Summary
Hier beschreiben wir das Verfahren für eine Pilotstudie zur Untersuchung der Wirkung der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation mit unterschiedlichen Frequenzen (1 Hz/20 Hz/40 Hz) auf den Aβ- und Tau-Metabolismus in der Rhesusaffen-Zerebrospinalflüssigkeit.
Abstract
Frühere Studien haben gezeigt, dass ein nicht-invasives Lichtflimmerregime und eine Stimulation des tonenden Tonus den Aβ- und Tau-Stoffwechsel im Gehirn beeinflussen können. Als nicht-invasive Technik wurde die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen eingesetzt. Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von rTMS auf die Aβ- und Tau-Spiegel in der Rhesusaffen-Zerebrospinalflüssigkeit (CSF). Dies ist eine einzelblinde, selbstkontrollierte Studie. Drei verschiedene Frequenzen (niederfrequent, 1 Hz; hohe Frequenzen, 20 Hz und 40 Hz) von rTMS wurden verwendet, um den bilateral-dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) des Rhesusaffen zu stimulieren. Eine Katheterisierungsmethode wurde verwendet, um CSF zu sammeln. Alle Proben wurden einer Flüssigchip-Detektion unterzogen, um CSF-Biomarker (Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau, pTau) zu analysieren. Die CSF-Biomarkerspiegel änderten sich mit der Zeit nach der Stimulation durch rTMS. Nach der Stimulation zeigte der Aβ42-Spiegel im Liquor bei allen Frequenzen (1 Hz, 20 Hz und 40 Hz) einen Aufwärtstrend, mit signifikanteren Unterschieden bei den hohen Frequenzen (p < 0,05) als bei der niedrigen Frequenz.
Nach hochfrequentem rTMS stieg der Gesamt-Tau-Spiegel (tTau) des Liquors sofort zum Post-rTMS-Zeitpunkt an (p < 0,05) und nahm allmählich um 24 h ab. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse, dass der Gehalt an phosphoryliertem Tau (pTau) unmittelbar nach 40 Hz rTMS (p < 0,05) anstieg. Das Verhältnis von Aβ42/Aβ40 zeigte einen Aufwärtstrend bei 1 Hz und 20 Hz (p < 0,05). Es gab keinen signifikanten Unterschied in den Tau-Spiegeln bei niederfrequenter (1 Hz) Stimulation. So können hohe Frequenzen (20 Hz und 40 Hz) von rTMS positive Auswirkungen auf Aβ- und Tau-Spiegel im Rhesusaffen-CSF haben, während niederfrequentes (1 Hz) rTMS nur Aβ-Spiegel beeinflussen kann.
Introduction
Amyloid-β (Aβ) und Tau sind wichtige CSF-Biomarker. Aβ besteht aus 42 Aminosäuren (Aβ1-42), die das Produkt des transmembranen Amyloid-Vorläuferproteins (APP) sind, das durch β- und γ-Sekretasen hydrolysiert wird1. Aβ1-42 kann aufgrund seiner Löslichkeitseigenschaften zu extrazellulären Amyloid-Plaques im Gehirn aggregieren1,2. Tau ist ein mikrotubuli-assoziiertes Protein, das hauptsächlich in Axonen vorhanden ist und am anterograden axonalen Transport beteiligt ist3. Abnormale Tau-Hyperphosphorylierung wird hauptsächlich durch das Ungleichgewicht zwischen Kinasen und Phosphatasen induziert, was zur Ablösung von Tau aus Mikrotubuli und zur Bildung von neurofibrillären Tangles (NFT)1 führt. Die Konzentration von Tau steigt im Liquor an, da Tau und phosphorylierte Tau-Proteine (pTau) während des neurodegenerativen Prozesses in den extrazellulären Raum freigesetzt werden. Frühere Studien haben gezeigt, dass CSF-Biomarker für die drei wichtigsten pathologischen Veränderungen des Gehirns der Alzheimer-Krankheit (AD) relevant sind: extrazelluläre Amyloid-Plaques, intrazelluläre NFT-Bildung und Neuronenverlust4. Abnorme Konzentrationen von Aβ und Tau treten im Frühstadium der AD auf und ermöglichen so eine frühzeitige AD-Diagnose5,6.
Im Jahr 2016 fanden Tsai et al. heraus, dass nicht-invasives Lichtflackern (40 Hz) die Spiegel von Aβ1-40 und Aβ1-42 im visuellen Kortex von Mäusen vor der Ablagerung reduzierte7. Kürzlich berichteten sie weiter, dass die stimulation des auditiven Tonus (40 Hz) die Erkennung und das räumliche Gedächtnis verbesserte, die Amyloidproteinspiegel im Hippocampus und im auditorischen Kortex (AC) von 5XFAD-Mäusen reduzierte und die pTau-Konzentrationen im P301S-Tauopathiemodell8 verringerte. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass nicht-invasive Techniken den Aβ- und Tau-Metabolismus beeinflussen könnten.
Als nicht-invasives Werkzeug könnte die transkranielle Magnetstimulation (TMS) das Nervengewebe, einschließlich des Rückenmarks, der peripheren Nerven und der Großhirnrinde, elektrisch stimulieren9. Darüber hinaus kann es die Erregbarkeit der Großhirnrinde an der stimulierten Stelle und in den funktionellen Verbindungen verändern. Daher wurde TMS bei der Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen und prognostischen und diagnostischen Tests eingesetzt. Die häufigste Form der klinischen Intervention bei TMS, rTMS, kann die Kortexaktivierung induzieren, die Erregbarkeit des Kortex modifizieren und die kognitive / motorische Funktion regulieren.
Es wurde berichtet, dass 20 Hz rTMS eine in vitro neuroprotektive Wirkung gegen oxidative Stressoren, einschließlich Glutamat und Aβ, hatte und die Gesamtlebensfähigkeit monoklonaler Hippocampus-HT22-Zellen bei Mäusen verbesserte10. Nach 1 Hz rTMS-Stimulation waren das β APP-spaltende Enzym 1, APP, und seine C-terminalen Fragmente im Hippocampus erheblich reduziert. Bemerkenswert ist, dass die Beeinträchtigung der Langzeitpotenzierung, des räumlichen Lernens und des Gedächtnisses im Hippocampus CA1 umgekehrt wurde11,12. Bai et al. untersuchten die Wirkung von rTMS auf die Aβ-induzierte Gamma-Oszillationsstörung während eines Arbeitsgedächtnistests. Sie kamen zu dem Schluss, dass rTMS die Aβ-induzierte Dysfunktion umkehren könnte, was zu potenziellen Vorteilen für das Arbeitsgedächtnis führt13. Es gibt jedoch nur wenige Berichte über die Auswirkungen von rTMS auf den Tau-Metabolismus und die dynamischen Veränderungen von Aβ und Tau im Liquor vor und nach rTMS. Dieses Protokoll beschreibt das Verfahren zur Untersuchung der Auswirkungen von rTMS bei verschiedenen Frequenzen (niederfrequent, 1 Hz; hohe Frequenzen, 20 Hz und 40 Hz) auf Aβ- und Tau-Spiegel im Rhesusaffen-LIQUOR.
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Protocol
Alle Experimente wurden nach den Leitlinien für die Pflege und Verwendung von Versuchstieren durchgeführt, die vom Ministerium für Wissenschaft und Technologie der Volksrepublik China formuliert wurden, sowie nach den Grundsätzen der Basler Erklärung. Die Genehmigung wurde vom Animal Care Committee des Sichuan University West China Hospital (Chengdu, China) erteilt. Abbildung 1 zeigt das hier verwendete einzelblinde, selbstgesteuerte Studiendesign.
1. rTMS-Geräte
- Verwenden Sie eine 8-förmige Magnetfeldstimulatorspule, um die rTMS-Stimulation durchzuführen.
2. Tier
- Bewahren Sie den männlichen Rhesusaffen (Macaca mulatta, 5 kg, 5 Jahre alt) in einem individuellen Heimkäfig mit freiem Zugang zu Leitungswasser und Standard-Chow auf. Stellen Sie sicher, dass die Umgebungsbedingungen kontrolliert werden, um eine relative Luftfeuchtigkeit von 60-70%, eine Temperatur von 24 ± 2 °C und einen Hell:Dunkel-Zyklus von 12:12 h14,15 zu gewährleisten. Führen Sie alle Experimente gemäß den Leitlinien für die Pflege und Verwendung von Versuchstieren durch.
3. Eine serielle Cisterna magna CSF-Probenahmemethode
- Lassen Sie zwei ausgebildete Experimentatoren eine Katheterisierungsmethode durchführen, um CSF aus der Cisterna magna zu entnehmen (Abbildung 2).
- Positionierung
- Betäuben Sie den Affen durch eine intramuskuläre Injektion von 5 mg/kg Zolazepam-Tiletamin (siehe Materialtabelle). Um eine erfolgreiche Anästhesie des Affen zu gewährleisten, suchen Sie nach tiefer und langsamer Atmung, stumpfem oder fehlendem Hornhautreflex und Entspannung der Muskeln der Extremitäten. Überwachen Sie während dieser Phase Temperatur, Puls, Atmung, Schleimhautfarbe und Kapillarnachfüllzeit.
- 2 mg/kg Morphin durch intramuskuläre Injektion alle 4 Stunden verabreichen.
- Legen Sie den Affen auf einen Operationstisch in der seitlichen Dekubitusposition. Beugen Sie den Hals des Affen, beugen Sie den Rücken des Affen und bringen Sie seine Knie in Richtung Brust.
- Reifenpanne
- Bereiten Sie zur Desinfektion den Bereich um den unteren Rücken mit aseptischer Technik vor. Führen Sie eine Wirbelsäulennadel zwischen die Lendenwirbel L4/ L5 ein, drücken Sie sie hinein, bis es einen "Knall" gibt, wenn sie in die Lendenspülkanne eintritt, in der der Ligamentumflavum untergebracht ist.
- Drücken Sie die Nadel erneut, bis es einen zweiten "Pop" gibt, wo sie in die Dura Mater eintritt. Ziehen Sie den Stylet von der Spinalnadel und sammeln Sie CSF-Tropfen.
- Kathetereinführung
- Führen Sie unter fluoroskopischer Führung den Epiduralkatheter durch die Punktionsnadel in den Subarachnoidalraum ein, bis er in der Cisterna magna schwimmfähig ist.
- Port-Implantation
- Machen Sie einen 5 cm langen Schnitt von der Einstichstelle in Richtung des Kopfes und isolieren Sie die Haut vom Unterhautgewebe, um den Probenahmeanschluss zu platzieren. Verbinden Sie den Port mit dem Ende des Epiduralkatheters und implantieren Sie den Port unter der Haut; Dann nähen Sie den Schnitt. Desinfizieren Sie die Wunde täglich, um eine Infektion zu verhindern.
HINWEIS: Der Affe erholt sich am Tag nach der Operation vollständig.
- Machen Sie einen 5 cm langen Schnitt von der Einstichstelle in Richtung des Kopfes und isolieren Sie die Haut vom Unterhautgewebe, um den Probenahmeanschluss zu platzieren. Verbinden Sie den Port mit dem Ende des Epiduralkatheters und implantieren Sie den Port unter der Haut; Dann nähen Sie den Schnitt. Desinfizieren Sie die Wunde täglich, um eine Infektion zu verhindern.
- CSF-Sammlung
- Verwenden Sie die Gitterstäbe des Käfigs, um den Affen zurückzuhalten und seinen Rücken gebeugt zu halten.
- Führen Sie eine Spritze in die Mitte des Probenahmeanschlusses ein, um den Liquor durch den Katheter aus der Zisterna magna zu extrahieren. Verwerfen Sie die ersten 0,2 ml CSF (das Gesamtvolumen des Katheters und des Ports beträgt 0,1 ml) und sammeln Sie dann 1 ml CSF für die Analyse16.
4. Adaptives Training für Affenstühle
- Befestigen Sie den Affen vor dem Experiment auf dem Affenstuhl, um zu vermeiden, dass der Prozess der rTMS-Intervention unterbrochen wird (Abbildung 3A,B).
- Sammeln Sie CSF für die Biomarkeranalyse im Wachzustand des Affen, um den Einfluss von Anästhetika zu vermeiden.
- Am dritten Tag nach der Subarachnoidalkatheterisierung, 2 Wochen vor Beginn des Experiments, unterziehen Sie den Affen zweimal täglich für jeweils 30 Minuten einem adaptiven Training mit dem Affenstuhl.
5. adaptives rTMS-Training/Scheinstimulation
- Führen Sie das adaptive rTMS-Training / die Scheinstimulation eine Woche nach dem adaptiven Training mit dem Affenstuhl und eine Woche vor Beginn des formalen Experiments durch, um den Fortschritt des Experiments nicht aufgrund von Vibrationen und Geräuschen während des Stimulationsprozesses zu behindern.
- Verwenden Sie eine Scheinspule (die nur Vibration und Ton erzeugt und kein Magnetfeld erzeugt), um den Affen zu stimulieren. Bieten Sie dem Affen nach der Stimulation Nahrung an, damit er sich an den Prozess anpasst (Abbildung 3C).
- Führen Sie zweimal täglich ein adaptives rTMS-Training auf einem Affenstuhl durch, jeweils 30 Minuten lang für insgesamt 2 Wochen.
6. Behandlungsprotokoll
- Verwenden Sie drei verschiedene Frequenzen (1 Hz/20 Hz/40 Hz) von rTMS, um die bilaterale DLPFC (R-L-DLPFC) des Affen zu stimulieren, wie zuvor beschrieben17. Lokalisieren Sie die DLPFC nach dem internationalen 10-20-System.
- Führen Sie drei verschiedene Sitzungen von rTMS mit einer Auswaschzeit von mehr als 24 h18,19 durch.
- Verwenden Sie für den ersten Zeitraum die folgenden Parameter: eine Frequenz von 1 Hz für rTMS, ein Muster von rTMS, das aus 20 Burst-Zügen, 20 Impulsen mit 10 s Inter-Train-Intervallen zwischen den Zügen und einer Stimulationsintensität von 100% der durchschnittlichen Ruhemotorschwelle (RMT) besteht, zweimal täglich an drei aufeinanderfolgenden Tagen20,21.
- Verwenden Sie für die zweite Periode die folgenden Parameter: Züge mit hoher Frequenz (20 Hz) rTMS mit 100% RMT für 2 s Dauer mit 28 s Inter-Train-Intervallen, insgesamt 2.000 Stimuli (40 Stimuli/Zug, 50 Züge) pro Sitzung, zweimal täglich an drei aufeinanderfolgenden Tagen22.
- Verwenden Sie für die dritte Periode die folgenden Parameter: Züge mit Gammafrequenz (40 Hz) rTMS mit 100% RMT, die in 1 s Dauer geliefert werden, getrennt durch 28 s Inter-Zug-Intervalle. Halten Sie die Gesamtzahl der Impulse für jede Sitzung gleich wie bei 20 Hz rTMS, zweimal täglich an drei aufeinanderfolgenden Tagen7,22.
- Führen Sie drei verschiedene Sitzungen von rTMS mit einer Auswaschzeit von mehr als 24 h18,19 durch.
7. CSF-Biomarker
- Analysieren Sie vier CSF-Biomarker: Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau und pTau.
8. CSF-Sammlung und Indexerkennungsmethode
- Verwenden Sie eine minimal-invasive Katheterisierungsmethode, um den Liquor zu beproben.
- Verwenden Sie die Gitterstäbe des Käfigs, um den Affen zurückzuhalten und seinen Rücken gebeugt zu halten. Weisen Sie den anderen Bediener an, eine Spritze in die Mitte des Probenahmeanschlusses einzuführen, um sicherzustellen, dass csf durch den Katheter extrahiert wird.
- CSF zu 5 Zeitpunkten sammeln (4 Proben pro Zeitpunkt in Abständen von 3 Minuten): pre-rTMS, 0 h/2 h/6 h/24 h post-rTMS23,24,25. Sammeln Sie insgesamt 60 Proben für 3 Frequenzen; nummerieren und in einem -80 °C Kühlschrank bis zu 1 Monat aufbewahren. Nach dem Experiment unterziehen Sie alle Proben der Flüssigkeitssplittererkennung gemäß den Anweisungen des Herstellers (siehe Materialtabelle).
9. Statistische Auswertung
- Stellen Sie alle Daten als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) dar.
- Führen Sie den Shapiro-Wilk-Test durch, um die Normalität bei einer kleinen Stichprobengröße zu testen. Führen Sie eine ANOVA mit wiederholten Zwei-Wege-Messungen und den Mehrfachvergleichstest von Tukey durch.
ANMERKUNG: Ein Wert (zweiseitig) < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.
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Representative Results
Die Ergebnisse zeigten, dass rTMS die Aβ- und Tau-Spiegel im Rhesusaffen-CSF beeinflussen könnte. Die CSF-Biomarkerspiegel änderten sich mit der Zeit nach der rTMS-Stimulation bei verschiedenen Frequenzen (1 Hz, 20 Hz und 40 Hz).
Aβ42 und Aβ42/Aβ40
Wie in Abbildung 4A gezeigt, stiegen die Aβ42-Spiegel nach 1 Hz rTMS-Stimulation über 24 h allmählich an (p < 0,05) und kehrten nach der Auswaschphase zum Ausgangswert zurück. In ähnlicher Weise stiegen die Aβ42-Spiegel nach Stimulation des bilateralen DLPFC des Affen mit rTMS bei 20 Hz mit der Zeit an und erreichten nach 6 h nach der Stimulation einen Höhepunkt (p < 0,05). Nach Stimulation mit 40 Hz rTMS stiegen die Aβ42-Spiegel jedoch sofort zum Zeitpunkt der Post-rTMS signifikant an (p < 0,05) und nahmen langsam ab. Im Allgemeinen erhöhten die hohen Frequenzen von rTMS (20 Hz und 40 Hz) die Aβ42-Spiegel stärker als die niedrige Frequenz (1 Hz) (p < 0,05). Darüber hinaus stiegen die Aβ42-Spiegel bei den hohen Frequenzen, insbesondere bei 40 Hz, schneller an und erreichten kurz nach der Stimulation einen Höhepunkt. Darüber hinaus stieg der Aβ42-Pegel bei 40 Hz im Vergleich zu dem bei 20 Hz signifikant an (p < 0,05). Das Verhältnis von Aβ42/Aβ40 zeigte nach Stimulation mit 1 Hz und 20 Hz rTMS einen Aufwärtstrend und stieg ab 2 h nach rTMS-Stimulation signifikant an. Weiterhin stieg sie nach 20 Hz rTMS stärker an als nach 1 Hz (p < 0,05) (Abbildung 4B). Es gab jedoch keinen signifikanten Unterschied im Aβ42/Aβ40-Verhältnis bei 40 Hz.
pTau und tTau
Insgesamt stiegen die tTau-Spiegel im Affen-Liquor sofort nach 20 Hz und 40 Hz rTMS-Stimulation an (p < 0,05) und nahmen allmählich ab (Abbildung 4C). Nach 1 Hz rTMS gab es jedoch keinen signifikanten Unterschied. Der pTau-Spiegel stieg unmittelbar und dramatisch nach der Stimulation mit 40 Hz rTMS (p < 0,05) an und sank nach 24 h unter den Ausgangswert (Abbildung 4D). Zusätzlich zeigte der pTau-Spiegel nach 1 Hz und 20 Hz rTMS Stimulation einen Abwärtstrend. Daher zeigte 40 Hz rTMS im Vergleich zu den anderen beiden Frequenzen (1 Hz und 20 Hz) signifikantere Auswirkungen auf die Tau-Spiegel (p < 0,05).
Ausgangswert nach auswaschen
Nach einer Auswaschphase von 24 Stunden wurde bei den CSF-Biomarkerspiegeln kein signifikanter Unterschied zum Ausgangswert (p > 0,05) beobachtet.
Abbildung 1: Das Flussdiagramm für diese Pilotstudie. Abkürzung: rTMS = repetitive transkranielle Magnetstimulation. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Minimalinvasive Katheterisierung zur seriellen Probenahme von Liquor aus Cisterna magna. Auf eine routinemäßige Lumbalpunktion folgte eine minimalinvasive Katheterisierung, bei der ein Epiduralkatheter in den Subarachnoidalraum eindrang und unter Anleitung von Röntgenstrahlen (roter Pfeil) in der Cisterna magna schwebte. Ein Probenahmeanschluss wurde subkutan neben der Punktionsstelle belassen, um die Probenahme der Cisterna magna CSF unter einem voll bewussten Tier zu ermöglichen. Abkürzung: CSF = Liquor cerebrospinalis. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Anpassungsfähigkeitstraining für Affenstühle. (A) Vorderseite; B) lateral; (C) adaptives rTMS-Training/Scheinstimulation. Abkürzung: rTMS = repetitive transkranielle Magnetstimulation. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Auswirkungen von rTMS auf Aβ- und Tau-Spiegel im Rhesusaffen-Liquor. Die fünf Balken für jede Frequenz repräsentieren fünf Zeitpunkte: pre-rTMS, 0 h post-rTMS, 2 h post-rTMS, 6 h post-rTMS und 24 h post-rTMS. (A) Veränderungen des Aβ42-Spiegels im Affen-CSF nach rTMS; (B) Veränderungen des Aβ42/Aβ40-Verhältnisses im Affen-CSF nach rTMS; (C) Veränderungen der tTau-Spiegel im CsF des Affen nach rTMS-Stimulation; (D) Veränderungen der pTau-Spiegel im Affen-CSF nach rTMS. * stellt eine signifikante Differenz zum Niveau vor rTMS dar, p < 0,05. # und ▲ stellen signifikante Unterschiede zum Pegel von 1 Hz bzw. 20 Hz zum gleichen Zeitpunkt dar. p < 0,05, ** p < 0,01, *** p < 0,001, **** steht für p < 0,0001. Abkürzungen: rTMS = repetitive transkranielle Magnetstimulation; CSF = Liquor cerebrospinalis; tTau = Gesamt-Tau; pTau = phosphoryliertes Tau. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Discussion
Aβ1-42, ein etablierter Biomarker für AD, ist ein CSF-Kernbiomarker im Zusammenhang mit dem Aβ-Metabolismus und der Amyloid-Plaque-Bildung im Gehirn und wurde in klinischen Studien und in der Klinik weit verbreitet26 eingesetzt. Neuere Studien haben gezeigt, dass das CSF-Verhältnis Aβ42/Aβ40 ein besserer diagnostischer Biomarker für AD ist als Aβ42 allein, da es ein besserer Indikator für die Pathologie des AD-Typs ist27,28. Tau- und pTau-Proteine werden während des neurodegenerativen Prozesses in den extrazellulären Raum freigesetzt, was zu erhöhten Tau-Konzentrationen in CSF20,29 führt. Daher sind CSF Aβ1-42, Aβ42/Aβ40, tTau und pTau bestätigte und kombinierte CSF-Biomarker in den überarbeiteten diagnostischen Kriterien von AD1,29.
Diese Studie zeigt, dass nach der rTMS-Stimulation die Aβ42-Spiegel im Liquor bei allen Frequenzen einen Aufwärtstrend zeigten. Hochfrequente rTMS (20 Hz und 40 Hz) erhöhten die Aβ42-Werte stärker als die Niederfrequenz. Nach früheren Forschungen30,31 ist ein niedriger Aβ42-Spiegel im Liquor mit einer AD-spezifischen Neurodegeneration (d.h. Hippocampusatrophie) assoziiert. Der Anstieg von Aβ nach rTMS-Stimulation kehrt jedoch die pathologischen Merkmale von AD um, was darauf hindeutet, dass rTMS die Aβ-Spiegel normalisieren kann. Eine präklinische Studie zeigt, dass der Aβ-Spiegel durch neuronale Aktivität reguliert wird32. Daher kann hochfrequentes rTMS im Vergleich zu niederfrequentem rTMS die Produktion aller Aβ-Substanzen, einschließlich Aβ42, erhöhen, indem die Aktivität des neuronalen Netzwerks aktiviert wird. Darüber hinaus ergab die Studie, dass nach 24 h rTMS bei drei verschiedenen Frequenzen (1 Hz, 20 Hz und 40 Hz) der pTau-Spiegel unter dem Ausgangswert lag. Dies deutete auf eine Abnahme des abnormalen pTau-Proteins hin, wodurch seine Bindung an Mikrotubuli verringert und die normale Struktur der Neuronen erhalten blieb. Nach hochfrequentem rTMS stieg der tTau-Spiegel von CSF jedoch sofort an und nahm über 24 h allmählich ab. Der Mechanismus, der diesem Phänomen zugrunde liegt, ist noch unklar.
Diese Studie bestätigt objektiv die Wirkung von rTMS auf den Aβ- und Tau-Metabolismus im Liquor. Im Vergleich zu anderen Bewertungsmethoden können CSF-Biomarker den Stoffwechsel und die Pathologie des Gehirns widerspiegeln und ein Fenster für das Gehirn bieten. Diese Methode ist sicher und gut verträglich und hat eine große klinische Anwendbarkeit33,34. Die gebräuchlichste Technik zum Sammeln von CSF ist die Durchführung einer Lumbalpunktion. Es ist jedoch schwierig, CSF mehrmals in kurzer Zeit zu sammeln, da aufgrund der wiederholten duralen Punktion die Gefahr einer ZNS-Infektion und eines Liquoraustritts besteht35,36.
Dieses Protokoll verwendet eine neuartige CSF-Probenahmemethode, die eine wiederholte CSF-Probenahme unter vollständig wachen Bedingungen mit geringem Risiko der oben genannten unerwünschten Ereignisse ermöglicht. Der Probenahmeanschluss befindet sich unter der Haut, so dass der Affe den Anschluss nicht zerkratzen kann. Daher kann der Liquor direkt über den Probenahmeanschluss und nicht durch Lumbalpunktion gesammelt werden. Die Methode ist bequem und schnell und vermeidet die Auswirkungen von Anästhetika16. Daher können Forscher, die mehrere Proben von Affen-CSF benötigen, diese serielle Cisterna Magna CSF-Probenahmemethode in Betracht ziehen. Um den Prozess von rTMS nicht zu unterbrechen, sind das adaptive Training des Affenstuhls und das adaptive Training des rTMS wichtig, bevor mit dem Experiment begonnen wird.
Dennoch hat der Kopf des Affen während des Experiments auch nach dem Training noch einen kleinen Bewegungsumfang. Daher ist es ratsam, ein robotergestütztes Tracking-System zu verwenden, um die Stimulationsstellen zu lokalisieren und die TMS-Spule gleichzeitig zu positionieren, wenn sich der Kopf bewegt. Diese Studie hat einige Einschränkungen: Das hier verwendete Tier war eher ein normaler Affe als ein pathologisches Modell (wie gealterte Hunde37), und die Stichprobengröße war klein. Diese Pilotstudie hat jedoch interessante dynamische Veränderungen der Aβ- und Tau-Spiegel nach rTMS gezeigt, was auf den potenziellen Nutzen von rTMS bei AD hinweist und weitere Untersuchungen rechtfertigt.
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Disclosures
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte zu erklären.
Acknowledgments
Die Autoren danken Sichuan Green-House Biotech Co., Ltd für die Bereitstellung des Affenstuhls und anderer verwandter Geräte. Diese Forschung erhielt keine spezifische Förderung von einer Förderagentur im öffentlichen, kommerziellen oder gemeinnützigen Sektor.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Anesthesia Puncture Kit for Single Use | Weigao, Shandong, China | ||
| CCY-I magnetic field stimulator | YIRUIDE MEDICAL, Wuhan, China | ||
| GraphPad Prism version 7.0 | GraphPad Software, Inc., San Diego, CA, USA | ||
| Human Amyloid Beta and Tau Magnetic Bead Panel | EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 USA | liquid chip detection | |
| MILLIPLEX Analyst 5.1 | EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 USA | ||
| Monkey Chair HH-E-1 | Brainsight, Cambridge, MA 02140 USA | ||
| Zoletil 50 | Virbac, France | zolazepam–tiletamine |
References
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