使用的Von Frey纖維絲刺激超過疼痛閾值后動物會出縮足、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，口面疼痛測試位置不同于常規(guī)的神經(jīng)病理型疼痛的測試部位，前段所述的刺激誘發(fā)反應和非刺激誘發(fā)反應的測試部位主要為動物足部或尾部，應用到口面疼痛模型存在很大局限性，而Von Frey測試法對疼痛的評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械痛閾值測量，但極易出現(xiàn)實驗者偏倚。

                                                                      Von Frey測試法應用于口面疼痛測試存在的局限性

二、口面部疼痛測試的專業(yè)工具

神經(jīng)科學領域著名公司--意大利Ugo Basile公司針對大小鼠口面部疼痛測試難點創(chuàng)建了行為學測試方法--口面自我賞罰實驗，通過獎賞-懲罰模式評價動物的疼痛表現(xiàn)。自我賞罰實驗允許動物在接受獎賞或逃避傷害性刺激間做出選擇，與誘發(fā)疼痛反應測試方法相比更為客觀，不會出現(xiàn)人為干擾，更能反映動物高級中樞對傷害性刺激加工后的表現(xiàn)。

三、Ugo Basile 口面部疼痛測試儀

儀器由動物活動籠、測試單元、軟件構(gòu)成，測試單元包括刺激模塊、食物獎勵、紅外探頭等構(gòu)成，刺激模塊包含機械刺激模塊和熱刺模塊兩類，提供口面部機械與熱傷害性刺激，機械刺激模塊還包含三個不同刺激強度的組件。實驗過程中，當動物將口面部穿過刺激模塊以獲得食物獎勵時會觸碰刺激模塊產(chǎn)生口面部傷害性刺激，通過分析動物忍受傷害性刺激時的舔食情況（舔食時長與舔食次數(shù)）來評估其疼痛程度，舔食時長和舔食次數(shù)也與施加的熱或機械刺激的強度有關(guān)。

 實驗過程：活動籠內(nèi)預先放置刺激模塊和提供食物獎勵，動物測試前先禁食數(shù)小時再放入活動籠內(nèi)進行實驗，動物口面穿過刺激模塊獲得食物獎勵時需要忍受間斷性機械或熱刺激，這個過程可由紅外探頭自動檢測口面穿過刺激模塊并將信息傳入計算機軟件，得到固定時間段內(nèi)的攝食水平結(jié)果數(shù)據(jù)。

四、產(chǎn)品主要特點及優(yōu)勢

1.機械痛和熱痛方法互補，測試更全面

熱刺激模塊或機械刺激模塊可安裝在測試單元上，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℃，以達到熱傷害感受閾值。

三個不同刺激強度的機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，可在動物舔食時施加不同的刺激強度。

  機械刺激模塊                                                                                                                熱刺激模塊

2.高通量實驗，軟硬件同步測量

口面部疼痛測試儀可進行高通量動物實驗，多通道集成組件可通過計算機與4個通道的口面部疼痛測試儀連接，系統(tǒng)附帶的ORO軟件可以同時記錄多達16個籠子的數(shù)據(jù)并實時顯示。

3.紅外光自動檢測，動物無需剃毛

采用先進紅外光傳感器，無需對動物任何處理也可精準檢測其口面穿過刺激模塊的行為并計時，可以最大程度維持動物的自然生理狀態(tài)。設備出廠已校準，后續(xù)使用中校準簡易。

 4.自我賞罰行為學測定可客觀評價疼痛表現(xiàn)

口面疼痛測試儀能夠評估反應高級中樞對疼痛整合行為，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，探索行為學特點及其相關(guān)機制。自我賞罰實驗能夠反映高級中樞對疼痛的整合，實驗人員每次測試僅需安裝操作儀器，不需對實驗動物反復操作，可減少實驗動物恐懼、緊張等心理，實驗結(jié)果穩(wěn)定，重復性高。

 五、北京大學口腔醫(yī)學院應用場景

近日，北京大學口腔醫(yī)學院修復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)科學期刊《神經(jīng)科學雜志》（Journal of Neuroscience）發(fā)表了題為《延髓頭端腹內(nèi)側(cè)核團神經(jīng)元活動變化參與了實驗性咬合干擾誘發(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（rostral ventromedial medulla, RVM）在慢性口面疼痛不同階段和不同轉(zhuǎn)歸中的作用機制，并發(fā)現(xiàn)了該核團ON-和OFF-神經(jīng)元在口面疼痛由急性向慢性轉(zhuǎn)化中的動態(tài)作用，是目前慢性口面疼痛機制研究的新進展，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?，進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、疼痛行為學測試等，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；咬合干擾14天左右，RVM下行抑制占主導。同時研究還證實，下行抑制占主導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性變化的影響，該研究也提示了對咬合干擾這一臨床問題的早期干預治療的必要性。

1.疼痛行為學測試工具

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

2.口面部測試流程

動物適應：在EOI術(shù)前7-21天，將大鼠置于測試環(huán)境中20分鐘/天，以使其適應周圍環(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天各時間點進行總舔?qū)崟r間測試。

3. 動物舔食實況

大鼠處于測試環(huán)境中，口面部穿過機械刺激模塊舔食牛奶。

兩組軟件波形對比:兩條代表性跡線顯示了10分鐘測試時間內(nèi)，術(shù)后不去除EOI組（PEOI）單次舔食時長和總舔?qū)崟r長明顯小于假手術(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)對比

假手術(shù)組、REOI 3d、REOI 8d和PEOI組不同時間點的總舔食時間（每組n = 8）。基線（BL）是通過測量EOI術(shù)前第1、3、5天測試的平均總舔食時長計算獲得。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后口面部機械痛覺過敏發(fā)生逆轉(zhuǎn)，痛覺過敏的慢性化發(fā)生時間點在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)動的，因為在EOI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，成長為一家為專注于神經(jīng)科學領域進行開拓科學實驗方法和生產(chǎn)全新科學儀器的創(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)科學家的標桿工具并得到廣泛認可。

上海玉研科學儀器有限公司作為意大利Ugo Basile公司在中國地區(qū)總代理，長期以來一直與Ugo Basile公司合作緊密，并共同探討雙方的長期發(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先的卓越疼痛研究設備以及提供完

善的技術(shù)支持。