Autor:in:
Maximilian Häfele | Germany
Hintergrund Es ist bekannt, dass HCN2-Kanäle sowohl bei der Entwicklung und Aufrechterhaltung von Schmerzen eine wichtige Rolle spielen. Der spezifische Einfluss der HCN4-Kanäle hierbei muss jedoch noch untersucht werden [1-4]. Im Thalamus ist HCN4 die am stärksten und selektivsten exprimierte HCN-Kanal-Isoform [5]. Um dessen Einfluss auf die akute Schmerzverarbeitung zu untersuchen wurden hier Verhaltenstests wie auch BOLD fMRI Messungen mit peripherer Hitzestimulation durchgeführt. Methoden Gehirnspezifische homozygote HCN4-KO (HCN4), ♂/♀ Mäuse, ≥ 12 Wochen, wurden mit ihren entsprechenden Wildtyp „Wurfgeschwistern“ (WTlm) verglichen. Die Verhaltenstests (von Frey, Hargreaves, tail-flick, Open-field) wurden 1 Tag vor der fMRI Messung durchgeführt. Stimulus BOLD fMRI wurde mittels 4.7T BRUKER BioSpec (GE EPI, 4.7 T; TR=4000ms; TEef=25ms; matrix 64*64 voxel; 234 µm x 234 µm, 22 Schnitte 500 µm, array surface head coil, 50 min) durchgeführt. Während des fMRI-scans wurde jeweils die rechte Hinterpfote mit Hitzestimuli (40, 45, 50, 54°C, 3-fach wiederholt) stimuliert. Graphtheoretische [6,7] - und Standard GLM Analysen mit Stimulus spezifische Antwortparameter wurden ausgewertet. Ergebnisse Die Verhaltenstests zeigten keine signifikanten Unterschiede für mechanische, wohl aber für thermische Stimulation (linke und rechte Pfote). Bei einer peripheren thermischen Stimulation (tail-flick) wurden keine signifikanten Unterschiede gefunden. Ein Lateralisierungseffekt konnte nur in von Frey für WTlm nicht aber für HCN4 festgestellt werden. Bei der Analyse des Open-field Versuchs wurden ebenfalls keine signifikanten Unterschiede bei motorischen Parametern zwischen HCN4 und WTlm festgestellt. In einer globalen Gehirnweiten Antwort-Analyse haben die HCN4-KO Mäuse gezeigt, 1. BOLD Volumen und BOLD Amplitude waren signifikant erhöht. Die Unterschiede waren bei niedrigeren Temperaturen größer. 2. Die peak-Zeit war bei niedrigen Temperaturen erhöht, bei höheren gesenkt. 3. Mittels 3-way ANOVA (Genotyp, Stimulus Temperatur, Gehirnstruktur) wurde eine signifikante Interaktion für das BOLD Volumen bei 45°C in mehreren Strukturen des Gehirnstamms, sensorischen Inputs, sensorischen Cortex, limbischen Systems, Hypothalamus und des Cerebellums gefunden. In allen Fällen war das BOLD volumen in HCN4 größer. 4. Die meisten der genannten Hirnstrukturen zeigten ebenfalls Veränderungen der funktionellen Konnektivität. Schlussfolgerung Der HCN4-KO zeigt generell eine zentral thermische, aber nicht mechanische Hypersensitivität (Verhalten und fMRI). Signifikant erhöhte BOLD Volumina waren am deutlichsten bei niedrigen Stimulationstemperaturen in Strukturen des subcorticalen inputs, limbischen- und output-Strukturen zu erkennen. Diese Resultate konnten mittels Graph-Theorie bestätigt werden. Zusammengefasst hat der HCN4-KO Auswirkungen auf die Verarbeitung von Akutschmerzen, interessanterweise äußert sich dies jedoch in einem hyperalgetischen Phänotyp.