Ugo Basile攀爬實驗儀 | 全新垂直維度運動功能測試——嚙齒類動物疼痛評估的新興視角！

一、疼痛研究的科學(xué)前沿

疼痛無疑是一個重要的全球健康問題。數(shù)據(jù)顯示，我國有超過3億人正在遭受慢性疼痛，疼痛已成為繼心腦血管疾病、腫瘤之后第三大健康問題。目前的鎮(zhèn)痛藥（包括阿片類藥物、非甾體類抗炎藥和加巴噴丁類藥物）在許多疼痛癥狀中效果有限，并存在一些限制使用的副作用，因此，對新型鎮(zhèn)痛藥的需求是迫切的。盡管近幾十年來我們對感知系統(tǒng)的研究取得了很多重要進(jìn)展（主要源自對嚙齒動物病理性疼痛的實驗研究），但新型鎮(zhèn)痛藥從實驗室到臨床的轉(zhuǎn)化仍然有限。進(jìn)展相對緩慢的例證是多種鎮(zhèn)痛藥物的臨床試驗中止，如 NK1 拮抗劑、阿片類激動劑、大麻素激動劑和TRPV1拮抗劑等。

二、疼痛測量的方法學(xué)演變

自1941年甩尾法實驗進(jìn)行臨床前動物疼痛評估以來，多類傳統(tǒng)的動物疼痛的機(jī)械/冷熱刺激測量方法都只記錄由感覺刺激引起的反射，其結(jié)果無法完全反映人類疼痛表型。近年，疼痛研究領(lǐng)域提出了身體和情緒功能、疼痛抑制行為和面部疼痛表達(dá)的改變作為疼痛結(jié)果新的測量方向，以進(jìn)行臨床前研究中嚙齒類動物疼痛更準(zhǔn)確地測量，從而促進(jìn)鎮(zhèn)痛藥物的開發(fā)。近年大量替代傳統(tǒng)的機(jī)械/冷熱刺激性疼痛的測量文章顯示：臨床前疼痛評估正在轉(zhuǎn)向此類測量方法，逐漸成為臨床前疼痛實驗室的標(biāo)準(zhǔn)測試流程！。

三、疼痛行為抑制的測量

疼痛行為抑制可以定義為響應(yīng)疼痛狀態(tài)而降低的多種活動行為的速率、頻率、持續(xù)時間或強(qiáng)度。常見的例子如疼痛相關(guān)的進(jìn)食、運動和主觀積極行為減少。將疼痛抑制行為作為研究疼痛表現(xiàn)、機(jī)制和治療的結(jié)局事件相較于與機(jī)械/冷熱刺激后反應(yīng)行為有幾個優(yōu)點。第一點為臨床上需要干預(yù)的疼痛狀態(tài)通常與行為抑制有關(guān)而不是刺激反射行為。第二點是臨床上治療疼痛的目標(biāo)是緩解疼痛并恢復(fù)正常行為表現(xiàn)，臨床前的動物行為抑制研究到臨床上的轉(zhuǎn)化將會得到加速。第三點是疼痛行為抑制的測量不易受到藥物的假陽性效應(yīng)影響，刺激反射行為測量上數(shù)值的改善并不意味疼痛行為抑制的減弱。疼痛行為抑制代替刺激反射行為的測量在臨床診斷中的應(yīng)用廣泛，疼痛行為抑制的測量工具在臨床前動物研究中也發(fā)揮著越來越重要的作用。

四、Ugo Basile 攀爬測試儀

Ugo Basile攀爬測試儀是意大利著名的神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域Ugo Basile公司與美國弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)合作開發(fā)，旨在為科研人員提供對嚙齒動物疼痛行為抑制測量的自動化工具。此外，攀爬測試也儀可應(yīng)用神經(jīng)科學(xué)多個研究方向進(jìn)行動物垂直維度的行為測量，如中風(fēng)、抑郁、焦慮、神經(jīng)肌肉毒性、帕金森病等模型。設(shè)備主要由一臺4通道主機(jī)構(gòu)成，可連接多達(dá)4套攀爬基座及圓筒。

嚙齒動物是生活在三維空間中的動物，以往在神經(jīng)科學(xué)多類疾病模型中傳統(tǒng)的行為學(xué)或疼痛測量工具僅分析XY軸平面位置差異，忽略了Z軸垂直方向的運動情況，造成測量上的局限性。雖然此前攀爬行為在眾多研究進(jìn)行了開展，但測量參數(shù)較為單一，且測量方式為非自動化。

五、疼痛行為抑制測量的案例解析

Santos等人于2023發(fā)表的文章“Climbing behavior by mice as an endpoint for preclinical assessment of drug effects in the absence and presence of pain”中評估了攀爬行為作為評估ICR小鼠疼痛相關(guān)行為抑制的表達(dá)和治療的工具。研究的目是使用一個自制的帶有金屬絲網(wǎng)壁的垂直圓柱體作為測試環(huán)境，以評估小鼠攀爬疼痛相關(guān)行為抑制的表現(xiàn)和治療。攀爬行為測試分四個步驟進(jìn)行。首先，重復(fù)測量小鼠了攀爬的表現(xiàn)和穩(wěn)定性，以評估攀爬是否適內(nèi)實驗設(shè)計。其次們確了腹膜內(nèi)注射稀乳酸 (IP 酸) 作為一種急性有害刺激對減少攀爬的有效性。第三，評價陽性對照非甾體抗炎藥(NSAID)酮洛芬阻斷IP酸抑制攀爬的效果。酮洛芬是一種臨床有效的鎮(zhèn)痛藥，之前已證明它可以緩解小鼠和大鼠IP酸引起的攀爬行為抑制。最后，評價中樞作用阿片受體(MOR)激動劑U69593作為陰性對照的效果。

在帶有金屬絲網(wǎng)壁的垂直有機(jī)玻璃圓筒中，對小鼠進(jìn)行10分鐘的錄像，并由觀察者對“攀爬時間”進(jìn)行評分。在連續(xù)幾天的測試中，基線攀爬能力保持穩(wěn)定，并通過腹膜內(nèi)注射稀乳酸(IP酸)作為急性疼痛刺激活疼痛行為抑制。IP酸引起的攀爬抑制被陽性對照非甾體抗炎藥 (NSAID) 酮洛芬緩解，但陰性對照阿片受體激動劑U69593沒有阻斷，研究檢查了單分子阿片類藥物（芬太尼、丁丙諾啡、納曲酮）和固定比例芬太尼/納曲酮混合物對阿片受體 (MOR) 的療效各不相同。單獨使用阿片類藥物會導(dǎo)致攀爬能力劑量和療效依賴性下降，而芬太尼/納曲酮混合物數(shù)據(jù)表明，小鼠攀爬對低效MOR激活的干擾尤其敏感。作為IP酸預(yù)處理施用的阿片類藥物未能阻止IP酸引起的攀爬抑制。文章這些發(fā)現(xiàn)支持將小鼠攀爬作為評估候選鎮(zhèn)痛藥有效性的終點。

將小鼠單獨放入透明塑料圓筒(直徑11.25厘米×高25.5厘米）進(jìn)行10分鐘的攀爬測試。每個圓筒從底部到頂部圍繞0.5 cm²的鋁絲網(wǎng)。此外，圓筒的頂部被由相同金屬絲網(wǎng)制成的蓋子覆蓋。在每次實驗中，三只老鼠同時在不同的圓筒中接受測試。圓柱體之間的紙板屏障防止了測試期間小鼠之間的視覺接觸，并且在實驗者不在房間的情況下，用攝像機(jī)記錄行為。主要的因變量是小鼠在每次10分鐘的行為期內(nèi)花費在攀爬上的時間。“攀爬”被定義為小鼠至少一只爪子接觸網(wǎng)壁并且所有爪子離開地面。時間評分至少由兩個受過訓(xùn)練的觀察者中的一個來評分，這兩個觀察者對實驗治療是盲的。在研究開始時和研究期間，兩個觀察者對視頻子集進(jìn)行評分，以監(jiān)控評分者之間的可靠性。

 (A)攀爬裝置。(B)橫坐標(biāo)：測試日?？v坐標(biāo)：以秒為單位的時間攀爬。每組測試12只小鼠并計算平均SEM，點顯示單只小鼠的數(shù)據(jù)。(C)與B組中的數(shù)據(jù)相同，按性別分類。(D)由兩個不同的觀察者在所有測試日為所有小鼠指定的攀爬時間的評價者間可靠性。

六、Ugo Basile 攀爬測試儀的測量優(yōu)勢

上述案例中的此類攀爬實驗測量工具存在測量參數(shù)單一，測量方式為非自動化，耗時耗力。Ugo Basile全新推出全自動攀爬測試儀克服了以上問題，是國內(nèi)外唯一一款自動化測量嚙齒動攀爬行為的工具，且測量參數(shù)囊括：最大高度、平均高度、平均路程、總攀爬時間、頂部停留總時間、單次攀爬的等待時間等。設(shè)備的鋁制圓形基座溫度可以在5到60°C之間進(jìn)行設(shè)置，一旦動物離開基座并開始爬上圓筒內(nèi)金屬網(wǎng)格及圓筒頂部，基座和圓筒上的傳感器就會自動啟動測試并記錄，測試結(jié)果可存儲在主機(jī)中方便導(dǎo)出到Excel進(jìn)行分析。

                                                                   攀爬測試儀基座和圓筒

特點及優(yōu)勢

1.人性化界面簡單易讀，多通道測試同步測量

單臺主機(jī)可最多連接四個通道基座和圓筒，動物個體和實驗信息可在觸摸屏預(yù)設(shè)，主要測量參數(shù)以及實驗狀態(tài)直觀呈現(xiàn)在屏幕上。

2.多通道自動測量、測試結(jié)果一鍵導(dǎo)出

具有動物重量和動物垂直方向跟蹤雙重傳感器，可準(zhǔn)確記錄開始時間和所有垂直方向測量參數(shù)，測量參數(shù)可通過U盤一鍵導(dǎo)出CSV格式進(jìn)行后續(xù)統(tǒng)計分析。

3.適用范圍廣，可用于神經(jīng)科學(xué)多個方向

以往研究表明，多類神經(jīng)科學(xué)方向的研究都對動物攀爬行為感興趣。作為一種新的設(shè)備和方法，Ugo Basile攀爬實驗儀除應(yīng)用于疼痛領(lǐng)域，測量疼痛行為抑制，還可用于中風(fēng)、抑郁、焦慮、神經(jīng)肌肉毒性、帕金森病等模型。

4.新興測量方法，測量重復(fù)性穩(wěn)定

Pampa測試儀作為疼痛領(lǐng)域新興的測量方法，有研究評估了在沒有或存在急性疼痛的情況下，攀爬作為藥物效果臨床前研究的行為終點的實用性，并提示了幾點重要發(fā)現(xiàn)。

如：在同組小鼠內(nèi)或不同組小鼠之間的重復(fù)性好；攀爬結(jié)果有助于作為研究的一個終點，以檢測止痛劑緩解疼痛的行為抑制效果；在部分疼痛通路和鎮(zhèn)痛藥物篩選研究中，存在高度敏感性的優(yōu)勢等。

應(yīng)用領(lǐng)域

Ugo Basile攀爬測試儀可應(yīng)用于生理學(xué)、行為學(xué)、遺傳學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、疼痛行為學(xué)、心理學(xué)等多個方向，疾病模型囊括中風(fēng)、抑郁、焦慮、骨骼肌肉、帕金森病、神經(jīng)性疼痛和癌癥疼痛等。

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(xué)領(lǐng)域進(jìn)行開拓科學(xué)實驗方法和生產(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(lǐng)先的卓越疼痛研究設(shè)備以及提供完善的技術(shù)支持。