Une étude pilote sur la stimulation magnétique transcrânienne répétitive des niveaux d’Aβ et de Tau dans le liquide céphalo-rachidien de singe rhésus
3 septembre 2021
Ici, nous décrivons la procédure d’une étude pilote visant à explorer l’effet de la stimulation magnétique transcrânienne répétitive avec différentes fréquences (1 Hz / 20 Hz / 40 Hz) sur le métabolisme Aβ et tau dans le liquide céphalo-rachidien du singe rhésus.
Ce protocole utilise la méthode d’échantillonnage du LCR cisterna magna en série pour explorer les effets de la SMTr sur les niveaux d’alpha-bêta et de tau chez le singe rhésus. Cette technique utilise une nouvelle méthode d’échantillonnage du LCR permettant un échantillonnage répété du LCR dans des conditions complètement éveillées avec de faibles risques d’événements indésirables. Ying-Qian Zhang, assistant de recherche du Département de physiologie de la Southwest Medical University, et Hui-Xin Tan, un étudiant diplômé de l’Université du Sichuan, feront la démonstration de la procédure.
Après avoir administré une analgésie et confirmé une anesthésie réussie, placez le singe rhésus mâle de cinq ans sur la table d’opération en position de décubitus latéral et désinfectez la zone autour du bas du dos. Penchez son dos et amenez ses genoux vers la poitrine. Insérez une aiguille vertébrale entre les vertèbres lombaires L4 à L5 et poussez-la jusqu’à ce qu’il y ait un pop indiquant l’entrée dans la citerne lombaire où se trouve le ligamentum flavum.
Continuez à pousser l’aiguille plus loin jusqu’à ce qu’il y ait une deuxième pop indiquant l’entrée dans la dure-mère, puis retirez le stylet de l’aiguille de la colonne vertébrale et recueillez des gouttes de LCR. Ensuite, effectuez l’insertion du cathéter sous guidage fluoroscopique en insérant le cathéter épidural à travers l’aiguille de ponction dans l’espace sous-arachnoïdien jusqu’à ce qu’il soit flottant dans la cisterna magna. Ensuite, pour l’implantation de port, faites une incision de cinq centimètres du site de ponction vers la tête et isolez la peau du tissu sous-cutané pour placer l’orifice de prélèvement.
Connectez le port à l’extrémité du cathéter épidural, implantez le port sous la peau et suturez l’incision. Pour la collecte du LCR, utilisez les barres de cage pour retenir le singe et garder son dos plié. Essuyez ensuite avec un tampon d’alcool et insérez la seringue au centre de l’orifice d’échantillonnage pour extraire le LCR de la cisterna magna à travers le cathéter.
Jetez les 200 premiers microlitres de LCR, puis collectez un millilitre de LCR pour analyse. Fixez le singe sur la chaise du singe avant l’expérience pour éviter toute interruption pendant l’intervention de SMTr, puis collectez le LCR pour l’analyse des biomarqueurs lorsque le singe est éveillé afin d’éviter l’influence des médicaments anesthésiques. Le troisième jour après le cathétérisme sous-arachnoïdien et deux semaines avant le début de l’expérience, soumettez le singe à un entraînement adaptatif avec la chaise du singe deux fois par jour pendant 30 minutes à chaque fois.
Effectuez l’entraînement adaptatif rTMS ou la stimulation simulée une semaine après l’entraînement adaptatif avec la chaise de singe et une semaine avant le début de l’expérience formelle pour éviter d’entraver la progression de l’expérience par des vibrations et des sons pendant le processus de stimulation. Pour la stimulation simulée, utilisez une bobine factice qui produit des vibrations et du son, mais ne génère pas de champ magnétique. Après la stimulation, offrez de la nourriture au singe pour l’aider à s’adapter au processus.
Localiser le cortex préfrontal dorsolatéral bilatéral selon le système international 10 à 20 et effectuer trois séances différentes de SMTr en utilisant trois fréquences différentes sans période de lavage supérieure à 24 heures. Effectuez les première, deuxième et troisième séances deux fois par jour pendant trois jours consécutifs. Pour analyser les quatre biomarqueurs du LCR, utilisez une méthode de cathétérisme mini-invasive pour prélever le LCR.
Prélever le LCR à cinq points temporels avec quatre échantillons à chaque point temporel à des intervalles de trois minutes. Après avoir recueilli un total de 60 échantillons pour trois fréquences, numérotez-les et conservez-les dans un réfrigérateur à moins 80 degrés Celsius pendant un mois. Après l’expérience, soumettez tous les échantillons à la détection de puces liquides conformément aux instructions du fabricant.
Après une stimulation hertz rTMS, les niveaux d’Abeta42 ont progressivement augmenté sur 24 heures. De même, avec la SMTr à 20 hertz, les niveaux d’Abeta42 ont augmenté avec le temps et ont atteint un pic six heures après la stimulation. En revanche, après une stimulation de 40 hertz, les niveaux d’Abeta42 ont augmenté de manière significative immédiatement au point de temps post-SMTr, puis ont diminué lentement.
Le rapport entre Abeta42 et Abeta40 a montré une tendance à la hausse après stimulation avec une et 20 hertz rTMS et a considérablement augmenté deux heures après la stimulation. Cependant, il n’y avait pas de différence significative dans le rapport à 40 hertz. Les niveaux de tTau dans le LCR ont immédiatement augmenté après une stimulation de 20 et 40 hertz rTMS et ont diminué progressivement.
Cependant, il n’y avait pas de différence significative après une stimulation hertz. Le niveau de pTau a immédiatement augmenté après une stimulation de 40 hertz et a diminué en dessous du niveau de base après 24 heures. En revanche, pour la stimulation d’un et 20 hertz, le niveau de pTau a montré une tendance à la baisse.
Les chercheurs nécessitant plusieurs échantillons de LCR de singe peuvent envisager cette méthode d’échantillonnage du LCR cisterna magna en série.
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Aperçu
Cette étude examine les effets de la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) à différentes fréquences (1 Hz, 20 Hz et 40 Hz) sur le métabolisme des protéines bêta-amyloïde (Aβ) et tau dans le liquide céphalorachidien (LCR) de macaques rhésus. La recherche utilise une technique novatrice de prélèvement de LCR en conditions entièrement éveillées afin d’évaluer les modifications des niveaux de biomarqueurs après une intervention par rTMS.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Neurochimie
- Stimulation magnétique transcrânienne
Contexte
- La stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) est explorée comme méthode potentielle pour influencer les biomarqueurs de la neurodégénérescence.
- L'Aβ et la protéine tau sont essentiels pour comprendre la maladie d'Alzheimer et les affections associées.
- L'étude repose sur une investigation pilote, mettant l'accent sur une approche novatrice de l'échantillonnage du LCR.
- La recherche a été menée à l'aide d'un modèle de macaque rhésus mâle, pertinent pour la recherche translationnelle dans les études neurodégénératives.
Objectif de l'étude
- Évaluer l'impact de différentes fréquences de stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) sur les niveaux d'Aβ et de protéine tau dans le liquide céphalorachidien (LCR).
- Valider la méthode de prélèvement répété de LCR en conditions d'éveil avec un risque minimal.
- Étudier d'éventuels biomarqueurs associés à la fonction cognitive et à la neurodégénérescence.
Méthodes utilisées
- Le protocole utilise un prélèvement sériel de liquide céphalorachidien par ponction cisternale magna.
- Le modèle biologique est un singe rhésus mâle soumis à une intervention de stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS).
- Aucun flux de travail multiomique n'est mis en évidence dans la méthodologie.
- Les étapes clés incluent la confirmation de l'anesthésie, la cathétérisation, l'entraînement adaptatif et l'application de rTMS.
- Le prélèvement de liquide céphalorachidien a lieu à plusieurs points temporels après la stimulation par rTMS.
Résultats principaux
- Après la stimulation, les niveaux d'Aβ ont montré des réponses différentes selon la fréquence, avec des augmentations significatives observées après les interventions à 1 Hz et à 20 Hz.
- Les niveaux de tTau ont augmenté significativement après la stimulation à 20 Hz et à 40 Hz.
- Les niveaux de pTau ont présenté une augmentation notable immédiatement après la stimulation à 40 Hz.
- Aucun changement significatif des niveaux de protéine tau n'a été observé après la stimulation à 1 Hz.
Conclusions
- La présente étude démontre la faisabilité d'utiliser la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) pour moduler des biomarqueurs neurodégénératifs clés chez des primates non humains éveillés.
- Les résultats améliorent la compréhension de la manière dont la rTMS peut influencer le métabolisme de l'Aβ et de la protéine tau, apportant des informations précieuses sur les interventions thérapeutiques dans les maladies neurodégénératives.
- La méthode d'échantillonnage du liquide céphalorachidien (CSF) développée pourrait constituer un outil important pour les études futures sur la dynamique des biomarqueurs dans les modèles primates.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
Cette étude démontre une approche de neuromodulation non invasive permettant d'influencer des biomarqueurs pertinents pour la maladie d'Alzheimer dans le liquide céphalorachidien, offrant ainsi un outil translationnel pour la validation ciblée dans la recherche sur les maladies neurodégénératives. En modulant la dynamique des protéines Aβ et de la protéine tau par stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) chez des primates non humains éveillés, cette méthode permet de réduire les risques mécanistiques liés aux hypothèses thérapeutiques avant de lancer des programmes précliniques coûteux. La technique d'échantillonnage sériel du LCS permet un suivi longitudinal des biomarqueurs, renforçant la confiance prédictive en matière d'engagement de la cible et de modulation des voies biologiques.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Valeur scientifique : Interroge des hypothèses thérapeutiques en démontrant une modulation dépendante de la fréquence des biomarqueurs Aβ42 et tau dans le LCR.
- Valeur opérationnelle : Fournit une méthode reproductible et peu invasive de prélèvement de LCR chez des sujets éveillés, permettant une évaluation longitudinale des biomarqueurs.
- Valeur prédictive : Permet une réduction précoce des risques liés aux cibles en associant la neuromodulation à des modifications mesurables de l'activité des voies neurodégénératives.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Génère des résultats quantitatifs de biomarqueurs dans le liquide céphalorachidien (Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau, pTau) adaptés à la standardisation des dosages et aux tests de reproductibilité.
- Valeur opérationnelle : Facilite le développement de dosages pharmacodynamiques pour des composés neuromodulateurs en utilisant le liquide céphalorachidien comme matrice de substitution.
- Extensibilité : La méthode d'échantillonnage sériel permet la collecte à plusieurs points temporels, rendant possible l'analyse dose-réponse et le profil cinétique.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Démontre l'interaction avec la cible dans un modèle de primate pertinent pour la maladie, reliant les résultats in vitro aux réponses biomarqueurs in vivo.
- Valeur opérationnelle : Valide un protocole d'échantillonnage de liquide céphalorachidien compatible avec des interventions répétées, réduisant l'utilisation animale et la variabilité.
- Continuité translationnelle : S'aligne sur les applications cliniques de la stimulation magnétique transcrânienne répétitive dans les troubles neurodégénératifs, soutenant la traduction des biomarqueurs entre espèces.
Intégration des pipelines et des flux de travail
La méthode s'inscrit dans le continuum de découverte allant du test d'hypothèses sur une cible à l'optimisation du composé candidat, en fournissant des décisions d'aller/arrêt fondées sur des biomarqueurs selon des preuves de modulation de voie.
- Biologie de la découverte : Permet de tester des hypothèses mécanistiques concernant les effets de la neuromodulation sur les voies amyloïde et tau à l’aide de biomarqueurs dans le liquide céphalorachidien comme indicateurs des voies biologiques.
- Évaluation : Permet la quantification prête à l’essai de biomarqueurs afin d’évaluer les effets de composés ou de stimulations sur des cibles neurodégénératives.
- Analytique : Fournit des données multiplexées et quantitatives de biomarqueurs (Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau, pTau) pour appuyer l’analyse comparative entre différentes conditions et points temporels.
- Recherche translationnelle : Relie les modifications de biomarqueurs induites par la stimulation magnétique transcrânienne répétitive chez les primates à d’éventuelles applications cliniques dans la maladie d’Alzheimer.
- Réutilisation à grande échelle : Met en place une plateforme réutilisable d’échantillonnage du liquide céphalorachidien et d’analyse de biomarqueurs pour plusieurs programmes de neuromodulation ou de découverte de médicaments.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive dans la validation des cibles en établissant un lien entre la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) et les variations directionnelles des biomarqueurs centraux d'Alzheimer.
- Valeur opérationnelle : Normalise la collecte du liquide céphalorachidien (LCR) et l’analyse des biomarqueurs, améliorant ainsi la reproductibilité entre les études et les sites.
- Valeur stratégique : Réduit le risque biologique lié au choix des cibles en fournissant des preuves précoces de modulation de voies dans un modèle translationnel.
- Impact sur le portefeuille : Éclaire la priorisation ajustée au risque des programmes de neuromodulation ou de modification de la maladie, selon les profils de réponse des biomarqueurs.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en manipulation de primates non humains, en cathétérisation neurochirurgicale et en utilisation d'équipements de stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS).
- Dépend du positionnement du cathéter guidé par fluoroscopie, des systèmes de détection par puces liquides et des kits d'analyse des biomarqueurs dans le liquide céphalorachidien (LCR).
- Implique une standardisation croisée entre les équipes de neurosciences, d'expérimentation animale et d'analyse biochimique afin d'assurer un échantillonnage et une analyse cohérents.
- Implique des adaptations selon les espèces de primates, les cibles de stimulation et les panels de biomarqueurs.
- Les limites pratiques incluent la nécessité d'une expertise chirurgicale, d'un temps de récupération postopératoire et de la disponibilité de l'équipement pour un accès chronique au LCR.
F.A.Q. sur la bio-industrie pharmaceutique
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
