دراسة تجريبية على التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة لمستويات Aβ و Tau في السائل الدماغي الشوكي للقرد الريسوس
سبتمبر 3, 2021
هنا ، نصف إجراء دراسة تجريبية لاستكشاف تأثير التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة بترددات مختلفة (1 هرتز / 20 هرتز / 40 هرتز) على استقلاب Aβ و tau في السائل الدماغي الشوكي للقرد الريسي.
يستخدم هذا البروتوكول طريقة أخذ العينات التسلسلية cisterna magna CSF لاستكشاف آثار rTMS على مستويات ألفا بيتا وتاو في ريسوس. تستخدم هذه التقنية طريقة جديدة لأخذ عينات السائل الدماغي الشوكي تسمح بأخذ عينات متكررة من السائل الدماغي الشوكي في ظل ظروف مستيقظة تماما مع مخاطر منخفضة من الأحداث السلبية. وسيشارك في هذا الإجراء كل من يينغ تشيان تشانغ، مساعد باحث من قسم علم وظائف الأعضاء في جامعة ساوث ويست الطبية، وهوي شين تان، طالب دراسات عليا من جامعة سيتشوان.
بعد إعطاء مسكن وتأكيد التخدير الناجح ، ضع ريسوس الذكر البالغ من العمر خمس سنوات على طاولة العمليات في وضع الاستلقاء الجانبي وقم بتطهير المنطقة المحيطة بأسفل الظهر. انحنى ظهره وجلب ركبتيه نحو الصدر. أدخل إبرة العمود الفقري بين الفقرات القطنية L4 إلى L5 وادفعها حتى يكون هناك فرقعة تشير إلى الدخول إلى الخزان القطني حيث يوجد الفلافوم الرباطي.
استمر في دفع الإبرة أكثر حتى يكون هناك فرقعة ثانية تشير إلى الدخول إلى الأم الجافية ، ثم اسحب الستايل من إبرة العمود الفقري وجمع قطرات من السائل الدماغي الشوكي. بعد ذلك ، قم بإجراء إدخال القسطرة تحت التوجيه الفلوري عن طريق إدخال القسطرة فوق الجافية من خلال إبرة الثقب في الفضاء تحت العنكبوتية حتى تطفو في صهريج ماجنا. ثم لزرع الميناء ، قم بعمل شق طوله خمسة سنتيمترات من موقع الثقب نحو الرأس وعزل الجلد عن الأنسجة تحت الجلد لوضع منفذ أخذ العينات.
قم بتوصيل المنفذ بنهاية القسطرة فوق الجافية ، وزرع المنفذ تحت الجلد وخياطة الشق. لجمع CSF ، استخدم قضبان القفص لكبح جماح القرد والحفاظ على ثني ظهره. ثم امسحها بمسحة كحولية وأدخل المحقنة في وسط منفذ أخذ العينات لاستخراج السائل الدماغي الشوكي من السيستيرنا ماجنا عبر القسطرة.
تخلص من أول 200 ميكرولتر من السائل الدماغي الشوكي ، ثم اجمع ملليلتر واحد من السائل الدماغي الشوكي للتحليل. ثبت القرد على كرسي القرد قبل التجربة لتجنب الانقطاع أثناء تدخل rTMS ، ثم اجمع السائل الدماغي الشوكي لتحليل المؤشرات الحيوية عندما يكون القرد مستيقظا لتجنب تأثير أدوية التخدير. في اليوم الثالث بعد القسطرة تحت العنكبوتية وقبل أسبوعين من بدء التجربة ، أخضع القرد للتدريب التكيفي مع كرسي القرد مرتين في اليوم لمدة 30 دقيقة في كل مرة.
قم بإجراء التدريب التكيفي rTMS أو التحفيز الصوري بعد أسبوع واحد من التدريب التكيفي مع كرسي القرد وقبل أسبوع واحد من بدء التجربة الرسمية لتجنب إعاقة تقدم التجربة عن طريق الاهتزازات والأصوات أثناء عملية التحفيز. للتحفيز الصوري ، استخدم ملفا زائفا ينتج اهتزازا وصوتا ولكنه لا يولد مجالا مغناطيسيا. بعد التحفيز ، قدم الطعام للقرد لمساعدته على التكيف مع العملية.
توطين قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية الثنائية وفقا للنظام الدولي 10 إلى 20 وإجراء ثلاث جلسات مختلفة من rTMS باستخدام ثلاثة ترددات مختلفة دون فترة غسل تتجاوز 24 ساعة. قم بإجراء الجلسات الأولى والثانية والثالثة مرتين في اليوم لمدة ثلاثة أيام متتالية. لتحليل المؤشرات الحيوية الأربعة ل CSF ، استخدم طريقة قسطرة طفيفة التوغل لجمع CSF.
جمع CSF في خمس نقاط زمنية مع أربع عينات في كل نقطة زمنية على فترات ثلاث دقائق. بعد جمع ما مجموعه 60 عينة لثلاثة ترددات ، قم بترقيمها وتخزينها في ثلاجة ناقص 80 درجة مئوية لمدة تصل إلى شهر واحد. بعد التجربة ، قم بإخضاع جميع العينات للكشف عن الرقائق السائلة وفقا لتعليمات الشركة المصنعة.
بعد تحفيز واحد من هرتز rTMS ، زادت مستويات Abeta42 تدريجيا على مدار 24 ساعة. وبالمثل مع rTMS عند 20 هرتز ، زادت مستويات Abeta42 مع مرور الوقت ووصلت إلى ذروتها في ست ساعات بعد التحفيز. في المقابل ، بعد تحفيز 40 هرتز ، زادت مستويات Abeta42 بشكل كبير على الفور في النقطة الزمنية بعد rTMS ، ثم انخفضت ببطء.
أظهرت نسبة Abeta42 إلى Abeta40 اتجاها تصاعديا بعد التحفيز باستخدام واحد و 20 هرتز rTMS وزادت بشكل كبير بعد ساعتين من التحفيز. ومع ذلك ، لم يكن هناك فرق كبير في النسبة عند 40 هرتز. زادت مستويات tTau في CSF على الفور بعد تحفيز 20 و 40 هرتز rTMS وانخفضت تدريجيا.
ومع ذلك ، لم يكن هناك فرق كبير بعد تحفيز هرتز واحد. ارتفع مستوى pTau على الفور بعد تحفيز 40 هرتز وانخفض إلى ما دون مستوى خط الأساس بعد 24 ساعة. في المقابل ، بالنسبة لتحفيز واحد و 20 هرتز ، أظهر مستوى pTau اتجاها هبوطيا.
يمكن للباحثين الذين يحتاجون إلى عينات متعددة من السائل الدماغي الشوكي للقرد النظر في طريقة أخذ العينات التسلسلية لخلايا CSF الضخمة.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثيرات التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) بترددات مختلفة (1 Hz و 20 Hz و 40 Hz) على استقلاب بروتينات الأميلويد بيتا (Aβ) وتاو في السائل الدماغي النخاعي (CSF) لقرود الريسوس. يعتمد البحث على تقنية مستحدثة لأخذ عينات من السائل الدماغي النخاعي في حالة اليقظة التامة لتقييم التغيرات في مستويات المؤشرات الحيوية بعد التدخل باستخدام التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة.
المكونات الرئيسية للدراسة
مجال العلم
- علم الأعصاب
- الكيمياء العصبية
- التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة
خلفية علمية
- يتم استكشاف التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) كوسيلة محتملة للتأثير على المؤشرات الحيوية للتنكس العصبي.
- تعتبر بروتينات Aβ وtau بالغة الأهمية في فهم مرض الزهايمر والحالات المرتبطة به.
- تعتمد الدراسة على استقصاء تجريبي أولي، مع التركيز على نهج مبتكر لأخذ عينات من السائل الدماغي الشوكي (CSF).
- أُجري البحث باستخدام نموذج من قرد الريسس الذكر، وهو نموذج ملائم للأبحاث الانتقالية في دراسات التنكس العصبي.
الغرض من الدراسة
- لتقييم تأثير ترددات rTMS المتفاوتة على مستويات Aβ وtau في السائل الدماغي الشوكي (CSF).
- للتحقق من صحة طريقة أخذ عينات متكررة من السائل الدماغي الشوكي تحت ظروف اليقظة مع الحد الأدنى من المخاطر.
- لاستقصاء المؤشرات الحيوية المحتملة المرتبطة بالوظيفة الإدراكية والتنكس العصبي.
الطرق المستخدمة
- يعتمد البروتوكول على أخذ عينات متسلسلة من السائل الدماغي النخاعي (CSF) من الصهريج الأكبر.
- النموذج البيولوجي المستخدم هو قرد ريزوس ذكر خضع لتدخل باستخدام التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS).
- لا تسلط المنهجية الضوء على أي سير عمل خاص بالتحليلات الأوميكية المتعددة (multiomics).
- تشمل الخطوات الرئيسية التأكد من التخدير، والقسطرة، والتدريب التكيفي، وتطبيق التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS).
- يتم جمع السائل الدماغي النخاعي (CSF) في نقاط زمنية متعددة بعد تحفيز rTMS.
النتائج الرئيسية
- أظهرت مستويات Aβ استجابات متفاوتة بناءً على التردد بعد التحفيز، مع ملاحظة زيادات كبيرة بعد تدخلات بتردد 1 Hz و20 Hz.
- ارتفعت مستويات tTau بشكل ملحوظ بعد التحفيز بتردد 20 Hz و40 Hz.
- أظهرت مستويات pTau زيادة ملحوظة فوراً بعد التحفيز بتردد 40 Hz.
- لم تُلاحظ أي تغيرات ذات دلالة إحصائية في مستويات tau بعد التحفيز بتردد 1 Hz.
الاستنتاجات
- تثبت هذه الدراسة جدوى استخدام rTMS لتعديل المؤشرات الحيوية العصبية التنكسية الرئيسية في الرئيسيات غير البشرية المستيقظة.
- تعزز النتائج فهم كيفية تأثير rTMS على استقلاب Aβ وtau، مما يقدم رؤى قيمة حول التدخلات العلاجية للأمراض التنكسية العصبية.
- قد تكون طريقة أخذ عينات CSF المطورة أداة مهمة للدراسات المستقبلية حول ديناميكيات المؤشرات الحيوية في نماذج الرئيسيات.
الأسئلة الشائعة
الأهمية التنفيذية للصناعة
توضح هذه الدراسة نهجاً للتعديل العصبي غير الجراحي للتأثير على المؤشرات الحيوية ذات الصلة بمرض الزهايمر في السائل الدماغي الشوكي، مما يوفر أداة ترجمية للتحقق من الأهداف في أبحاث الأمراض التنكسية العصبية. ومن خلال تعديل ديناميكيات Aβ وtau عبر التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) في الرئيسيات غير البشرية اليقظة، تدعم هذه الطريقة تقليل المخاطر الميكانيكية للفرضيات العلاجية قبل البدء في البرامج قبل السريرية المكلفة. تتيح تقنية أخذ عينات السائل الدماغي الشوكي المتسلسلة تتبع المؤشرات الحيوية طولياً، مما يعزز الثقة التنبؤية في الارتباط بالهدف وتعديل المسار.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية الحيوية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- القيمة العلمية: يتم استقصاء الفرضيات العلاجية من خلال إثبات التعديل المعتمد على التردد للمؤشرات الحيوية Aβ42 وtau في السائل الدماغي النخاعي (CSF).
- القيمة التشغيلية: توفر طريقة قابلة للتكرار وبأقل قدر من التدخل لأخذ عينات من السائل الدماغي النخاعي (CSF) في حالة اليقظة للتقييم الطولي للمؤشرات الحيوية.
- القيمة التنبؤية: تتيح التخفيف المبكر من مخاطر الأهداف من خلال ربط التعديل العصبي بتغيرات ملموسة في نشاط مسارات التنكس العصبي.
الفحص وتطوير المقايسة
- القيمة العلمية: يولد قراءات كمية للمؤشرات الحيوية في السائل الدماغي الشوكي (Aβ42، Aβ42/Aβ40، tTau، pTau) المناسبة لتوحيد المقاييس واختبار إمكانية تكرار النتائج.
- القيمة التشغيلية: يدعم تطوير مقاييس الديناميكا الدوائية للمركبات المعدلة للأعصاب باستخدام السائل الدماغي الشوكي كمصفوفة بديلة.
- القابلية للتوسع: تتيح طريقة أخذ العينات المتسلسلة جمع عينات من نقاط زمنية متعددة، مما يسمح بتحديد ملفات الاستجابة للجرعة والخصائص الحركية.
الأبحاث الترجمية وما قبل السريرية
- القيمة العلمية: يوضح الارتباط بالهدف في نموذج رئيسيات مرتبط بالمرض، مما يربط النتائج المخبرية (in vitro) باستجابات المؤشرات الحيوية في الكائن الحي (in vivo).
- القيمة التشغيلية: يتم التحقق من صحة سير عمل أخذ عينات السائل الدماغي الشوكي المتوافق مع التدخلات المتكررة، مما يقلل من استخدام الحيوانات والتباين في النتائج.
- الاستمرارية الترجمية: يتماشى مع تطبيقات التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) السريرية في الاضطرابات التنكسية العصبية، مما يدعم ترجمة المؤشرات الحيوية بين الأنواع.
تكامل مسار العمل والتدفق التشغيلي
تندرج هذه الطريقة ضمن سلسلة عمليات الاكتشاف، بدءاً من اختبار فرضية الهدف وصولاً إلى تحسين المركبات الواعدة، مما يوفر قرارات حاسمة بالاستمرار أو التوقف بناءً على المؤشرات الحيوية المستندة إلى أدلة تعديل المسارات.
- بيولوجيا الاكتشاف: اختبار الفرضيات الميكانيكية حول تأثيرات التعديل العصبي على مسارات الأميلويد والتاو باستخدام المؤشرات الحيوية في السائل الدماغي النخاعي كقراءات للمسار.
- المسح: يتيح قياس كمي للمؤشرات الحيوية جاهز للمقايسة لتقييم تأثيرات المركبات أو التحفيز على الأهداف التنكسية العصبية.
- التحليلات: يوفر بيانات كمية متعددة المؤشرات الحيوية (Aβ42، Aβ42/Aβ40، tTau، pTau) لدعم التحليل المقارن عبر الحالات والنقاط الزمنية المختلفة.
- الأبحاث الانتقالية: يربط التغيرات في المؤشرات الحيوية الناتجة عن التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) في الرئيسيات بالتطبيقات السريرية المحتملة لمرض الزهايمر.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: يؤسس منصة قابلة لإعادة الاستخدام لأخذ عينات السائل الدماغي النخاعي وتحليل المؤشرات الحيوية لعدة حملات من التعديل العصبي أو اكتشاف الأدوية.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية في التحقق من صحة الهدف من خلال ربط rTMS بالتغيرات الاتجاهية في المؤشرات الحيوية الأساسية لمرض الزهايمر.
- القيمة التشغيلية: توحد عمليات جمع السائل الدماغي الشوكي (CSF) وتحليل المؤشرات الحيوية، مما يحسن قابلية التكرار عبر الدراسات والمواقع المختلفة.
- القيمة الاستراتيجية: تقلل المخاطر البيولوجية في اختيار الهدف من خلال توفير أدلة مبكرة على تعديل المسار في نموذج انتقالي.
- التأثير على المحفظة: توجه ترتيب أولويات البرامج المعدلة للعصبونات أو المعدلة للمرض بناءً على ملفات استجابة المؤشرات الحيوية مع مراعاة المخاطر.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في التعامل مع الرئيسيات غير البشرية، والقسطرة الجراحية العصبية، وتشغيل معدات rTMS.
- يعتمد على وضع القسطرة بتوجيه من التنظير التألقي، وأنظمة كشف الرقائق السائلة، وأطقم مقايسة المؤشرات الحيوية للسائل الدماغي الشوكي (CSF).
- يستلزم توحيد المعايير بين فرق علوم الأعصاب، والحيوانات المختبرية، والمجموعات التحليلية الحيوية لضمان اتساق أخذ العينات وتحليلها.
- يتضمن اعتبارات التكييف لأنواع مختلفة من الرئيسيات، وأهداف التحفيز، ومجموعات المؤشرات الحيوية.
- تشمل القيود العملية الحاجة إلى خبرة جراحية، ووقت التعافي بعد الجراحة، وتوفر المعدات للوصول المزمن إلى السائل الدماغي الشوكي (CSF).
الأسئلة الشائعة حول الأدوية الحيوية
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:50
Serial Cisterna Magna Cerebrospinal Fluid (CSF) Sampling Method
2:34
Monkey Chair Adaptive Training
3:07
rTMS Adaptive Training/Sham Stimulation
3:39
Treatment Protocol
4:07
CSF Biomarkers, CSF Collection, and Index Detection Method
4:40
Results: Effect of rTMS Stimulation with Different Frequencies on Aβ and Tau Metabolism
5:57
Conclusion
