Ugo Basile攀爬實(shí)驗(yàn)儀 | 全新垂直維度運(yùn)動(dòng)功能測試——嚙齒類動(dòng)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(gè)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(dòng)物病理性疼痛的實(shí)驗(yàn)研究），但新型鎮(zhèn)痛藥從實(shí)驗(yàn)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(yàn)中止，如 NK1 拮抗劑、阿片類激動(dòng)劑、大麻素激動(dòng)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行臨床前動(dòng)物疼痛評估以來，多類傳統(tǒng)的動(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(dòng)行為的速率、頻率、持續(xù)時(shí)間或強(qiáng)度。常見的例子如疼痛相關(guān)的進(jìn)食、運(yùn)動(dòng)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(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)物行為抑制研究到臨床上的轉(zhuǎn)化將會(huì)得到加速。第三點(diǎn)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(dòng)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(dòng)物疼痛行為抑制測量的自動(dòng)化工具。此外，攀爬測試也儀可應(yīng)用神經(jīng)科學(xué)多個(gè)研究方向進(jìn)行動(dòng)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(tái)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(dòng)物是生活在三維空間中的動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)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(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。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(jià)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(jià)中樞作用阿片受體(MOR)激動(dòng)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(shí)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(dòng)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(dú)使用阿片類藥物會(huì)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(diǎn)。

將小鼠單獨(dú)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(gè)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(shí)驗(yàn)中，三只老鼠同時(shí)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(shí)驗(yàn)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(fèi)在攀爬上的時(shí)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(shí)間評分至少由兩個(gè)受過訓(xùn)練的觀察者中的一個(gè)來評分，這兩個(gè)觀察者對實(shí)驗(yàn)治療是盲的。在研究開始時(shí)和研究期間，兩個(gè)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。縱坐標(biāo)：以秒為單位的時(shí)間攀爬。每組測試12只小鼠并計(jì)算平均SEM，點(diǎn)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(gè)不同的觀察者在所有測試日為所有小鼠指定的攀爬時(shí)間的評價(jià)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(shí)驗(yàn)測量工具存在測量參數(shù)單一，測量方式為非自動(dòng)化，耗時(shí)耗力。Ugo Basile全新推出全自動(dòng)攀爬測試儀克服了以上問題，是國內(nèi)外唯一一款自動(dòng)化測量嚙齒動(dòng)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(shí)間、頂部停留總時(shí)間、單次攀爬的等待時(shí)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(dòng)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(huì)自動(dòng)啟動(dòng)測試并記錄，測試結(jié)果可存儲(chǔ)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(diǎn)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(tái)主機(jī)可最多連接四個(gè)通道基座和圓筒，動(dòng)物個(gè)體和實(shí)驗(yàn)信息可在觸摸屏預(yù)設(shè)，主要測量參數(shù)以及實(shí)驗(yàn)狀態(tài)直觀呈現(xiàn)在屏幕上。

2.多通道自動(dòng)測量、測試結(jié)果一鍵導(dǎo)出

具有動(dòng)物重量和動(dòng)物垂直方向跟蹤雙重傳感器，可準(zhǔn)確記錄開始時(shí)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(jì)分析。

3.適用范圍廣，可用于神經(jīng)科學(xué)多個(gè)方向

以往研究表明，多類神經(jīng)科學(xué)方向的研究都對動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)的實(shí)用性，并提示了幾點(diǎn)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(gè)終點(diǎn)，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(gè)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(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。