Ugo Basile攀爬测试仪 | 全新垂直维度运动功能测试——啮齿类动物疼痛评估的新兴视角！

2024-06-27 11:05:04, 玉研仪器上海玉研科学仪器有限公司

一.

疼痛研究的科学前沿

疼痛无疑是一个重要的全球健康问题。数据显示，我国有超过3亿人正在遭受慢性疼痛，疼痛已成为继心脑血管疾病、肿瘤之后第三大健康问题。目前的镇痛药（包括阿片类药物、非甾体类抗炎药和加巴喷丁类药物）在许多疼痛症状中效果有限，并存在一些限制使用的副作用，因此，对新型镇痛药的需求是迫切的。

尽管近几十年来我们对感知系统的研究取得了很多重要进展（主要源自对啮齿动物病理性疼痛的实验研究），但新型镇痛药从实验室到临床的转化仍然有限。进展相对缓慢的例证是多种镇痛药物的临床试验中止，如 NK1 拮抗剂、阿片类激动剂、大麻素激动剂和TRPV1拮抗剂等。

二.

疼痛测量的方法学演变

自1941年甩尾法实验进行临床前动物疼痛评估以来，多类传统的动物疼痛的机械/冷热刺激测量方法都只记录由感觉刺激引起的反射，其结果无法完全反映人类疼痛表型。近年，疼痛研究领域提出了身体和情绪功能、疼痛抑制行为和面部疼痛表达的改变作为疼痛结果新的测量方向，以进行临床前研究中啮齿类动物疼痛更准确地测量，从而促进镇痛药物的开发。

图1（为各类疼痛测量工具发表第一项研究文章的出版年份）

近年大量替代传统的机械/冷热刺激性疼痛的测量文章显示：临床前疼痛评估正在转向此类测量方法，逐渐成为临床前疼痛实验室的标准测试流程！

三.

疼痛行为抑制的测量

疼痛行为抑制可以定义为响应疼痛状态而降低的多种活动行为的速率、频率、持续时间或强度。常见的例子如疼痛相关的进食、运动和主观积极行为减少。将疼痛抑制行为作为研究疼痛表现、机制和治疗的结局事件相较于与机械/冷热刺激后反应行为有几个优点。

临床上需要干预的疼痛状态通常与行为抑制有关而不是刺激反射行为

临床上治疗疼痛的目标是缓解疼痛并恢复正常行为表现，临床前的动物行为抑制研究到临床上的转化将会得到加速。

疼痛行为抑制的测量不易受到药物的假阳性效应影响，刺激反射行为测量上数值的改善并不意味疼痛行为抑制的减弱。疼痛行为抑制代替刺激反射行为的测量在临床诊断中的应用广泛，疼痛行为抑制的测量工具在临床前动物研究中也发挥着越来越重要的作用。

四.

Ugo Basile 攀爬测试仪

Ugo Basile攀爬测试仪是意大利著名的神经科学领域Ugo Basile公司与美国弗吉尼亚联邦大学合作开发，旨在为科研人员提供对啮齿动物疼痛行为抑制测量的自动化工具。此外，攀爬测试也仪可应用神经科学多个研究方向进行动物垂直维度的行为测量，如中风、抑郁、焦虑、神经肌肉毒性、帕金森病等模型。设备主要由一台4通道主机构成，可连接多达4套攀爬基座及圆筒。

啮齿动物是生活在三维空间中的动物，以往在神经科学多类疾病模型中传统的行为学或疼痛测量工具仅分析XY轴平面位置差异，忽略了Z轴垂直方向的运动情况，造成测量上的局限性。虽然此前攀爬行为在众多研究进行了开展，但测量参数较为单一，且测量方式为非自动化。

五.

疼痛行为抑制测量的案例解析

Santos等人于2023发表的文章“Climbing behavior by mice as an endpoint for preclinical assessment of drug effects in the absence and presence of pain”中评估了攀爬行为作为评估ICR小鼠疼痛相关行为抑制的表达和治疗的工具。研究的目是使用一个自制的带有金属丝网壁的垂直圆柱体作为测试环境，以评估小鼠攀爬疼痛相关行为抑制的表现和治疗。攀爬行为测试分四个步骤进行。首先，重复测量小鼠了攀爬的表现和稳定性，以评估攀爬是否适内实验设计。其次确认了腹膜内注射稀乳酸 (IP 酸) 作为一种急性有害刺激对减少攀爬的有效性。第三，评价阳性对照非甾体抗炎药(NSAID)酮洛芬阻断IP酸抑制攀爬的效果。酮洛芬是一种临床有效的镇痛药，之前已证明它可以缓解小鼠和大鼠IP酸引起的攀爬行为抑制。最后，评价中枢作用阿片受体(MOR)激动剂U69593作为阴性对照的效果。

在带有金属丝网壁的垂直有机玻璃圆筒中，对小鼠进行10分钟的录像，并由观察者对“攀爬时间”进行评分。在连续几天的测试中，基线攀爬能力保持稳定，并通过腹膜内注射稀乳酸(IP酸)作为急性疼痛刺激活疼痛行为抑制。IP酸引起的攀爬抑制被阳性对照非甾体抗炎药 (NSAID) 酮洛芬缓解，但阴性对照阿片受体激动剂U69593没有阻断，研究检查了单分子阿片类药物（芬太尼、丁丙诺啡、纳曲酮）和固定比例芬太尼/纳曲酮混合物对阿片受体 (MOR) 的疗效各不相同。单独使用阿片类药物会导致攀爬能力剂量和疗效依赖性下降，而芬太尼/纳曲酮混合物数据表明，小鼠攀爬对低效MOR激活的干扰尤其敏感。作为IP酸预处理施用的阿片类药物未能阻止IP酸引起的攀爬抑制。文章这些发现支持将小鼠攀爬作为评估候选镇痛药有效性的终点。

将小鼠单独放入透明塑料圆筒(直径11.25厘米×高25.5厘米）进行10分钟的攀爬测试。每个圆筒从底部到顶部围绕0.5 cm2的铝丝网。此外，圆筒的顶部被由相同金属丝网制成的盖子覆盖。在每次实验中（如图2），三只老鼠同时在不同的圆筒中接受测试。圆柱体之间的纸板屏障防止了测试期间小鼠之间的视觉接触，并且在实验者不在房间的情况下，用摄像机记录行为。主要的因变量是小鼠在每次10分钟的行为期内花费在攀爬上的时间。“攀爬”被定义为小鼠至少一只爪子接触网壁并且所有爪子离开地面。时间评分至少由两个受过训练的观察者中的一个来评分，这两个观察者对实验治疗是盲的。在研究开始时和研究期间，两个观察者对视频子集进行评分，以监控评分者之间的可靠性。

图2

(A)攀爬装置。(B)横坐标：测试日。纵坐标：以秒为单位的时间攀爬。每组测试12只小鼠并计算平均SEM。(C)与B组中的数据相同，按性别分类。(D)由两个不同的观察者在所有测试日为所有小鼠指定的攀爬时间的评价之间可靠性。

六.

Ugo Basile 攀爬测试仪的测量优势

上述案例中的此类攀爬实验测量工具存在测量参数单一，测量方式为非自动化，“耗时耗力”。Ugo Basile全新推出全自动攀爬测试仪克服了以上问题，是国内外唯一一款自动化测量啮齿动攀爬行为的工具，且测量参数囊括：最大高度、平均高度、平均路程、总攀爬时间、顶部停留总时间、单次攀爬的等待时间等。设备的铝制圆形基座温度可以在5到60°C之间进行设置，一旦动物离开基座并开始爬上圆筒内金属网格及圆筒顶部，基座和圆筒上的传感器就会自动启动测试并记录，测试结果可存储在主机中方便导出到Excel进行分析。

攀爬测试仪基座和圆筒

特点及优势

1.人性化界面简单易读，多通道测试同步测量单台主机可最多连接四个通道基座和圆筒，动物个体和实验信息可在触摸屏预设，主要测量参数以及实验状态直观呈现在屏幕上（如图3）。

图3

2.多通道自动测量、测试结果一键导出

具有动物重量和动物垂直方向跟踪双重传感器，可准确记录开始时间和所有垂直方向测量参数，测量参数可通过U盘一键导出CSV格式进行后续统计分析。

3.适用范围广，可用于神经科学多个方向

以往研究表明，多类神经科学方向的研究都对动物攀爬行为感兴趣。作为一种新的设备和方法，Ugo Basile攀爬实验仪除应用于疼痛领域，测量疼痛行为抑制，还可用于中风、抑郁、焦虑、神经肌肉毒性、帕金森病等模型。

4.新兴测量方法，测量重复性稳定

攀爬测试仪作为疼痛领域新兴的测量方法，有研究评估了在没有或存在急性疼痛的情况下，攀爬作为药物效果临床前研究的行为终点的实用性，并提示了几点重要发现。如：在同组小鼠内或不同组小鼠之间的重复性好；攀爬结果有助于作为研究的一个终点，以检测止痛剂缓解疼痛的行为抑制效果；在部分疼痛通路和镇痛药物筛选研究中，存在高度敏感性的优势等。

应用领域

Ugo Basile攀爬测试仪可应用于生理学、行为学、遗传学、神经科学、疼痛行为学、心理学等多个方向，疾病模型囊括中风、抑郁、焦虑、骨骼肌肉、帕金森病、神经性疼痛和癌症疼痛等。

意大利Ugo Basile公司

Ugo Basile公司于1963年创立，在几十年发展历程里，成长为一家为专注于神经科学领域进行开拓科学实验方法和生产全新科学仪器的创新型公司。通过将经典仪器与不断创新的新型设备相结合，旗下疼痛系列产品已经成为全球神经科学家的标杆工具并得到广泛认可。