Chronic pain is associated with reduced brain gray matter and impaired cognitive ability. In this longitudinal study, we assessed whether neuroanatomical and functional abnormalities were reversible and dependent on treatment outcomes. We acquired MRI scans from chronic low back pain (CLBP) patients before ( n = 18) and 6 months after (spine surgery or facet joint injections; n = 14) treatment. In addition, we scanned 16 healthy controls, 10 of which returned 6 months after the first visit. We performed cortical thickness analysis on structural MRI scans, and subjects performed a cognitive task during the functional MRI. We compared patients and controls, as well as patients before versus after treatment. After treatment, patients had increased cortical thickness in the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), which was thinner before treatment compared with controls. Increased DLPFC thickness correlated with the reduction of both pain and physical disability. Additionally, increased thickness in primary motor cortex was associated specifically with reduced physical disability, and right anterior insula was associated specifically with reduced pain. Left DLPFC activity during an attention-demanding cognitive task was abnormal before treatment, but normalized following treatment. These data indicate that functional and structural brain abnormalities—specifically in the left DLPFC—are reversible, suggesting that treating chronic pain can restore normal brain function in humans.

Article Abstract Background: More than a third of the approximately 10 million women with histories of interpersonal violence in the United States develop posttraumatic stress disorder (PTSD). Currently available treatments for this population have a high rate of incomplete response, in part because problems in affect and impulse regulation are major obstacles to resolving PTSD. This study explored the efficacy of yoga to increase affect tolerance and to decrease PTSD symptomatology. Method: Sixty-four women with chronic, treatment-resistant PTSD were randomly assigned to either trauma-informed yoga or supportive women's health education, each as a weekly 1-hour class for 10 weeks. Assessments were conducted at pretreatment, midtreatment, and posttreatment and included measures of DSM-IV PTSD, affect regulation, and depression. The study ran from 2008 through 2011. Results: The primary outcome measure was the Clinician-Administered PTSD Scale (CAPS). At the end of the study, 16 of 31 participants (52%) in the yoga group no longer met criteria for PTSD compared to 6 of 29 (21%) in the control group (n = 60, χ21 = 6.17, P = .013). Both groups exhibited significant decreases on the CAPS, with the decrease falling in the large effect size range for the yoga group (d = 1.07) and the medium to large effect size decrease for the control group (d = 0.66). Both the yoga (b = −9.21, t = −2.34, P = .02, d = −0.37) and control (b = −22.12, t = −3.39, P = .001, d = −0.54) groups exhibited significant decreases from pretreatment to the midtreatment assessment. However, a significant group × quadratic trend interaction (d = −0.34) showed that the pattern of change in Davidson Trauma Scale significantly differed across groups. The yoga group exhibited a significant medium effect size linear (d = −0.52) trend. In contrast, the control group exhibited only a significant medium effect size quadratic trend (d = 0.46) but did not exhibit a significant linear trend (d = −0.29). Thus, both groups exhibited significant decreases in PTSD symptoms during the first half of treatment, but these improvements were maintained in the yoga group, while the control group relapsed after its initial improvement. Discussion: Yoga significantly reduced PTSD symptomatology, with effect sizes comparable to well-researched psychotherapeutic and psychopharmacologic approaches. Yoga may improve the functioning of traumatized individuals by helping them to tolerate physical and sensory experiences associated with fear and helplessness and to increase emotional awareness and affect tolerance. Trial Registration: ClinicalTrials.gov identifier: NCT00839813

Abstract Senescent cells (SnCs) accumulate due to aging and external cellular stress throughout the body. They adopt a senescence-associated secretory phenotype (SASP) and release inflammatory, and degenerative factors that actively contribute to age-related diseases such as low back pain (LBP). The senolytics, o-Vanillin and RG-7112, remove senescent human intervertebral (IVD) cells and reduce SASP release, but it is not known if they can treat LBP. sparc -/- mice, with LBP, were treated orally with o-Vanillin and RG-7112 as single or combination treatments. Treatment reduced LBP and SASP factor release and removed SnCs from the IVD and spinal cord. Treatment also lowered degeneration score in the IVDs, improved vertebral bone quality, and reduced the expression of pain markers in the spinal cord. The result indicates that RG-7112 and o-Vanillin with the combination treatment providing the strongest effect are potential disease-modifying drugs for LBP and other painful disorders where cell senescence is implicated. One Sentence Summary: Senolytics drugs can reduce back pain

Abstract Secreted protein acidic and rich in cysteine (SPARC) is the most abundant glycoprotein in bone and is thought to play a critical role in bone remodeling and homeostasis. However, the effect of SPARC in relation to gender and exercise on bone quality is not well understood. The purpose of this study was to quantify differences in the structural and biomechanical properties between calvarial and femoral bone from male and female wild‐type (WT) and SPARC null (SPARC (−/−) ) mice as well as the ability of exercise to rescue bone health. Male and female WT and transgenic SPARC (−/−) mice were given either a fixed or rotating running wheel for exercise. Bone structural, biomechanical, and morphological parameters were quantified using micro computed tomography, push out testing for the calvaria, three‐point flexural testing for the femurs, histological and immunofluorescent staining. Similar reductions in structural and biomechanical strength were observed in both male and female SPARC (−/−) calvaria, most of which were not significantly affected by exercise. In femurs, SPARC (−/−) had a significant effect on structural parameters in both sexes, but was more pronounced in females with some properties being rescued with running. Interestingly, the effect of SPARC (−/−) on bone mineral density was only detected in female SPARC (−/−) mice, not males, and was subsequently rescued with exercise. This study emphasizes the differences between sexes in WT and SPARC (−/−) mice in regard to structural parameters and biomechanical properties . Research into gender differences can help inform and personalize treatment options to more accurately meet patient needs.

Chronic pain is associated with persistent structural and functional changes throughout the neuroaxis, including in the prefrontal cortex (PFC). The PFC is important in the integration of sensory, cognitive and emotional information and in conditioned pain modulation. We previously reported wide-spread epigenetic reprogramming in the PFC many months following nerve injury in rodents. Epigenetic modifications, including DNA methylation, can drive changes in gene expression without modifying DNA sequences. To date, little is known about epigenetic dysregulation at the onset of acute pain or how it progresses as pain transitions from acute to chronic. We hypothesize that acute pain following injury results in rapid and persistent epigenetic remodelling in the PFC that evolves as pain becomes chronic. We further propose that understanding epigenetic remodelling will provide insights into the mechanisms driving pain-related changes in the brain. Epigenome-wide analysis was performed in the mouse PFC 1 day, 2 weeks, 6 months, and 1 year following peripheral injury using the spared nerve injury (SNI) in mice. SNI resulted in rapid and persistent changes in DNA methylation, with robust differential methylation observed between SNI and sham-operated control mice at all time points. Hundreds of differentially methylated genes were identified, including many with known function in pain. Pathway analysis revealed enrichment in genes related to stimulus response at early time points, immune function at later time points and actin and cytoskeletal regulation throughout the time course. Increased attention to pain chronicity as a factor is recommended for both pain research and management.

Abstract Low back pain (LBP) is often associated with the degeneration of human intervertebral discs (IVDs). However, the pain-inducing mechanism in degenerating discs remains to be elucidated. Here, we identified a subtype of locally residing nucleus pulposus cells (NPCs), generated by the environmental stress in degenerating discs, that triggered the onset of discogenic LBP. Single-cell transcriptomic analysis of human tissues showed a strong correlation between this specific pain-triggering subtype and the pain conditions in human degenerated discs. Next, we recreated this pain-triggering subtype by applying known exogenous stressors to healthy NPCs in vitro . The recreated pain phenotype activated functional sensory neurons response in vitro and induced local inflammatory responses, hyperalgesia, and mechanical sensitivity in a healthy rat IVD in vivo . Our findings provide strong evidence of a previously unknown pain-inducing mechanism mediated by NPCs in degenerating IVDs. This newly defined pathway will aid in the development of NPC-targeted therapeutic strategies for clinically unmet need to attenuate discogenic LBP. One Sentence Summary Discogenic low back pain can be initiated by a stress-induced subtype of nucleus pulposus cells present in human degenerating intervertebral discs