2021年9月3日
本文描述了一项初步研究的实验方案,旨在探讨不同频率(1 Hz/20 Hz/40 Hz)的重复经颅磁刺激对猕猴脑脊液中Aβ和tau蛋白代谢的影响。
本方案采用连续小脑延髓池脑脊液采样方法,研究重复经颅磁刺激(rTMS)对恒河猴α-β和tau蛋白水平的影响。该技术采用一种新型脑脊液采样方法,可在完全清醒状态下进行多次脑脊液采集,且不良事件风险较低。演示该操作的是来自西南医科大学生理学系的研究助理Ying-Qian Zhang,以及来自四川大学的研究生Hui-Xin Tan。
给予镇痛剂并确认麻醉成功后,将一只五岁雄性恒河猴置于手术台上,取侧卧位,并对其下背部周围区域进行消毒。弓起其背部,将双膝向胸部靠拢。在腰椎第4至第5椎体(L4-L5)之间插入脊髓穿刺针,推进至出现弹响感,提示针已进入含有黄韧带的腰池。
继续推进针头,直至出现第二次突破感,表明已进入硬脑膜,随后拔出脊髓穿刺针内的针芯,收集脑脊液滴。接下来,在荧光透视引导下进行导管置入,将硬膜外导管经穿刺针插入蛛网膜下腔,直至导管漂浮于枕大池内。然后进行端口植入,在穿刺点向头部方向做一长约5厘米的切口,分离皮肤与皮下组织,以放置采样端口。
将端口连接至硬膜外导管末端,将端口植入皮下并缝合切口。采集脑脊液时,利用笼具的栏杆固定猴子,使其背部弯曲。然后用酒精棉片擦拭,将注射器插入采样端口中心,通过导管从枕大池抽取脑脊液。
弃去前200微升脑脊液,然后收集1毫升脑脊液用于分析。在实验前将猴子固定在猴椅上,以避免在重复经颅磁刺激(rTMS)干预过程中发生中断;并在猴子清醒状态下采集脑脊液,以避免麻醉药物对生物标志物分析的干扰。在蛛网膜下腔插管后的第三天开始,于实验启动前两周,每天进行两次猴椅适应性训练,每次30分钟。
在正式实验开始前一周,使用猴椅进行一次rTMS适应性训练或假刺激,且在适应性训练后一周进行假刺激,以避免刺激过程中产生的振动和声音影响实验进程。对于假刺激,应使用可产生振动和声音但不产生磁场的假线圈。刺激结束后,给予猴子食物,以帮助其适应该过程。
根据国际10-20系统定位双侧背外侧前额叶皮层,并使用三种不同频率进行三次不同的重复经颅磁刺激(rTMS)干预,每次干预之间洗脱期不超过24小时。每天进行两次第一、第二和第三轮干预,连续三天。为分析四种脑脊液(CSF)生物标志物,采用微创导管插入法采集脑脊液。
在三个时间频率下,每个时间点采集四份样本,共五个时间点,时间间隔为三分钟。三个频率共采集60份样本后,对样本进行编号,并在零下80摄氏度冰箱中保存,最长可保存一个月。实验结束后,根据试剂盒制造商的说明书,对所有样本进行液相芯片检测。
经过1赫兹rTMS刺激后,Abeta42水平在24小时内逐渐升高。同样,在20赫兹rTMS刺激后,Abeta42水平随时间推移而升高,并在刺激后6小时达到峰值。相比之下,在40赫兹刺激后,Abeta42水平在rTMS结束后即刻显著升高,随后缓慢下降。
在以1 Hz和20 Hz rTMS刺激后,Abeta42与Abeta40的比值呈上升趋势,并在刺激后两小时显著升高;然而,在40 Hz刺激后,该比值无显著变化。脑脊液中的tTau水平在20 Hz和40 Hz rTMS刺激后立即升高,随后逐渐下降。
然而,1赫兹刺激后无显著差异。40赫兹刺激后,pTau水平立即升高,24小时后下降至基线水平以下。相比之下,1赫兹和20赫兹刺激下,pTau水平呈下降趋势。
需要多次采集猴脑脊液样本的研究人员可考虑采用这种连续小脑延髓池脑脊液采集方法。
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本研究探讨了不同频率的重复经颅磁刺激(rTMS)(1 Hz、20 Hz 和 40 Hz)对恒河猴脑脊液(CSF)中淀粉样蛋白-β(Aβ)和tau蛋白代谢的影响。研究采用一种在完全清醒状态下采集脑脊液的新技术,以评估rTMS干预后生物标志物水平的变化。
本研究展示了一种非侵入性神经调节方法,可影响脑脊液中与阿尔茨海默病相关的生物标志物,为神经退行性疾病研究中的靶点验证提供了可转化的工具。通过在清醒的非人灵长类动物中利用重复经颅磁刺激(rTMS)调节Aβ和tau蛋白的动态变化,该方法可在开展成本高昂的临床前研究之前,支持对治疗假设进行机制层面的风险评估。序列脑脊液采样技术实现了生物标志物的纵向追踪,从而提高了对靶点结合及通路调节效应的预测可信度。
该方法适用于从靶点假设验证到先导化合物优化的整个发现流程,基于通路调控证据,提供由生物标志物支持的决策依据,以确定项目是否继续推进。