Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

מחקר פיילוט על הגירוי המגנטי הטרנס-גולגולתי החוזר ונשנה של רמות Aβ ו- Tau בנוזל השדרתי של קופי רזוס

Published: September 3, 2021 doi: 10.3791/63005
Automatic Translation
1,2,3, 4, 5, 6, 1,3, 1,3, 6,7
1Department of Rehabilitation Medicine, West China Hospital, Sichuan University, 2Department of Rehabilitation Medicine, Daping Hospital, Army Medical University, 3Key Laboratory of Rehabilitation Medicine in Sichuan Province, West China Hospital, Sichuan University, 4Department of physiology, Southwest Medical University, 5Department of Rehabilitation Sciences, The Hong Kong Polytechnic University, 6Laboratory of Nonhuman Primate Disease Modeling Research, State Key Laboratory of Biotherapy, West China Hospital, Sichuan University, 7Sichuan Kangcheng Biotech Co., Inc.

Summary

כאן, אנו מתארים את ההליך עבור מחקר פיילוט כדי לחקור את ההשפעה של גירוי מגנטי transcranial חוזר עם תדרים שונים (1 Hz / 20 Hz / 40 Hz / 40 הרץ) על Aβ ו Tau חילוף החומרים בנוזל השדרתי קוף רזוס.

Abstract

מחקרים קודמים הראו כי משטר מהבהב אור לא פולשני וגירוי טון שמיעתי יכול להשפיע על חילוף החומרים Aβ ו tau במוח. כטכניקה לא פולשנית, גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי חוזר ונשנה (rTMS) יושם לטיפול בהפרעות ניווניות. מחקר זה בחן את ההשפעות של rTMS על רמות Aβ ו tau בנוזל השדרתי קוף רזוס (CSF). זהו מחקר חד-סמיות, בשליטה עצמית. שלושה תדרים שונים (תדר נמוך, 1 הרץ; תדרים גבוהים, 20 הרץ ו-40 הרץ) של rTMS שימשו להמרצת קליפת המוח הקדם-מצחית הדו-צדדית-דורסולטרלית (DLPFC) של קוף הרזוס. שיטת צנתור שימשה לאיסוף CSF. כל הדגימות היו נתונות לזיהוי שבבים נוזליים כדי לנתח סמנים ביולוגיים CSF (Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau, pTau). רמות הסמן הביולוגי CSF השתנו עם הזמן לאחר גירוי על ידי rTMS. לאחר גירוי, רמת Aβ42 ב- CSF הראתה מגמת עלייה בכל התדרים (1 הרץ, 20 הרץ ו- 40 הרץ), עם הבדלים משמעותיים יותר עבור התדרים הגבוהים (p < 0.05) מאשר עבור התדר הנמוך.

לאחר rTMS בתדר גבוה, רמת הטאו (tTau) הכוללת של CSF עלתה מיד בנקודת הזמן שלאחר rTMS (p < 0.05) וירדה בהדרגה ב- 24 שעות. יתר על כן, התוצאות הראו כי רמת טאו זרחן (pTau) עלה מיד לאחר 40 Hz rTMS (p < 0.05). היחס בין Aβ42/Aβ40 הראה מגמת עלייה של 1 הרץ ו-20 הרץ (p < 0.05). לא היה הבדל משמעותי ברמות הטאו עם גירוי בתדר נמוך (1 הרץ). לפיכך, תדרים גבוהים (20 הרץ ו-40 הרץ) של rTMS עשויים להיות בעלי השפעות חיוביות על רמות Aβ ו- tau ב- CSF של קופי רזוס, בעוד rTMS בתדר נמוך (1 הרץ) יכולים להשפיע רק על רמות Aβ.

Introduction

עמילואיד-β (Aβ) ו tau הם סמנים ביולוגיים CSF חשובים. Aβ מורכב מ-42 חומצות אמינו (Aβ1-42), שהוא תוצר של חלבון הקדמה עמילואיד טרנסממברן (APP) שעבר הידרוליזה על ידי β- ו-γ-secretases1. Aβ1-42 עשוי להצטבר לתוך לוחות עמילואיד חוץ תאיים במוח בגלל מאפייני המסיסות שלה1,2. טאו הוא חלבון הקשור למיקרוטובולה שנמצא בעיקר באקסון ומעורב בהובלה אקסונית אנטרוגרדית3. היפרפוספורילציה לא תקינה של טאו נגרמת בעיקר על ידי חוסר האיזון בין קינאזים ופוספטזות, וכתוצאה מכך ניתוק של טאו ממיקרוטובולים ויצירת סבך נוירופיברילררי (NFT)1. הריכוז של טאו עולה ב- CSF מכיוון שחלבוני טאו טאו וזרחן (pTau) משתחררים לחלל החוץ תאי במהלך התהליך הנוירודגנרטיבי. מחקרים קודמים הראו כי סמנים ביולוגיים CSF רלוונטיים לשלושת השינויים הפתולוגיים העיקריים של המוח מחלת האלצהיימר (AD): לוחות עמילואיד חוץ תאיים, היווצרות NFT תאית, ואובדן נוירונים4. ריכוזים חריגים של Aβ ו tau נוכחים בשלב המוקדם של AD, ובכך מאפשרים אבחון מוקדם לספירה5,6.

בשנת 2016, צאי ואח ' מצא כי הבהוב אור לא פולשני (40 הרץ) הפחית את רמות Aβ1-40 ו Aβ1-42 בקליפת המוח החזותית של עכברים לפני הפקדה7. לאחרונה, הם דיווחו עוד כי גירוי טון שמיעתי (40 הרץ) שיפור זיהוי וזיכרון מרחבי, ירידה ברמות חלבון עמילואיד בהיפוקמפוס וקליפת המוח השמיעתית (AC) של עכברי 5XFAD, וירידה בריכוזי pTau במודל טאופתיה P301S8. תוצאות אלה מצביעות על כך שטכניקות לא פולשניות יכולות להשפיע על חילוף החומרים של Aβ ו- tau.

ככלי לא פולשני, גירוי מגנטי גולגולתי (TMS) יכול לעורר חשמלית רקמה עצבית, כולל חוט השדרה, עצבים היקפיים וקליפת המוח9. יתר על כן, זה יכול לשנות את ההתרגשות של קליפת המוח באתר מגורה ובקשרים פונקציונליים. לכן, TMS שימש לטיפול בהפרעות ניווניות ובדיקות פרוגנוסטיות ואבחון. הצורה הנפוצה ביותר של התערבות קלינית ב- TMS, rTMS, יכולה לגרום להפעלת קליפת המוח, לשנות את ההתרגשות של קליפת המוח, ולווסת את התפקוד הקוגניטיבי / מוטורי.

דווח כי 20 Hz rTMS היה אפקט נוירו-הגנתי במבחנה נגד גורמי לחץ חמצוני, כולל גלוטמט ו Aβ ושיפר את הכדאיות הכוללת של תאי HT22 היפוקמפוס חד שבטי בעכברים10. לאחר גירוי rTMS של 1 הרץ, האנזים β 1, APP-cleaving 1, APP, ורסיסי מסוף C שלו בהיפוקמפוס הופחתו במידה ניכרת. ראוי לציין, הליקוי של potentiation לטווח ארוך, למידה מרחבית, וזיכרון בהיפוקמפוס CA1 היה הפוך 11,12. Bai ואח ' חקר את ההשפעה של rTMS על תפקוד תנודת גמא הנגרמת על ידי Aβ במהלך בדיקת זיכרון עבודה. הם הגיעו למסקנה כי rTMS יכול להפוך תפקוד לקוי הנגרמת על ידי Aβ, וכתוצאה מכך יתרונות פוטנציאליים עבור זיכרון עבודה13. עם זאת, ישנם דיווחים מעטים על ההשפעות של rTMS על חילוף החומרים טאו ואת השינויים הדינמיים Aβ ו tau ב CSF לפני ואחרי rTMS. פרוטוקול זה מתאר את ההליך לבדיקת ההשפעות של rTMS בתדרים שונים (תדירות נמוכה, 1 הרץ; תדרים גבוהים,20 הרץ, ו 40 הרץ) על רמות Aβ ו tau ב CSF קוף רזוס.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל הניסויים בוצעו תחת ההנחיה לטיפול ושימוש בחיות מעבדה, שגובשה על ידי משרד המדע והטכנולוגיה של הרפובליקה העממית של סין, כמו גם את עקרונות הצהרת באזל. האישור ניתן על ידי הוועדה לטיפול בבעלי חיים של בית החולים הסיני המערבי של אוניברסיטת סצ'ואן (צ'נגדו, סין). איור 1 מציג את עיצוב המחקר החד-סמיות הנשלט על ידי עצמו המשמש כאן.

1. התקני rTMS

  1. השתמש סליל ממריץ שדה מגנטי בצורת 8 בצורת כדי לבצע את גירוי rTMS.

2. בעלי חיים

  1. שמור את קוף רזוס זכר (מאקה מולטה, 5 ק"ג, 5 שנים) בכלוב ביתי בודד עם גישה חופשית למי ברז ואוכל סטנדרטי. ודא כי התנאים הסביבתיים נשלטים כדי לספק לחות יחסית של 60-70%, טמפרטורה של 24 ± 2 °C (60 °F), ואור 12:12 שעות: מחזור כהה14,15. בצע את כל הניסויים על פי ההנחיה לטיפול ושימוש בחיות מעבדה.

3. שיטת דגימת CSF CSF של בור מים סדרתי

  1. יש שני ניסויים מאומנים לבצע שיטת צנתור כדי לדגום CSF מן magna הבור (איור 2).
  2. מיקום
    1. להרדים את הקוף על ידי הזרקה תוך שרירית של 5 מ"ג /ק"ג zolazepam-tiletamine (ראה את טבלת החומרים). כדי להבטיח הרדמה מוצלחת של הקוף, לחפש נשימה עמוקה ואיטית, רפלקס קרנית עמום או נעדר, והרפיה של שרירי הגפיים. ניטור הטמפרטורה שלה, דופק, נשימה, צבע קרום רירי, וזמן מילוי נימי במהלך שלב זה.
    2. לנהל 2 מ"ג/ק"ג מורפיום באמצעות הזרקה תוך שרירית כל 4 שעות.
    3. מניחים את הקוף על שולחן ניתוחים בתנוחת דקוביטוס לרוחב. לכופף את צווארו של הקוף, לכופף את החלק האחורי של הקוף, ולהביא את ברכיו לכיוון החזה.
  3. לנקב
    1. לחיטוי, הכן את האזור סביב הגב התחתון בטכניקה אספטית. הכנס מחט עמוד שדרה בין החוליות המותניות L4/L5, דחף אותה פנימה עד שיהיה "פופ" כאשר הוא נכנס לבור המותני שבו שוכן פלבום הרצועה.
    2. לדחוף את המחט שוב עד שיש "פופ" שני שבו הוא נכנס דורה מאטר. הסר את הסגנון ממחט עמוד השדרה ולאסוף טיפות של CSF.
  4. החדרת צנתר
    1. תחת הדרכה פלואורוסקופית, הכנס את צנתר האפידורל דרך מחט הדקירה לחלל התת-עכבישי עד שהוא מצוף במגנה הבור.
  5. השתלת יציאה
    1. בצע חתך של 5 ס"מ מאתר הדקירה לכיוון הראש ולבודד את העור מרקמה תת עורית כדי למקם את יציאת הדגימה. חבר את הנמל לסוף צנתר האפידורל והשתל את היציאה מתחת לעור; ואז, לתפור את החתך. לחטא את הפצע מדי יום כדי למנוע זיהום.
      הערה: הקוף מתאושש לחלוטין ביום שלאחר הניתוח.
  6. אוסף CSF
    1. השתמש בסורגים של הכלוב כדי לרסן את הקוף ולשמור על גבו כפוף.
    2. הכנס מזרק למרכז יציאת הדגימה כדי לחלץ את ה- CSF מהבור דרך הצנתר. השלך את 0.2 מ"ל הראשונים של CSF (הנפח הכולל של הצנתר והיציאה הוא 0.1 מ"ל), ולאחר מכן לאסוף 1 מ"ל של CSF לניתוח16.

4. אימון אדפטיבי כיסא קוף

  1. תקן את הקוף על כיסא הקופים לפני הניסוי כדי להימנע מהפרעה לתהליך התערבות RTMS (איור 3A, B).
  2. לאסוף CSF לניתוח סמנים ביולוגיים במצב ער של הקוף כדי למנוע את ההשפעה של תרופות הרדמה.
  3. ביום השלישי לאחר הצנתור התת-עכבישי, שבועיים לפני תחילת הניסוי, הכפיף את הקוף לאימון אדפטיבי עם כיסא הקופים, פעמיים ביום, במשך 30 דקות בכל פעם.

5. אימון אדפטיבי rTMS/גירוי מזויף

  1. בצעו את האימון הסתגלותי/גירוי מזויף של rTMS שבוע לאחר האימון האדפטיבי עם כיסא הקופים, שבוע לפני תחילת הניסוי הרשמי, כדי להימנע מהפרעה להתקדמות הניסוי בגלל תנודות וצלילים במהלך תהליך הגירוי.
  2. השתמש סליל מזויף (אשר מייצר רק רטט וקול ואינו מייצר שדה מגנטי) כדי לעורר את הקוף. הצע מזון לקוף לאחר גירוי כדי לעזור לו להסתגל לתהליך (איור 3C).
  3. בצע אימון אדפטיבי rTMS על כיסא קוף פעמיים ביום, במשך 30 דקות בכל פעם במשך שבועיים בסך הכל.

6. פרוטוקול טיפול

  1. השתמש בשלושה תדרים שונים (1 Hz/20 Hz/40 Hz/40 Hz) של rTMS כדי לעורר את ה- DLPFC הדו-צדדי (R-L-DLPFC) של הקוף, כמתואר לעיל17. לוקליזציה של ה- DLPFC על פי מערכת 10-20 הבינלאומית.
    1. נהל שלושה מפגשים שונים של rTMS עם תקופת שטיפה העולה על 24 h18,19.
      1. עבור התקופה הראשונה, השתמש בפרמטרים הבאים: תדירות של 1 הרץ עבור rTMS, דפוס של rTMS המורכב מ -20 רכבות מתפרצות, 20 פולסים עם מרווחי 10 שניות בין רכבות, ועוצמת גירוי של 100% מסף מנוע המנוחה הממוצע (RMT), פעמיים ביום במשך שלושה ימים רצופים20,21.
      2. עבור התקופה השנייה, השתמש בפרמטרים הבאים: רכבות בתדר גבוה (20 הרץ) rTMS עם 100% RMT למשך 2 s עם 28 מרווחי זמן בין רכבות, בסך הכל 2,000 גירויים (40 גירויים / רכבת, 50 רכבות) כל מושב, פעמיים ביום במשך שלושה ימים רצופים22.
      3. עבור התקופה השלישית, השתמש בפרמטרים הבאים: רכבות של rTMS בתדר גמא (40 הרץ) עם 100% RMT נמסר ב 1 s משך מופרדים על ידי 28 מרווחי זמן בין רכבות. שמור את המספר הכולל של פולסים עבור כל הפעלה זהה עם rTMS 20 הרץ, פעמיים ביום במשך שלושה ימים רצופים7,22.

7. סמנים ביולוגיים CSF

  1. נתח ארבעה סמנים ביולוגיים CSF: Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau ו- pTau.

8. שיטת איסוף וזיהוי אינדקסים של CSF

  1. השתמש בשיטת צנתור זעיר פולשנית כדי לדגום את ה- CSF.
  2. השתמש בסורגים של הכלוב כדי לרסן את הקוף ולשמור על גבו כפוף. הורה לאופרטור השני להכניס מזרק למרכז יציאת הדגימה, והבטח ש- CSF מופק דרך הצנתר.
  3. לאסוף CSF ב 5 נקודות זמן (4 דגימות בכל נקודת זמן במרווחי זמן של 3 דקות): טרום rTMS, 0 h/ 2 h / 6 h / 24 h לאחר rTMS23,24,255. לאסוף סך של 60 דגימות עבור 3 תדרים; מספר ולאחסן אותם במקרר -80 °C (80 °F) עד 1 חודש. לאחר הניסוי, לחשוף את כל הדגימות לזיהוי שבב נוזלי על פי הוראות היצרן (ראה טבלת החומרים).

9. ניתוח סטטיסטי

  1. הצג את כל הנתונים כממוצע ± סטיית תקן (SD).
  2. בצע את בדיקת שפירו-וילק כדי לבדוק נורמליות במקרה של גודל מדגם קטן. בצעו את בדיקת ההשוואות החוזרות ונשנות של ANOVA ו-Tukey.
    הערה: ערך (דו-זנבי) < 0.05 נחשב למשמעותי מבחינה סטטיסטית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

התוצאות הראו כי rTMS יכול להשפיע על רמות Aβ ו tau ב CSF קוף רזוס. רמות הסמן הביולוגי CSF השתנו עם הזמן לאחר גירוי rTMS בתדרים שונים (1 הרץ, 20 הרץ ו- 40 הרץ).

Aβ42 ו Aβ42/Aβ40
כפי שניתן לראות באיור 4A, לאחר גירוי rTMS של 1 הרץ, רמות ה- Aβ42 עלו בהדרגה מעל 24 שעות (p < 0.05) וחזרו לבסיס לאחר תקופת השטיפה. באופן דומה, לאחר גירוי DLPFC הדו-צדדי של הקוף עם rTMS ב 20 הרץ, רמות Aβ42 עלו עם הזמן והגיעו לשיא של 6 שעות לאחר גירוי (p < 0.05). עם זאת, לאחר גירוי עם rTMS 40 הרץ, רמות Aβ42 גדל באופן משמעותי מיד בנקודת הזמן של post-rTMS (p < 0.05) וירד לאט. באופן כללי, התדרים הגבוהים של rTMS (20 הרץ ו- 40 הרץ) העלו את רמות ה- Aβ42 במידה רבה יותר מהתדירות הנמוכה (1 הרץ) (p < 0.05). יתר על כן, רמות Aβ42 גדלו מהר יותר בתדרים הגבוהים, במיוחד ב 40 הרץ, הגיע לשיא רק לאחר גירוי. יתר על כן, רמת Aβ42 ב 40 הרץ עלה באופן משמעותי לעומת זה ב 20 הרץ (p < 0.05). היחס של Aβ42/Aβ40 הראה מגמת עלייה לאחר גירוי עם rTMS 1 הרץ ו 20 הרץ ועלה באופן משמעותי מ 2 שעות לאחר גירוי rTMS. יתר על כן, הוא גדל במידה רבה יותר לאחר rTMS של 20 הרץ מאשר עם 1 הרץ (p < 0.05) (איור 4B). עם זאת, לא היה הבדל משמעותי ביחס Aβ42/Aβ40 ב- 40 הרץ.

pTau ו-tTau
בסך הכל, רמות ה-tTau ב-CSF הקופים עלו מיד לאחר גירוי rTMS של 20 הרץ ו-40 הרץ (p < 0.05) וירדו בהדרגה (איור 4C). עם זאת, לא היה הבדל משמעותי לאחר rTMS 1 הרץ. רמת ה-pTau עלתה מיד ובדרמטיות לאחר הגירוי עם rTMS של 40 הרץ (p < 0.05) וירדה אל מתחת לרמה הבסיסית לאחר 24 שעות (איור 4D). בנוסף, רמת ה-pTau הראתה מגמת ירידה לאחר גירוי rTMS של 1 הרץ ו-20 הרץ. לכן, בהשוואה לשני התדרים האחרים (1 הרץ ו-20 הרץ), rTMS של 40 הרץ הראו השפעות משמעותיות יותר על רמות טאו (p < 0.05).

בסיס לאחר שטיפה
לאחר תקופת שטיפה של 24 שעות, לא נצפה הבדל משמעותי מקו הבסיס (p > 0.05) בכל רמות הסמן הביולוגי CSF.

Figure 1
איור 1: תרשים הזרימה של מחקר פיילוט זה. קיצור: rTMS = גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי חוזר ונשנה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: צנתור זעיר פולשני לדגימה סדרתית של CSF ממאגנה של בור מים. ניקור מותני שגרתי היה מלווה בצנתור זעיר פולשני, שבו צנתר אפידורלי חדר לחלל התת-עכבישי והמשיך לצוף במגנה הבור בהנחיית רנטגן (חץ אדום). נמל דגימה הושאר תת עורית ליד נקודת הנקב כדי לאפשר דגימה של CSF מגנה הבור תחת חיה בהכרה מלאה. קיצור: CSF = נוזל שדרתי. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: אימון הסתגלות לכיסא קוף. (א) חזית; (ב) לרוחב; (C) אימון אדפטיבי rTMS / גירוי מזויף. קיצור: rTMS = גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי חוזר ונשנה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: ההשפעות של rTMS על רמות Aβ ו- tau ב- CSF קוף רזוס. חמשת הפסים עבור כל תדר מייצגים חמש נקודות זמן: טרום-rTMS, 0 h post-rTMS, 2 שעות לאחר rTMS, 6 שעות לאחר rTMS ו- 24 שעות לאחר rTMS. (A) שינויים ברמת Aβ42 ב- CSF הקופים לאחר rTMS; (B) שינויים ביחס Aβ42/Aβ40 ב- CSF הקופים לאחר rTMS; (C) שינויים ברמות tTau בקוף CSF לאחר גירוי rTMS; (D) שינויים ברמות pTau ב CSF קוף לאחר rTMS. * מייצג הבדל משמעותי מרמת טרום rTMS, p < 0.05. # ו▲ מייצגים הבדלים משמעותיים מהרמה של 1 הרץ או 20 הרץ באותה נקודת זמן, בהתאמה. p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001, **** מייצג p < 0.0001. קיצורים: rTMS = גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי חוזר ונשנה; CSF = נוזל שדרתי; tTau = טוטאל טאו; pTau = טאו זרחן. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Aβ1-42, סמן ביולוגי מבוסס היטב של AD, הוא סמן ביולוגי מרכזי CSF הקשורים חילוף החומרים Aβ ו היווצרות פלאק עמילואיד במוח, היה בשימוש נרחב בניסויים קליניים במרפאה26. מחקרים אחרונים הראו כי יחס CSF Aβ42/Aβ40 הוא סמן ביולוגי אבחוני טוב יותר של AD מאשר Aβ42 לבד כי זה אינדיקטור טוב יותר של פתולוגיה מסוג AD27,28. חלבוני טאו ו- pTau משתחררים לחלל החוץ תאי במהלך התהליך הנוירודגנרטיבי, וכתוצאה מכך ריכוזי טאו מוגברים ב- CSF20,29. לכן, CSF Aβ1-42, Aβ42/Aβ40, tTau ו- pTau מאושרים ומשולבים סמנים ביולוגיים של CSF בקריטריוני האבחון המתוקנים של AD1,29.

מחקר זה מדגים כי לאחר גירוי rTMS, רמות Aβ42 ב- CSF הראו מגמת עלייה בכל התדרים. rTMS בתדר גבוה (20 הרץ ו- 40 הרץ) הגדילו את רמות ה- Aβ42 במידה רבה יותר מהתדר הנמוך. על פי מחקר קודם30,31, רמה נמוכה של Aβ42 ב- CSF קשורה לניוון עצבי ספציפי לספירה (כלומר, ניוון היפוקמפוס). עם זאת, העלייה Aβ לאחר גירוי rTMS הופך את התכונות הפתולוגיות של AD, המציין כי rTMS עשוי לנרמל את רמות Aβ. מחקר פרה קליני מציין כי רמת Aβ מוסדר על ידי פעילות עצבית32. לכן, rTMS בתדר גבוה, לעומת rTMS בתדר נמוך, עשוי להגביר את הייצור של כל החומרים Aβ, כולל Aβ42, על ידי הפעלת פעילות רשת עצבית. בנוסף, המחקר מצא כי לאחר 24 שעות של rTMS בשלושה תדרים שונים (1 הרץ, 20 הרץ, ו 40 הרץ), רמת pTau הייתה מתחת לקו הבסיס. זה הצביע על ירידה בחלבון pTau חריג, הפחתת הכריכה שלו microtubules ושמירה על המבנה הרגיל של נוירונים. עם זאת, לאחר rTMS בתדר גבוה, רמת tTau של CSF מיד גדלה וירדה בהדרגה מעל 24 שעות. המנגנון שבבסיס התופעה עדיין לא ברור.

מחקר זה מאשר באופן אובייקטיבי את ההשפעה של rTMS על חילוף החומרים Aβ וטאו ב- CSF. בהשוואה לשיטות הערכה אחרות, סמנים ביולוגיים CSF יכולים לשקף את חילוף החומרים והפתולוגיה של המוח, ומספקים חלון למוח. שיטה זו היא בטוחה נסבל היטב ויש לו ישימות קלינית גדולה33,34. הטכניקה הנפוצה ביותר לאיסוף CSF היא לבצע ניקור מותני. עם זאת, זה מאתגר לאסוף CSF מספר פעמים בתקופה קצרה, שכן ישנם סיכונים של זיהום מערכת העצבים המרכזית ודליפת CSF עקב נקב dural חוזר ונשנה35,36.

פרוטוקול זה משתמש בשיטת דגימת CSF חדשנית, המאפשרת דגימת CSF חוזרת בתנאים ערים לחלוטין, עם סיכונים נמוכים של תופעות הלוואי הנ"ל. נמל הדגימה ממוקם מתחת לעור כך שהקוף לא יכול לגרד את הנמל. לכן, ניתן לאסוף את ה- CSF ישירות דרך יציאת הדגימה ולא על ידי ניקור מותני. השיטה נוחה ומהירה ומונעת את ההשפעה של הרדמה16. לכן, חוקרים הזקוקים לדגימות מרובות של קופים CSF יכולים לשקול את שיטת הדגימה הסדרתית CSF של CSF. כדי להימנע מהפרעה לתהליך של rTMS, אימון אדפטיבי כיסא קופים ואימוני הסתגלות rTMS חשובים לפני תחילת הניסוי.

עם זאת, ראשו של הקוף עדיין יש טווח קטן של תנועה במהלך הניסוי גם לאחר האימון. לפיכך, מומלץ להשתמש במערכת מעקב בסיוע רובוט, כדי לוקליזציה של אתרי הגירוי ולמקם את סליל TMS בו זמנית כאשר הראש נע. למחקר זה יש כמה מגבלות: החיה ששימשה כאן הייתה קוף רגיל ולא מודל פתולוגי (כגון כלבים מיושנים37), וגודל המדגם היה קטן. עם זאת, מחקר פיילוט זה הראה שינויים דינמיים מעניינים ברמות של Aβ ו tau לאחר rTMS, המציין את היתרונות הפוטנציאליים של rTMS על AD ומצדיק חקירה נוספת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר.

Acknowledgments

המחברים רוצים להודות סצ'ואן גרין-האוס ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ על מתן כיסא הקופים והתקנים יחסיים אחרים. מחקר זה לא קיבל מענק ספציפי מאף סוכנות מימון במגזר הציבורי, המסחרי או ללא מטרות רווח.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Niemantsverdriet, E., Valckx, S., Bjerke, M., Engelborghs, S. Alzheimer's disease CSF biomarkers: clinical indications and rational use. Acta Neurologica Belgica. 117 (3), 591-602 (2017).
  2. Ohnishi, S., Takano, K. Amyloid fibrils from the viewpoint of protein folding. Cellular and Molecular Life Sciences. 61 (5), 511-524 (2004).
  3. Hernandez, F., Avila, J. Tauopathies. Cellular and Molecular Life Sciences. 64 (17), 2219-2233 (2007).
  4. Ballard, C., et al. Alzheimer's disease. Lancet. 377 (9770), 1019-1031 (2011).
  5. De Meyer, G., et al. Diagnosis-independent Alzheimer disease biomarker signature in cognitively normal elderly people. Archives of Neurology. 67 (8), 949-956 (2010).
  6. Jansen, W. J., et al. Prevalence of cerebral amyloid pathology in persons without dementia: a meta-analysis. JAMA. 313 (19), 1924-1938 (2015).
  7. Iaccarino, H. F., et al. Gamma frequency entrainment attenuates amyloid load and modifies microglia. Nature. 540 (7632), 230-235 (2016).
  8. Martorell, A. J., et al. Multi-sensory gamma stimulation ameliorates Alzheimer's-associated pathology and improves cognition. Cell. 177 (2), 256-271 (2019).
  9. Kobayashi, M., Pascual-Leone, A. Transcranial magnetic stimulation in neurology. Lancet Neurology. 2 (3), 145-156 (2003).
  10. Post, A., Muller, M. B., Engelmann, M., Keck, M. E. Repetitive transcranial magnetic stimulation in rats: evidence for a neuroprotective effect in vitro and in vivo. European Journal of Neuroscience. 11 (9), 3247-3254 (1999).
  11. Huang, Z., et al. Low-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation ameliorates cognitive function and synaptic plasticity in APP23/PS45 mouse model of Alzheimer's disease. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 292 (2017).
  12. Tan, T., et al. Low-frequency (1 Hz) repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) reverses Abeta(1-42)-mediated memory deficits in rats. Experimental Gerontology. 48 (8), 786-794 (2013).
  13. Bai, W., et al. Repetitive transcranial magnetic stimulation reverses Abeta1-42-induced dysfunction in gamma oscillation during working memory. Currrent Alzheimer Research. 15 (6), 570-577 (2018).
  14. Heo, J. H., et al. Spatial distribution of glucose hypometabolism induced by intracerebroventricular streptozotocin in monkeys. Journal of Alzheimers Disease. 25 (3), 517-523 (2011).
  15. Lee, Y., et al. Insulin/IGF signaling-related gene expression in the brain of a sporadic Alzheimer's disease monkey model induced by intracerebroventricular injection of streptozotocin. Journal of Alzheimers Disease. 38 (2), 251-267 (2014).
  16. Zhang, Y., et al. Temporal analysis of blood-brain barrier disruption and cerebrospinal fluid matrix metalloproteinases in rhesus monkeys subjected to transient ischemic stroke. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 37 (8), 2963-2974 (2017).
  17. Liao, X., et al. Repetitive transcranial magnetic stimulation as an alternative therapy for cognitive impairment in Alzheimer's disease: a meta-analysis. Journal of Alzheimers Disease. 48 (2), 463-472 (2015).
  18. Hwang, J. M., Kim, Y. H., Yoon, K. J., Uhm, K. E., Chang, W. H. Different responses to facilitatory rTMS according to BDNF genotype. Clinical Neurophysiology. 126 (7), 1348-1353 (2015).
  19. Uhm, K. E., Kim, Y. H., Yoon, K. J., Hwang, J. M., Chang, W. H. BDNF genotype influence the efficacy of rTMS in stroke patients. Neuroscience Letters. 594, 117-121 (2015).
  20. Ahmed, M. A., Darwish, E. S., Khedr, E. M., El Serogy, Y. M., Ali, A. M. Effects of low versus high frequencies of repetitive transcranial magnetic stimulation on cognitive function and cortical excitability in Alzheimer's dementia. Journal of Neurology. 259 (1), 83-92 (2012).
  21. Tan, T., et al. Low-frequency (1 Hz) repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) reverses Aβ(1-42)-mediated memory deficits in rats. Experimental Gerontology. 48 (8), 786-794 (2013).
  22. Cotelli, M., et al. Improved language performance in Alzheimer disease following brain stimulation. Journal of Neurology Neurosurgery and Psychiatry. 82 (7), 794-797 (2011).
  23. Dobrowolska, J. A., et al. CNS amyloid-beta, soluble APP-alpha and -beta kinetics during BACE inhibition. Journal of Neuroscience. 34 (24), 8336-8346 (2014).
  24. Sankaranarayanan, S., et al. First demonstration of cerebrospinal fluid and plasma A beta lowering with oral administration of a beta-site amyloid precursor protein-cleaving enzyme 1 inhibitor in nonhuman primates. Journal of Pharmacology Experimental Therapeutics. 328 (1), 131-140 (2009).
  25. Schoenfeld, H. A., et al. The effect of angiotensin receptor neprilysin inhibitor, sacubitril/valsartan, on central nervous system amyloid-beta concentrations and clearance in the cynomolgus monkey. Toxicology and Applied Pharmacology. 323, 53-65 (2017).
  26. Blennow, K., Mattsson, N., Scholl, M., Hansson, O., Zetterberg, H. Amyloid biomarkers in Alzheimer's disease. Trends in Pharmacological Sciences. 36 (5), 297-309 (2015).
  27. Janelidze, S., et al. CSF Abeta42/Abeta40 and Abeta42/Abeta38 ratios: better diagnostic markers of Alzheimer disease. Annals of Clinical and Translational Neurology. 3 (3), 154-165 (2016).
  28. Vogelgsang, J., Wedekind, D., Bouter, C., Klafki, H. W., Wiltfang, J. Reproducibility of Alzheimer's disease cerebrospinal fluid-biomarker measurements under clinical routine conditions. Journal of Alzheimers Disease. 62 (1), 203-212 (2018).
  29. Dubois, B., et al. Advancing research diagnostic criteria for Alzheimer's disease: the IWG-2 criteria. Lancet Neurology. 13 (6), 614-629 (2014).
  30. Schuff, N., et al. MRI of hippocampal volume loss in early Alzheimer's disease in relation to ApoE genotype and biomarkers. Brain. 132, Pt 4 1067-1077 (2009).
  31. Stricker, N. H., et al. CSF biomarker associations with change in hippocampal volume and precuneus thickness: implications for the Alzheimer's pathological cascade. Brain Imaging and Behavior. 6 (4), 599-609 (2012).
  32. Cirrito, J. R., et al. Synaptic activity regulates interstitial fluid amyloid-beta levels in vivo. Neuron. 48 (6), 913-922 (2005).
  33. Duits, F. H., et al. Performance and complications of lumbar puncture in memory clinics: Results of the multicenter lumbar puncture feasibility study. Alzheimers & Dementia. 12 (2), 154-163 (2016).
  34. Engelborghs, S., et al. Consensus guidelines for lumbar puncture in patients with neurological diseases. Alzheimers Dement. 8, 111-126 (2017).
  35. Costerus, J. M., Brouwer, M. C., van de Beek, D. Technological advances and changing indications for lumbar puncture in neurological disorders. Lancet Neurology. 17 (3), 268-278 (2018).
  36. Wang, Y. F., et al. Cerebrospinal fluid leakage and headache after lumbar puncture: a prospective non-invasive imaging study. Brain. 138, Pt 6 1492-1498 (2015).
  37. Schmidt, F., et al. Detection and quantification of beta-amyloid, pyroglutamyl Abeta, and tau in aged canines. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 74 (9), 912-923 (2015).

Tags

מדעי המוח גיליון 175
מחקר פיילוט על הגירוי המגנטי הטרנס-גולגולתי החוזר ונשנה של רמות Aβ ו- Tau בנוזל השדרתי של קופי רזוס
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Liao, L. Y., Zhang, Y. Q., Lau, B.… More

Liao, L. Y., Zhang, Y. Q., Lau, B. W. M., Wu, Q., Fan, Z. Y., Gao, Q., Zhong, Z. H. A Pilot Study on the Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation of Aβ and Tau Levels in Rhesus Monkey Cerebrospinal Fluid. J. Vis. Exp. (175), e63005, doi:10.3791/63005 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter