The effect of botulinum toxin type A on neuronal activation in hypothalamus in experimental inflammatory pain

Botulinum toksin tipa A (BT-A) je neurotoksin kojeg proizvodi anaerobna bakterija Clostridium botulinum. Smatra se jednim od najpotentnijih bioloških toksina, no pročišćeni farmakološki pripravak u pikomolarnim dozama koristi se liječenju različitih kliničkih stanja praćenih povećanom kontraktilnošću mišića. Dugotrajno djelovanje nakon jednokratne primjene koje traje do nekoliko mjeseci daje mu prednost nad poznatim analgeticima te se sve više koristi u liječenju određenih tipova kronične boli, primjerice migrene. Brojna istraživanja bave se njegovim antinociceptivnim djelovanjem s ciljem otkrivanja mehanizma, kako bi se što bolje iskoristio u terapijske svrhe. Nasuprot općeprihvaćenoj teoriji o djelovanju BT-A na inhibiciju egzocitoze neurotransmitora na perifernim završecima osjetnih neurona, rezultati brojnih istraživanja ukazuju na središnje mjesto djelovanja, najvjerojatnije na razini dorzalnog roga kralježnične moždine gdje periferno primijenjen BT-A dolazi retrogradnim aksonalnim transportom. Ovim radom istraženo je potencijalno mjesto središnjeg djelovanja BT-A injiciranjem toksina u moždane komore (intracerebroventrikularno, i.c.v.) na modelu formalinom uzrokovane periferne upalne boli, promatrajući ekspresiju c-Fos proteina kao markera aktivacije neurona. Ispitivanja su provedena na tkivu mozga mužjaka štakora soja Wistar. BT-A je primijenjen i.c.v. u dozi od 1 i.j./kg, a kontrolnoj je skupini i.c.v. injicirana fiziološka otopina u odgovarajućem volumenu. Imunohistokemijskom metodom analizirana je ekspresija c-Fos proteina u hipotalamusu, regiji mozga koja sudjeluje u modulaciji boli. Rezultati kvantitativne analize ekspresije c-Fos proteina očekivano pokazuju aktivaciju ove regije nakon uzrokovanja upalne boli perifernom injekcijom formalina. Međutim, učinak BTA nakon primjene u moždane komore (i.c.v.) je izostao, što se očituje podjednakim brojem aktiviranih neurona kod ispitivanih i kontrolnih uzoraka tkiva. Ovi rezultati u skladu su s hipotezom o središnjem segmentalnom antinociceptivnom djelovanju BT-A na spinalnoj razini, tj. razini kralježnične moždine na bol perifernog porijekla te isključuju antinociceptivno djelovanje BT-A na supraspinalnoj razini. Međutim, potrebna su daljna istraživanja kako bi se otkrilo primarno mjesto središnjeg djelovanja BT-A. Botulinum toxin type A (BTX-A) is a neurotoxin produced by anaerobic bacteria Clostridium botulinum. It is considered as one of the most potent biological toxins, but purified pharmacological preparation in picomolar doses is used to treat various clinical conditions followed by increased muscular contractility. Long-term duration of effects after its single administration represents a special clinical value among known analgesics, so it is widely used in the treatment of certain types of cronic pain, such as migraine. Numerous researches are based on its antinociceptive action to find out the mechanism and improve its clinical use. In contrast to generally accepted theory of BTX-A activity on inhibition of neurotransmitters release on peripheral endings of sensory neurons, the results of numerous researches point to its central site of action, most likely at the dorsal spinal cord level where peripherally applied BTXA occurs by retrograde axonal transport. This study investigated the potentially central site of BTX-A action after supraspinal administration (intracerebroventricular, i.c.v.) in inflammatory pain model induced by formalin injection, by observing c-Fos protein expression as a marker of neuronal activation. Experiment was performed on brain tissue of male Wistar rats. BTX-A was injected into the lateral cerebral ventricles (i.c.v.) in a dose of 1 U/kg. Control animals received 0,9% saline in the appropriate volumes. C-Fos expression was imunohistochemically examined in hypothalamus, a brain region involved in pain modulation. The results of the quantitative analysis of c-Fos protein expression show activation of this region because of inflammatory pain induced by peripheal formalin injection. However, BTX-A application into lateral cerebral ventricles failed to affect pain induced by formalin injection which is manifested by an equal number of activated neurons in the examined and control tissue samples. These results are following the hypothesis of the central segmental antinociceptive action of BTX-A at spinal level, i.e. spinal cord level on the pain of peripheal origin and exclude antinociceptive action of BTX-A on supraspinal level. However, further research is needed to investigate the primary location of BT-A's central activity.