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、疼痛研究的科學前沿

疼痛無疑是一個重要的全球健康問題。數據顯示，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，對新型鎮痛藥的需求是迫切的。盡管近幾十年來我們對感知系統的研究取得了很多重要進展（主要源自對嚙齒動物病理性疼痛的實驗研究），但新型鎮痛藥從實驗室到臨床的轉化仍然有限。進展相對緩慢的例證是多種鎮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、疼痛測量的方法學演變

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

三、疼痛行為抑制的測量

疼痛行為抑制可以定義為響應疼痛狀態而降低的多種活動行為的速率、頻率、持續時間或強度。常見的例子如疼痛相關的進食、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、機制和治療的結局事件相較于與機械/冷熱刺激后反應行為有幾個優點。第一點為臨床上需要干預的疼痛狀態通常與行為抑制有關而不是刺激反射行為。第二點是臨床上治療疼痛的目標是緩解疼痛并恢復正常行為表現，臨床前的動物行為抑制研究到臨床上的轉化將會得到加速。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影響，刺激反射行為測量上數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科學領域Ugo Basile公司與美國弗吉尼亞聯邦大學合作開發，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，攀爬測試也儀可應用神經科學多個研究方向進行動物垂直維度的行為測量，如中風、抑郁、焦慮、神經肌肉毒性、帕金森病等模型。設備主要由一臺4通道主機構成，可連接多達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，以往在神經科學多類疾病模型中傳統的行為學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行了開展，但測量參數較為單一，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小鼠疼痛相關行為抑制的表達和治療的工具。研究的目是使用一個自制的帶有金屬絲網壁的垂直圓柱體作為測試環境，以評估小鼠攀爬疼痛相關行為抑制的表現和治療。攀爬行為測試分四個步驟進行。首先，重復測量小鼠了攀爬的表現和穩定性，以評估攀爬是否適內實驗設計。其次們確了腹膜內注射稀乳酸 (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。

在帶有金屬絲網壁的垂直有機玻璃圓筒中，對小鼠進行10分鐘的錄像，并由觀察者對“攀爬時間”進行評分。在連續幾天的測試中，基線攀爬能力保持穩定，并通過腹膜內注射稀乳酸(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/納曲酮混合物數據表明，小鼠攀爬對低效MOR激活的干擾尤其敏感。作為IP酸預處理施用的阿片類藥物未能阻止IP酸引起的攀爬抑制。文章這些發現支持將小鼠攀爬作為評估候選鎮痛藥有效性的終點。

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。此外，圓筒的頂部被由相同金屬絲網制成的蓋子覆蓋。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，用攝像機記錄行為。主要的因變量是小鼠在每次10分鐘的行為期內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壁并且所有爪子離開地面。時間評分至少由兩個受過訓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行評分，以監控評分者之間的可靠性。

 (A)攀爬裝置。(B)橫坐標：測試日。縱坐標：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據。(C)與B組中的數據相同，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勢

上述案例中的此類攀爬實驗測量工具存在測量參數單一，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。設備的鋁制圓形基座溫度可以在5到60°C之間進行設置，一旦動物離開基座并開始爬上圓筒內金屬網格及圓筒頂部，基座和圓筒上的傳感器就會自動啟動測試并記錄，測試結果可存儲在主機中方便導出到Excel進行分析。

                                                                   攀爬測試儀基座和圓筒

特點及優勢

1.人性化界面簡單易讀，多通道測試同步測量

單臺主機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設，主要測量參數以及實驗狀態直觀呈現在屏幕上。

2.多通道自動測量、測試結果一鍵導出

具有動物重量和動物垂直方向跟蹤雙重傳感器，可準確記錄開始時間和所有垂直方向測量參數，測量參數可通過U盤一鍵導出CSV格式進行后續統計分析。

3.適用范圍廣，可用于神經科學多個方向

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

4.新興測量方法，測量重復性穩定

Pampa測試儀作為疼痛領域新興的測量方法，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現。

如：在同組小鼠內或不同組小鼠之間的重復性好；攀爬結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痛藥物篩選研究中，存在高度敏感性的優勢等。

應用領域

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

七、意大利Ugo Basile公司

Ugo Basile公司于1963年創立，在幾十年發展歷程里，成長為一家為專注于神經科學領域進行開拓科學實驗方法和生產全新科學儀器的創新型公司。通過將經典儀器與不斷創新的新型設備相結合，旗下疼痛系列產品已經成為全球神經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展規劃和戰略合作協議，為國內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支持。