Summary
Burada, farklı frekanslarda (1 Hz/20 Hz/40 Hz) tekrarlayan transkraniyal manyetik stimülasyonun Rhesus maymun beyin omurilik sıvısında Aβ ve tau metabolizması üzerindeki etkisini araştırmak için bir pilot çalışmanın prosedürünü açıklıyoruz.
Abstract
Önceki çalışmalar, invaziv olmayan bir ışık titremesi rejiminin ve işitsel ton stimülasyonunun beyindeki Aβ ve tau metabolizmasını etkileyebileceğini göstermiştir. İnvaziv olmayan bir teknik olarak nörodejeneratif bozuklukların tedavisinde tekrarlayan transkraniyal manyetik stimülasyon (rTMS) uygulanmıştır. Bu çalışmada rTMS'nin rhesus maymun beyin omurilik sıvısında (CSF) Aβ ve tau düzeyleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu tek kör, kendi kendini kontrol eden bir çalışma. Rhesus maymununun bilateral-dorsolateral prefrontal korteksini (DLPFC) uyarmak için üç farklı frekans (düşük frekans, 1 Hz; yüksek frekanslar, 20 Hz ve 40 Hz) kullanıldı. CSF toplamak için kateterizasyon yöntemi kullanılmıştır. Tüm numuneler CSF biyobelirteçlerini (Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau, pTau) analiz etmek için sıvı çip tespitine tabi tutuldu. CSF biyobelirteç düzeyleri rTMS tarafından uyarılma sonrası zamanla değişti. Stimülasyondan sonra, CSF'deki Aβ42 seviyesi tüm frekanslarda (1 Hz, 20 Hz ve 40 Hz) bir yükseliş eğilimi gösterdi ve yüksek frekanslar için (p < 0.05) düşük frekanstan daha önemli farklılıklar gösterdi.
Yüksek frekanslı rTMS'den sonra, CSF'nin toplam Tau (tTau) seviyesi rTMS sonrası zaman noktasında hemen artmıştır (p < 0.05) ve kademeli olarak 24 saat azaldı. Ayrıca, sonuçlar fosforillenmiş Tau (pTau) seviyesinin 40 Hz rTMS'den hemen sonra arttığını göstermiştir (p < 0.05). Aβ42/Aβ40 oranı 1 Hz ve 20 Hz'de (s < 0.05) bir yükseliş gösterdi. Düşük frekanslı (1 Hz) stimülasyonlu tau seviyelerinde anlamlı bir fark yoktu. Bu nedenle, rTMS'nin yüksek frekansları (20 Hz ve 40 Hz), rhesus maymunu CSF'deki Aβ ve tau seviyeleri üzerinde olumlu etkilere sahip olabilirken, düşük frekanslı (1 Hz) rTMS sadece Aβ seviyelerini etkileyebilir.
Introduction
Amiloid β (Aβ) ve tau önemli CSF biyobelirteçlerdir. Aβ, β ve γ salgılar1 tarafından hidrolize edilmiş transmembran amiloid öncül proteininin (APP) ürünü olan 42 amino asitten (Aβ1-42) oluşur. Aβ1-42, çözünürlük özellikleri nedeniyle beyindeki hücre dışı amiloid plaklarına bir araya gelebilir1,2. Tau, esas olarak aksonlarda bulunan ve anterograd aksonal taşımada yer alan mikrotübül ilişkili bir proteindir3. Anormal tau hiperfosforilasyonu esas olarak kinazlar ve fosfatazlar arasındaki dengesizlikten etkilenerek tau'nun mikrotübüllerden kopması ve nörofibril karışıklıkların (NFT)1 oluşumu ile sonuçlanır. Tau ve fosforillenmiş tau proteinleri (pTau) nörodejeneratif süreç sırasında hücre dışı alana salındığı için CSF'de tau konsantrasyonu artar. Önceki çalışmalar, CSF biyobelirteçlerinin Alzheimer hastalığı (AD) beyninin üç ana patolojik değişikliğiyle ilgili olduğunu göstermiştir: hücre dışı amiloid plaklar, hücre içi NFT oluşumu ve nöron kaybı4. AD'nin erken evresinde anormal Aβ ve tau konsantrasyonları mevcuttur, böylece erken AD tanısına izin verir5,6.
2016 yılında, Tsai ve arkadaşları, invaziv olmayan ışık titremesinin (40 Hz) ön çökelti farelerinin görsel korteksinde Aβ1-40 ve Aβ1-42 seviyelerini azalttığını buldu7. Son zamanlarda, işitsel ton stimülasyonunun (40 Hz) tanıma ve mekansal hafızayı iyileştirdiğini, hipokampustaki amiloid protein seviyelerini ve 5XFAD farelerinin işitsel korteksini (AC) azalttığını ve P301S tauopati modelinde pTau konsantrasyonlarının azaldığını bildirdiler8. Bu sonuçlar, non-invaziv tekniklerin Aβ ve tau metabolizmalarını etkileyebileceğini göstermektedir.
İnvaziv olmayan bir araç olarak, transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS), omurilik, periferik sinirler ve serebral korteks9 dahil olmak üzere sinir dokusunu elektriksel olarak uyarabilir. Ayrıca, uyarılmış bölgede ve fonksiyonel bağlantılarda serebral korteksin uyarılabilirliğini değiştirebilir. Bu nedenle TMS nörodejeneratif bozuklukların tedavisinde ve prognostik ve tanısal testlerde kullanılmıştır. TMS'de en yaygın klinik müdahale şekli olan rTMS, korteks aktivasyonunu teşvik edebilir, korteksin genişletilebilirliğini değiştirebilir ve bilişsel/ motor fonksiyonu düzenleyebilir.
20 Hz rTMS'nin glutamat ve Aβ dahil olmak üzere oksidatif stresörlere karşı in vitro nöroprotektif etkiye sahip olduğu ve farelerde monoklonal hipokampal HT22 hücrelerinin genel canlılığını iyileştirdiği bildirilmiştir10. 1 Hz rTMS stimülasyonundan sonra, β bölgesi APP-cleaving enzimi 1, APP ve hipokampustaki C-terminal parçaları önemli ölçüde azaltıldı. Özellikle, hipokampal CA1'de uzun süreli potensiyasyon, mekansal öğrenme ve hafıza bozukluğu tersine çevrildi11,12. Bai ve arkadaşları, rTMS'nin çalışma belleği testi sırasında Aβ kaynaklı gama salınım disfonksiyonu üzerindeki etkisini araştırdı. RTMS'nin Aβ kaynaklı disfonksiyonu tersine çevirebileceği ve bunun da çalışma belleği için potansiyel faydalar sağlayabileceği sonucuna vardılar13. Bununla birlikte, rTMS'nin tau metabolizması üzerindeki etkileri ve rTMS öncesi ve sonrası CSF'de Aβ ve tau'daki dinamik değişiklikler hakkında çok az rapor vardır. Bu protokol, rTMS'nin rhesus maymunu CSF'deki Aβ ve tau düzeylerindeki farklı frekanslardaki (düşük frekans, 1 Hz; yüksek frekanslar,20 Hz ve 40 Hz) etkilerini araştırma prosedürünü açıklar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm deneyler, Çin Halk Cumhuriyeti Bilim ve Teknoloji Bakanlığı tarafından formüle edilen Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Rehberliğinde ve Basel Deklarasyonu ilkeleri kapsamında gerçekleştirildi. Sichuan Üniversitesi Batı Çin Hastanesi Hayvan Bakım Komitesi (Chengdu, Çin) tarafından onay verildi. Şekil 1 burada kullanılan tek kör, kendi kendini kontrol eden çalışma tasarımını göstermektedir.
1. rTMS cihazları
- rTMS stimülasyonunu gerçekleştirmek için 8 şekilli manyetik alan uyarıcı bobini kullanın.
2. Hayvan
- Erkek rhesus maymununu (Macaca mulatta, 5 kg, 5 yaşında) musluk suyuna ve standart yiyeceğa ücretsiz erişime sahip bireysel bir ev kafesinde tutun. Çevresel koşulların% 60-70 bağıl nem, 24 ± 2 ° C sıcaklık ve 12:12 saat ışık sağlayacak şekilde kontrol edildiklerinden emin olun: karanlık döngü14,15. Tüm deneyleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzuna göre gerçekleştirin.
3. Seri sarnıç magna CSF örnekleme yöntemi
- İki eğitimli deneycinin sarnıç magnasından CSF örneği almak için kateterizasyon yöntemi gerçekleştirmesini sağlamak (Şekil 2).
- Konumlandırma
- Maymunu 5 mg/kg zolazepam-tiletamin intramüsküler enjeksiyonla uyuşturun ( Bkz. Malzeme Tablosu). Maymunun başarılı bir şekilde uyuşturulmasını sağlamak için derin ve yavaş nefes alma, donuk veya yok kornea refleksi ve ekstremite kaslarının gevşemesini arayın. Bu aşamada sıcaklığını, nabzını, solunumunu, mukoza zar rengini ve kılcal dolgu süresini izleyin.
- Her 4 saatte bir intramüsküler enjeksiyon ile 2 mg/kg morfin sür.
- Maymunu lateral decubitus pozisyonunda bir ameliyat masasına yerleştirin. Maymunun boynunu bükün, maymunun arkasını kambur bükün ve dizlerini göğsüne doğru getirin.
- Delinme
- Dezenfeksiyon için, aseptik tekniği kullanarak alt sırtın etrafındaki alanı hazırlayın. Bel omurları L4/L5 arasına bir omurilik iğnesi yerleştirin, bağ flavum'un yerleştirildiği bel sarnıcına girdiğinde bir "pop" olana kadar itin.
- İğneyi, dura mater'e girdiği yerde ikinci bir "pop" olana kadar tekrar itin. Omurilik iğnesinden stileyi çekin ve CSF damlalarını toplayın.
- Kateter ekleme
- Floroskopik rehberlik altında, epidural kateteri, sarnıç magnasında şamandıra olana kadar delinme iğnesi aracılığıyla subaraknoid boşluğa yerleştirin.
- Bağlantı noktası implantasyonu
- Delinme bölgesinden başın yönüne kadar 5 cm'lik bir kesi yapın ve örnekleme portunu yerleştirmek için cildi deri altı dokusundan izole edin. Bağlantı noktasını epidural kateterin sonuna bağlayın ve bağlantı noktasını cildin altına takın; sonra, kesiği dikin. Enfeksiyonu önlemek için yarayı günlük olarak dezenfekte edin.
NOT: Maymun ameliyattan sonraki gün tamamen iyileşir.
- Delinme bölgesinden başın yönüne kadar 5 cm'lik bir kesi yapın ve örnekleme portunu yerleştirmek için cildi deri altı dokusundan izole edin. Bağlantı noktasını epidural kateterin sonuna bağlayın ve bağlantı noktasını cildin altına takın; sonra, kesiği dikin. Enfeksiyonu önlemek için yarayı günlük olarak dezenfekte edin.
- CSF koleksiyonu
- Maymunu dizginlemek ve sırtını bükmek için kafesin çubuklarını kullanın.
- CSF'yi sarnıç magnasından kateterden çıkarmak için örnekleme portunun ortasına bir şırınna yerleştirin. CSF'nin ilk 0,2 mL'sini atın (kateter ve bağlantı noktasının toplam hacmi 0,1 mL'dir) ve ardından analiz için 1 mL CSF toplayın16.
4. Maymun sandalye uyarlamalı eğitim
- RTMS müdahale sürecini kesintiye uğratmamak için deneyden önce maymun sandalyesine maymunu sabitleyin (Şekil 3A,B).
- Anestezik ilaçların etkisini önlemek için maymunun uyanık durumunda biyobelirteç analizi için CSF toplayın.
- Subaraknoid kateterizasyondan sonraki üçüncü günde, deneyin başlamasından 2 hafta önce, maymunu her seferinde 30 dakika boyunca günde iki kez maymun sandalyesi ile adaptif eğitime tabi edin.
5. rTMS uyarlanabilir eğitim / sham stimülasyonu
- RTMS uyarlamalı eğitimi / sham stimülasyonunu maymun sandalyesi ile adaptif eğitimden bir hafta sonra, stimülasyon işlemi sırasında titreşimler ve sesler nedeniyle deneyin ilerlemesini engellememek için resmi deneyin başlamasından bir hafta önce gerçekleştirin.
- Maymunu uyarmak için bir sahte bobin (sadece titreşim ve ses üreten ve manyetik alan üretmeyen) kullanın. İşleme uyum sağlamasına yardımcı olmak için uyarılmadan sonra maymuna yiyecek sunun (Şekil 3C).
- Günde iki kez, toplam 2 hafta boyunca her seferinde 30 dakika boyunca bir maymun sandalyesinde rTMS uyarlanabilir eğitim gerçekleştirin.
6. Tedavi protokolü
- Maymunun bilateral-DLPFC'sini (R-L-DLPFC) uyarmak için daha önce açıklandığı gibi üç farklı frekans (1 Hz/20 Hz/40 Hz) rTMS kullanın. DLPFC'yi uluslararası 10-20 sistemine göre yerelleştirin.
- 24 h18,19'u aşan bir yıkama süresi ile üç farklı rTMS seansı gerçekleştirin.
- İlk dönem için aşağıdaki parametreleri kullanın: rTMS için 1 Hz frekans, 20 patlak trenden oluşan bir rTMS deseni, trenler arasında 10 s trenler arası aralıklarla 20 darbe ve ortalama dinlenme motoru eşiğinin (RMT)% 100'ü kadar bir uyarım yoğunluğu, üç ardışık gün boyunca günde iki kez20,21.
- İkinci dönem için aşağıdaki parametreleri kullanın: 28 s trenler arası aralıklarla 2 s süre için %100 RMT ile yüksek frekanslı (20 Hz) rTMS trenleri, her seansta günde iki kez olmak üzere toplam 2.000 uyaran (40 uyaran/tren, 50 tren) iki kez ardışık üç gün22.
- Üçüncü dönem için aşağıdaki parametreleri kullanın: 1 s süre içinde teslim edilen %100 RMT'ye sahip gama frekanslı (40 Hz) rTMS trenleri 28 sn trenler arası aralıklarla ayrılmıştır. Her seans için toplam darbe sayısını 20 Hz rTMS ile aynı tutun, art arda üç gün boyunca günde iki kez7,22.
- 24 h18,19'u aşan bir yıkama süresi ile üç farklı rTMS seansı gerçekleştirin.
7. CSF biyobelirteçler
- Dört CSF biyobelirteciyi analiz edin: Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau ve pTau.
8. CSF toplama ve dizin algılama yöntemi
- CSF'yi örneklemek için minimal invaziv bir kateterizasyon yöntemi kullanın.
- Maymunu dizginlemek ve sırtını bükmek için kafesin çubuklarını kullanın. Diğer operatöre, CSF'nin kateterden çıkarılmasını sağlayarak örnekleme bağlantı noktasının ortasına bir şırınna takmasını söyleyin.
- CSF'yi 5 zaman noktasında toplayın (her zaman noktasında 3 dakika aralıklarla 4 örnek): rTMS öncesi, 0 h/2 h/6 h/24 h post-rTMS23,24,25. 3 frekans için toplam 60 örnek toplayın; numarasını alın ve 1 aya kadar -80 °C buzdolabında saklayın. Deneyden sonra, tüm numuneleri üreticinin talimatlarına göre sıvı talaş tespitine tabi edin (Bkz. Malzeme Tablosu).
9. İstatistiksel analiz
- Tüm verileri standart sapma (SD) ± ortalama olarak sunun.
- Küçük bir örnek boyutu durumunda normalliği test etmek için Shapiro-Wilk testini gerçekleştirin. ANOVA ve Tukey'in çoklu karşılaştırma testini iki yönlü tekrarlanan ölçümler gerçekleştirin.
NOT: 0,05 < (iki kuyruklu) değeri istatistiksel olarak anlamlı olarak kabul edildi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Sonuçlar, rTMS'nin rhesus maymunu CSF'deki Aβ ve tau seviyelerini etkileyebileceğini gösterdi. CSF biyobelirteç seviyeleri, rTMS stimülasyonundan sonra farklı frekanslarda (1 Hz, 20 Hz ve 40 Hz) zamanla değişti.
Aβ42 ve Aβ42/Aβ40
Şekil 4A'da gösterildiği gibi, 1 Hz rTMS stimülasyonundan sonra, Aβ42 seviyeleri yavaş yavaş 24 saatin (p < 0.05) üzerine çıktı ve yıkama süresinden sonra taban çizgisine geri döndü. Benzer şekilde, maymunun bilateral DLPFC'si 20 Hz'de rTMS ile uyarıldıktan sonra, Aβ42 seviyeleri zamanla arttı ve stimülasyondan sonra 6 saatte zirveye ulaştı (p < 0.05). Bununla birlikte, 40 Hz rTMS ile uyarılmadan sonra, Aβ42 seviyeleri rTMS sonrası (p < 0.05) zaman noktasında hemen önemli ölçüde arttı ve yavaşça azaldı. Genel olarak, rTMS'nin (20 Hz ve 40 Hz) yüksek frekansları Aβ42 seviyelerini düşük frekanstan (1 Hz) daha büyük ölçüde artırdı (p < 0.05). Ayrıca, Aβ42 seviyeleri yüksek frekanslarda, özellikle 40 Hz'de daha hızlı arttı, stimülasyondan hemen sonra zirveye ulaştı. Ayrıca, 40 Hz'deki Aβ42 seviyesi, 20 Hz'dekine kıyasla önemli ölçüde yükseldi (p < 0.05). Aβ42/Aβ40 oranı 1 Hz ve 20 Hz rTMS ile stimülasyondan sonra yükseliş gösterdi ve rTMS stimülasyonundan sonra 2 h'den önemli ölçüde arttı. Ayrıca, 20 Hz rTMS'den sonra 1 Hz 'e (p < 0.05) göre daha büyük bir ölçüde artmıştır (Şekil 4B). Bununla birlikte, Aβ42/Aβ40 oranında 40 Hz'de önemli bir fark yoktu.
pTau ve tTau
Genel olarak, maymun CSF'deki tTau seviyeleri hem 20 Hz hem de 40 Hz rTMS stimülasyonundan (p < 0.05) hemen sonra arttı ve yavaş yavaş azaldı (Şekil 4C). Ancak, 1 Hz rTMS'den sonra önemli bir fark yoktu. pTau seviyesi, 40 Hz rTMS (p < 0.05) ile stimülasyondan hemen ve çarpıcı bir şekilde artmış ve 24 saat sonra taban çizgisi seviyesinin altına düşmüştür (Şekil 4D). Ek olarak, pTau seviyesi 1 Hz ve 20 Hz rTMS stimülasyonundan sonra düşüş eğilimi gösterdi. Bu nedenle, diğer iki frekansa (1 Hz ve 20 Hz) kıyasla, 40 Hz rTMS Tau seviyeleri üzerinde daha önemli etkiler göstermiştir (p < 0.05).
Yıkamadan sonra taban çizgisi
24 saat süren yıkama süresinden sonra, herhangi bir CSF biyobelirteç seviyesinde taban çizgisi (p > 0.05) arasında anlamlı bir fark gözlenmedi.
Şekil 1: Bu pilot çalışmanın akış şeması. Kısaltma: rTMS = tekrarlayan transkraniyal manyetik stimülasyon. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Sarnıç magnasından CSF seri örneklemesi için minimal invaziv kateterizasyon. Rutin bir bel delinmesi, bir epidural kateterin subaraknoid alana nüfuz ettiği ve X-ışını (kırmızı ok) rehberliğinde sarnıç magnasında yüzdürüldük minimal invaziv bir kateterizasyon ile takip edildi. Tamamen bilinçli bir hayvanda sarnıç magna CSF'nin örneklemesine izin vermek için delinme noktasının yanına deri altından bir örnekleme portuna bırakıldı. Kısaltma: CSF = beyin omurilik sıvısı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Maymun sandalye uyarlanabilirlik eğitimi. (A) Ön; (B) yanal; (C) rTMS uyarlamalı eğitim/sham stimülasyonu. Kısaltma: rTMS = tekrarlayan transkraniyal manyetik stimülasyon. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: rTMS'nin rhesus maymunu CSF'de Aβ ve tau seviyeleri üzerindeki etkileri. Her frekans için beş çubuk beş zaman noktasını temsil eder: rTMS öncesi, 0 h post-rTMS, 2 h post-rTMS, 6 h post-rTMS ve 24 h post-rTMS. (A) rTMS sonrası maymun CSF'sinde Aβ42 seviyesindeki değişiklikler; (B) rTMS sonrası maymun CSF'sinde Aβ42/Aβ40 oranındaki değişiklikler; (C) rTMS stimülasyonundan sonra maymun CSF'deki tTau seviyelerindeki değişiklikler; (D) rTMS'den sonra maymun CSF'deki pTau seviyelerindeki değişiklikler. * 0,05 < rTMS öncesi seviyeden önemli bir farkı temsil eder. # ve ⭐ sırasıyla aynı zaman noktasında 1 Hz veya 20 Hz seviyesinden önemli farklılıkları temsil eder. p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001, **** p < 0.0001'i temsil eder. Kısaltmalar: rTMS = tekrarlayan transkraniyal manyetik stimülasyon; CSF = beyin omurilik sıvısı; tTau = toplam Tau; pTau = fosforillenmiş Tau. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
AD'nin köklü bir biyobelirteç olan Aβ1-42, beyindeki Aβ metabolizması ve amiloid plak oluşumu ile ilgili bir CSF çekirdek biyobelirteçtir ve klinik çalışmalarda ve klinikte yaygın olarak kullanılmıştır26. Son çalışmalar, CSF Aβ42/Aβ40 oranının sadece Aβ42'den daha iyi bir tanı biyobelirteci olduğunu göstermiştir, çünkü AD tipi patolojinin daha iyi bir göstergesidir27,28. Tau ve pTau proteinleri nörodejeneratif süreç sırasında hücre dışı alana salınır ve CSF20,29'da tau konsantrasyonlarının artmasına neden edilir. Bu nedenle, CSF Aβ1-42, Aβ42/Aβ40, tTau ve pTau, AD1,29'un revize edilmiş tanı kriterlerinde CSF biyobelirteçleri doğrulanır ve birleştirilir.
Bu çalışma, rTMS stimülasyonundan sonra CSF'deki Aβ42 seviyelerinin tüm frekanslarda bir yükseliş gösterdiğini göstermektedir. Yüksek frekanslı rTMS (20 Hz ve 40 Hz), Aβ42 seviyelerini düşük frekanstan daha büyük ölçüde artırdı. Önceki araştırmalara göre30,31, CSF'de düşük bir Aβ42 seviyesi AD'ye özgü nörodejenerasyon (yani hipokampal atrofi) ile ilişkilidir. Bununla birlikte, rTMS stimülasyonundan sonra Aβ'deki artış, AD'nin patolojik özelliklerini tersine çevirerek rTMS'nin Aβ seviyelerini normalleştirebileceğini gösterir. Preklinik bir çalışma, Aβ seviyesinin nöronal aktivite ile düzenlendiğini göstermektedir32. Bu nedenle, yüksek frekanslı rTMS ve düşük frekanslı rTMS, sinir ağı aktivitesini etkinleştirerek Aβ42 de dahil olmak üzere tüm Aβ maddelerinin üretimini artırabilir. Buna ek olarak, çalışma üç farklı frekansta (1 Hz, 20 Hz ve 40 Hz) 24 saat rTMS'den sonra pTau seviyesinin taban çizgisinin altında olduğunu buldu. Bu, anormal pTau proteininde bir azalmaya, mikrotübüllere bağlanmasını azalttığını ve nöronların normal yapısını koruduğunu gösterdi. Bununla birlikte, yüksek frekanslı rTMS'den sonra, CSF'nin tTau seviyesi hemen arttı ve yavaş yavaş 24 saatin üzerinde azaldı. Bu fenomenin altında kalan mekanizma hala belirsizdir.
Bu çalışma, RTMS'nin CSF'de Aβ ve tau metabolizması üzerindeki etkisini objektif olarak doğrulamaktedir. Diğer değerlendirme yöntemleri ile karşılaştırıldığında, CSF biyobelirteçler beynin metabolizmasını ve patolojisini yansıtarak beyin için bir pencere sağlayabilir. Bu yöntem güvenli ve iyi tolere edilir ve harika klinik uygulanabilirliğe sahiptir33,34. CSF toplamak için en yaygın teknik bir bel delinmesi yapmaktır. Bununla birlikte, tekrarlanan dural delinme35,36 nedeniyle CNS enfeksiyonu ve CSF sızıntısı riskleri olduğu için kısa sürede birkaç kez CSF toplamak zordur.
Bu protokol, yukarıda belirtilen olumsuz olayların düşük riskleri ile tamamen uyanık koşullar altında tekrarlanan CSF örneklemesine izin olan yeni bir CSF örnekleme yöntemi kullanır. Örnekleme portu cildin altına yerleştirilir, böylece maymun limanı çizemez. Bu nedenle, CSF doğrudan bel delinmesi yerine örnekleme bağlantı noktasından toplanabilir. Yöntem kullanışlı ve hızlıdır ve anesteziklerin etkisini önler16. Bu nedenle, maymun CSF'nin birden fazla örneğine ihtiyaç duyan araştırmacılar, bu seri sarnıç magna CSF örnekleme yöntemini düşünebilirler. RTMS sürecini kesintiye uğratmamak için, deneye başlamadan önce maymun sandalyesi adaptif eğitimi ve rTMS uyarlamalı eğitimi önemlidir.
Bununla birlikte, maymunun kafası eğitimden sonra bile deney sırasında hala küçük bir hareket aralığına sahiptir. Bu nedenle, robot destekli bir takip sistemi kullanmanız, stimülasyon alanlarını yerelleştirmeniz ve kafa hareket ettiğinde TMS bobinini aynı anda konumlandırmanız önerilir. Bu çalışmanın bazı sınırlamaları vardır: burada kullanılan hayvan patolojik bir modelden ziyade normal bir maymundu (yaşlı köpek37 gibi) ve örnek boyutu küçüktü. Bununla birlikte, bu pilot çalışma rTMS'den sonra Aβ ve tau seviyelerinde ilginç dinamik değişiklikler göstermiş, rTMS'nin AD üzerindeki potansiyel faydalarını göstermiş ve daha fazla araştırma yapılmasını garanti eder.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların beyan edecekleri bir çıkar çatışması yoktur.
Acknowledgments
Yazarlar, maymun sandalyesini ve diğer göreceli cihazları sağladığı için Sichuan Green-House Biotech Co., Ltd'ye teşekkür etmek istiyor. Bu araştırma, kamu, ticari veya kar amacı gütmeyen sektörlerdeki herhangi bir finansman kuruluşundan belirli bir hibe almamaktadır.
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
- 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).
- Ohnishi, S., Takano, K. Amyloid fibrils from the viewpoint of protein folding. Cellular and Molecular Life Sciences. 61 (5), 511-524 (2004).
- Hernandez, F., Avila, J.
- Ballard, C., et al.
- De Meyer, G., et al. Diagnosis-independent Alzheimer disease biomarker signature in cognitively normal elderly people. Archives of Neurology. 67 (8), 949-956 (2010).
- Jansen, W. J., et al. Prevalence of cerebral amyloid pathology in persons without dementia: a meta-analysis. JAMA. 313 (19), 1924-1938 (2015).
- Iaccarino, H. F., et al. Gamma frequency entrainment attenuates amyloid load and modifies microglia. Nature. 540 (7632), 230-235 (2016).
- Martorell, A. J., et al. Multi-sensory gamma stimulation ameliorates Alzheimer's-associated pathology and improves cognition. Cell. 177 (2), 256-271 (2019).
- Kobayashi, M., Pascual-Leone, A.
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Cotelli, M., et al. Improved language performance in Alzheimer disease following brain stimulation. Journal of Neurology Neurosurgery and Psychiatry. 82 (7), 794-797 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- Blennow, K., Mattsson, N., Scholl, M., Hansson, O., Zetterberg, H.
- 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).
- 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).
- Dubois, B., et al. Advancing research diagnostic criteria for Alzheimer's disease: the IWG-2 criteria. Lancet Neurology. 13 (6), 614-629 (2014).
- 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).
- 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).
- Cirrito, J. R., et al. Synaptic activity regulates interstitial fluid amyloid-beta levels in vivo. Neuron. 48 (6), 913-922 (2005).
- 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).
- Engelborghs, S., et al. Consensus guidelines for lumbar puncture in patients with neurological diseases. Alzheimers Dement. 8, 111-126 (2017).
- 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).
- 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).
- 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).
