Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

دراسة تجريبية على التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة لمستويات Aβ و Tau في السائل الدماغي الشوكي للقرد الريسوس

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

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.

Abstract

وقد أظهرت الدراسات السابقة أن نظام وميض الضوء غير الغازية وتحفيز النغمة السمعية يمكن أن يؤثر على استقلاب Aβ و tau في الدماغ. كتقنية غير غازية ، تم تطبيق التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) لعلاج الاضطرابات التنكسية العصبية. استكشفت هذه الدراسة آثار rTMS على مستويات Aβ و tau في السائل الدماغي الشوكي للقرد الريسوس (CSF). هذه دراسة أحادية التعمية وذاتية التحكم. تم استخدام ثلاثة ترددات مختلفة (تردد منخفض ، 1 هرتز ؛ ترددات عالية ، 20 هرتز و 40 هرتز) من rTMS لتحفيز قشرة الفص الجبهي الظهرية الثنائية (DLPFC) لقرد ريسوس. تم استخدام طريقة القسطرة لجمع السائل الدماغي الشوكي. خضعت جميع العينات للكشف عن الرقائق السائلة لتحليل المؤشرات الحيوية CSF (Aβ42 ، Aβ42 / Aβ40 ، tTau ، pTau). تغيرت مستويات المؤشرات الحيوية CSF مع مرور الوقت بعد التحفيز بواسطة rTMS. بعد التحفيز ، أظهر مستوى Aβ42 في CSF اتجاها تصاعديا على جميع الترددات (1 هرتز و 20 هرتز و 40 هرتز) ، مع وجود اختلافات أكثر أهمية للترددات العالية (p < 0.05) مقارنة بالتردد المنخفض.

بعد rTMS عالي التردد ، زاد مستوى Tau (tTau) الكلي ل CSF على الفور في النقطة الزمنية لما بعد rTMS (p < 0.05) وانخفض تدريجيا بمقدار 24 ساعة. علاوة على ذلك ، أظهرت النتائج أن مستوى Tau المفسفرة (pTau) زاد مباشرة بعد 40 Hz rTMS (p < 0.05). أظهرت نسبة Aβ42/Aβ40 اتجاها تصاعديا عند 1 هرتز و 20 هرتز (p < 0.05). لم يكن هناك فرق كبير في مستويات تاو مع التحفيز منخفض التردد (1 هرتز). وبالتالي ، قد يكون للترددات العالية (20 هرتز و 40 هرتز) من rTMS تأثيرات إيجابية على مستويات Aβ و tau في ريسوس CSF ، في حين أن rTMS منخفض التردد (1 هرتز) يمكن أن يؤثر فقط على مستويات Aβ.

Introduction

أميلويد β (Aβ) وتاو هي مؤشرات حيوية مهمة CSF. يتكون Aβ من 42 حمضا أمينيا (Aβ1-42) ، وهو نتاج بروتين السلائف الأميلويد عبر الغشاء (APP) الذي يتم تحلله بواسطة β و γ الإفراز 1. Aβ1-42 قد تتجمع في لويحات أميلويد خارج الخلية في الدماغ بسبب خصائص قابليتها للذوبان1,2. تاو هو بروتين مرتبط بالأنابيب الدقيقة موجود بشكل رئيسي في المحاور العصبية ويشارك في النقل المحوري الأمامي 3. يحدث فرط فسفرة تاو غير الطبيعي بشكل رئيسي بسبب عدم التوازن بين الكينازات والفوسفاتيز ، مما يؤدي إلى انفصال تاو عن الأنابيب الدقيقة وتشكيل تشابك عصبي ليفي (NFT)1. يزداد تركيز تاو في السائل الدماغي الشوكي لأن بروتينات تاو وبروتينات تاو المفسفرة (pTau) يتم إطلاقها في الفضاء خارج الخلية أثناء العملية التنكسية العصبية. أظهرت الدراسات السابقة أن المؤشرات الحيوية ل CSF ذات صلة بالتغيرات المرضية الرئيسية الثلاثة لدماغ مرض الزهايمر (AD): لويحات الأميلويد خارج الخلية ، وتكوين NFT داخل الخلايا ، وفقدان الخلايا العصبية4. توجد تركيزات غير طبيعية من Aβ و tau في المرحلة المبكرة من AD ، مما يسمح بالتشخيص المبكر لمرض الزهايمر5,6.

في عام 2016 ، وجد تساي وآخرون أن وميض الضوء غير الغازي (40 هرتز) قلل من مستويات Aβ1-40 و Aβ1-42 في القشرة البصرية للفئران قبل الإيداع7. في الآونة الأخيرة ، أبلغوا أيضا أن تحفيز النغمة السمعية (40 هرتز) يحسن التعرف والذاكرة المكانية ، ويقلل من مستويات بروتين الأميلويد في الحصين والقشرة السمعية (AC) لفئران 5XFAD ، ويقلل من تركيزات pTau في نموذج P301S tauopathy 8. تشير هذه النتائج إلى أن التقنيات غير الغازية يمكن أن تؤثر على استقلاب Aβ و tau.

كأداة غير جراحية، يمكن للتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) تحفيز الأنسجة العصبية كهربائيا، بما في ذلك الحبل الشوكي والأعصاب الطرفية والقشرة الدماغية9. علاوة على ذلك ، يمكنه تعديل استثارة القشرة الدماغية في الموقع المحفز وفي الاتصالات الوظيفية. لذلك ، تم استخدام TMS في علاج الاضطرابات العصبية التنكسية والاختبارات التشخيصية والتشخيصية. الشكل الأكثر شيوعا للتدخل السريري في TMS ، rTMS ، يمكن أن يحفز تنشيط القشرة ، ويعدل استثارة القشرة ، وينظم الوظيفة المعرفية / الحركية.

وأفيد أن 20 هرتز rTMS كان له تأثير وقائي عصبي في المختبر ضد الضغوطات التأكسدية، بما في ذلك الغلوتامات وAβ وحسن الجدوى الكلية لخلايا HT22 الحصين وحيدة النسيلة في الفئران10. بعد تحفيز 1 هرتز rTMS ، تم تقليل إنزيم APP-cشق الموقع β 1 ، APP ، وشظاياه الطرفية C في الحصين بشكل كبير. والجدير بالذكر أن ضعف التقوية طويلة الأجل والتعلم المكاني والذاكرة في CA1 الحصين قد تم عكسه11،12. قام Bai et al. بالتحقيق في تأثير rTMS على خلل تذبذب غاما الناجم عن Aβ أثناء اختبار الذاكرة العاملة. وخلصوا إلى أن rTMS يمكن أن يعكس الخلل الوظيفي الناجم عن Aβ ، مما يؤدي إلى فوائد محتملة للذاكرة العاملة 13. ومع ذلك ، هناك عدد قليل من التقارير حول آثار rTMS على استقلاب تاو والتغيرات الديناميكية في Aβ و tau في CSF قبل وبعد rTMS. يصف هذا البروتوكول إجراء التحقيق في آثار rTMS على ترددات مختلفة (تردد منخفض ، 1 هرتز ؛ ترددات عالية ، 20 هرتز ، و 40 هرتز) على مستويات Aβ و tau في ريسوس CSF.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

وأجريت جميع التجارب بموجب إرشادات رعاية واستخدام المختبرات، التي صاغتها وزارة العلوم والتكنولوجيا في جمهورية الصين الشعبية، فضلا عن مبادئ إعلان بازل. تم منح الموافقة من قبل لجنة رعاية الحيوان في مستشفى غرب الصين بجامعة سيتشوان (تشنغدو ، الصين). يوضح الشكل 1 تصميم الدراسة أحادي التعمية والتحكم الذاتي المستخدم هنا.

1. أجهزة rTMS

  1. استخدم ملف تحفيز المجال المغناطيسي على شكل 8 لأداء تحفيز rTMS.

2. الحيوان

  1. احتفظ بقرد ريسوس الذكر (Macaca mulatta ، 5 كجم ، 5 سنوات) في قفص منزلي فردي مع حرية الوصول إلى مياه الصنبور و chow القياسية. تأكد من التحكم في الظروف البيئية لتوفير رطوبة نسبية تتراوح بين 60 و 70٪ ، ودرجة حرارة 24 ± 2 درجة مئوية ، وضوء 12:12 ساعة: دورة مظلمة 14,15. إجراء جميع التجارب وفقا لإرشادات رعاية واستخدام المختبر.

3. سلسلة سيستيرنا ماجنا CSF طريقة أخذ العينات

  1. اطلب من اثنين من المجربين المدربين إجراء طريقة قسطرة لأخذ عينات من السائل الدماغي الشوكي من الصهريج الضخم (الشكل 2).
  2. تحديد المواقع
    1. تخدير القرد عن طريق الحقن العضلي من 5 ملغ / كغ زولازيبام-تيلتامين (انظر جدول المواد). لضمان التخدير الناجح للقرد ، ابحث عن التنفس العميق والبطيء ، ومنعكس القرنية الباهت أو الغائب ، واسترخاء عضلات الأطراف. راقب درجة حرارته ونبضه وتنفسه ولون الغشاء المخاطي ووقت إعادة تعبئة الشعيرات الدموية خلال هذه المرحلة.
    2. إدارة 2 مغ / كغ من المورفين عن طريق الحقن العضلي كل 4 ساعات.
    3. ضع القرد على طاولة العمليات في وضع الاستلقاء الجانبي. ثني عنق القرد ، وانحني الجزء الخلفي من القرد ، وأحضر ركبتيه نحو الصدر.
  3. ثقب
    1. للتطهير ، قم بإعداد المنطقة المحيطة بأسفل الظهر باستخدام تقنية التعقيم. أدخل إبرة العمود الفقري بين الفقرات القطنية L4 / L5 ، وادفعها حتى يكون هناك "فرقعة" عندما تدخل الخزان القطني حيث يوجد الفلافوم الرباطي.
    2. ادفع الإبرة مرة أخرى حتى يكون هناك "فرقعة" ثانية حيث تدخل الأم الجافية. سحب ستايل من إبرة العمود الفقري وجمع قطرات من السائل الدماغي الشوكي.
  4. إدخال القسطرة
    1. تحت التوجيه الفلوري ، أدخل القسطرة فوق الجافية من خلال إبرة الثقب في الفضاء تحت العنكبوتية حتى تطفو في صهريج ماجنا.
  5. زرع المنفذ
    1. قم بعمل شق 5 سم من موقع الثقب إلى اتجاه الرأس واعزل الجلد عن الأنسجة تحت الجلد لوضع منفذ أخذ العينات. قم بتوصيل المنفذ بنهاية القسطرة فوق الجافية وزرع المنفذ تحت الجلد ؛ ثم ، خياطة شق. تطهير الجرح يوميا لمنع العدوى.
      ملاحظة: يتعافى القرد تماما في اليوم التالي للجراحة.
  6. مجموعة CSF
    1. استخدم قضبان القفص لكبح جماح القرد والحفاظ على ثني ظهره.
    2. أدخل حقنة في وسط منفذ أخذ العينات لاستخراج السائل الدماغي الشوكي من صهريجنا ماجنا عبر القسطرة. تخلص من أول 0.2 مل من السائل الدماغي الشوكي (الحجم الإجمالي للقسطرة والمنفذ هو 0.1 مل)، ثم اجمع 1 مل من السائل الدماغي الشوكي للتحليل16.

4. كرسي القرد التدريب التكيفي

  1. ثبت القرد على كرسي القرد قبل التجربة لتجنب مقاطعة عملية تدخل rTMS (الشكل 3A ، B).
  2. جمع السائل الدماغي الشوكي لتحليل المؤشرات الحيوية في حالة الاستيقاظ من القرد لتجنب تأثير الأدوية المخدرة.
  3. في اليوم الثالث بعد القسطرة تحت العنكبوتية ، قبل 2 أسابيع من بدء التجربة ، أخضع القرد للتدريب التكيفي مع كرسي القرد ، مرتين في اليوم ، لمدة 30 دقيقة في كل مرة.

5. rTMS التدريب التكيفي / التحفيز الصوري

  1. قم بإجراء التدريب التكيفي rTMS / التحفيز الصوري بعد أسبوع واحد من التدريب التكيفي مع كرسي القرد ، قبل أسبوع واحد من بدء التجربة الرسمية لتجنب إعاقة تقدم التجربة بسبب الاهتزازات والأصوات أثناء عملية التحفيز.
  2. استخدم ملفا زائفا (ينتج فقط الاهتزاز والصوت ولا يولد مجالا مغناطيسيا) لتحفيز القرد. قدم الطعام للقرد بعد التحفيز لمساعدته على التكيف مع العملية (الشكل 3C).
  3. إجراء التدريب التكيفي rTMS على كرسي القرد مرتين في اليوم ، لمدة 30 دقيقة في كل مرة لمدة 2 أسابيع.

6. بروتوكول العلاج

  1. استخدم ثلاثة ترددات مختلفة (1 هرتز / 20 هرتز / 40 هرتز) من rTMS لتحفيز ثنائي DLPFC (R-L-DLPFC) للقرد ، كما هو موضح سابقا17. توطين DLPFC وفقا للنظام الدولي 10-20.
    1. قم بإجراء ثلاث جلسات مختلفة من rTMS مع فترة غسيل تتجاوز 24 h18,19.
      1. بالنسبة للفترة الأولى ، استخدم المعلمات التالية: تردد 1 هرتز ل rTMS ، وهو نمط من rTMS يتكون من 20 قطارا متفجرا ، و 20 نبضة مع فترات زمنية بين القطارات 10 ثانية بين القطارات ، وكثافة تحفيز بنسبة 100٪ من متوسط عتبة محرك الراحة (RMT) ، مرتين في اليوم لمدة ثلاثة أيام متتالية 20,21.
      2. بالنسبة للفترة الثانية ، استخدم المعلمات التالية: القطارات ذات التردد العالي (20 هرتز) rTMS مع RMT بنسبة 100٪ لمدة 2 ثانية مع فترات 28 ثانية بين القطارات ، ما مجموعه 2000 حافز (40 محفزا / قطار ، 50 قطارا) كل جلسة ، مرتين في اليوم لمدة ثلاثة أيام متتالية 22.
      3. بالنسبة للفترة الثالثة ، استخدم المعلمات التالية: قطارات ذات تردد غاما (40 هرتز) rTMS مع RMT بنسبة 100٪ يتم تسليمها في مدة 1 ثانية مفصولة بفترات زمنية بين القطارات تبلغ 28 ثانية. حافظ على العدد الإجمالي للنبضات لكل جلسة كما هو الحال مع 20 هرتز rTMS، مرتين في اليوم لمدة ثلاثة أيام متتالية7,22.

7. المؤشرات الحيوية CSF

  1. قم بتحليل أربعة مؤشرات حيوية CSF: Aβ42 و Aβ42 / Aβ40 و tTau و pTau.

8. طريقة جمع CSF والكشف عن الفهرس

  1. استخدم طريقة قسطرة طفيفة التوغل لأخذ عينات من السائل الدماغي الشوكي.
  2. استخدم قضبان القفص لكبح جماح القرد والحفاظ على ثني ظهره. اطلب من المشغل الآخر إدخال حقنة في وسط منفذ أخذ العينات، مما يضمن استخراج السائل الدماغي الشوكي من خلال القسطرة.
  3. جمع CSF في 5 نقاط زمنية (4 عينات في كل نقطة زمنية على فترات 3 دقائق): pre-rTMS ، 0 h / 2 h / 6 h / 24 h post-rTMS23,24,25. جمع ما مجموعه 60 عينة لمدة 3 ترددات. عدد وتخزينها في ثلاجة -80 درجة مئوية لمدة تصل إلى 1 شهر. بعد التجربة، قم بإخضاع جميع العينات للكشف عن الرقائق السائلة وفقا لتعليمات الشركة المصنعة (انظر جدول المواد).

9. التحليل الإحصائي

  1. تقديم جميع البيانات كمتوسط ± الانحراف المعياري (SD).
  2. قم بإجراء اختبار Shapiro-Wilk لاختبار الوضع الطبيعي في حالة صغر حجم العينة. قم بإجراء قياسات متكررة ثنائية الاتجاه ANOVA واختبار المقارنات المتعددة في Tukey.
    ملاحظة: اعتبرت القيمة (ثنائية الذيل) < 0.05 ذات دلالة إحصائية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

أظهرت النتائج أن rTMS يمكن أن يؤثر على مستويات Aβ و tau في CSF ريسوس. تغيرت مستويات المؤشرات الحيوية CSF مع مرور الوقت بعد تحفيز rTMS بترددات مختلفة (1 هرتز و 20 هرتز و 40 هرتز).

Aβ42 و Aβ42/ Aβ40
كما هو موضح في الشكل 4A ، بعد تحفيز 1 هرتز rTMS ، زادت مستويات Aβ42 تدريجيا على مدار 24 ساعة (p < 0.05) وعادت إلى خط الأساس بعد فترة الغسيل. وبالمثل ، بعد تحفيز DLPFC الثنائي للقرد مع rTMS عند 20 هرتز ، زادت مستويات Aβ42 مع مرور الوقت ووصلت إلى ذروتها عند 6 ساعات بعد التحفيز (p < 0.05). ومع ذلك ، بعد التحفيز باستخدام 40 هرتز rTMS ، زادت مستويات Aβ42 بشكل كبير على الفور في الوقت المحدد لما بعد rTMS (p < 0.05) وانخفضت ببطء. بشكل عام ، زادت الترددات العالية ل rTMS (20 هرتز و 40 هرتز) مستويات Aβ42 إلى حد أكبر من التردد المنخفض (1 هرتز) (p < 0.05). علاوة على ذلك ، زادت مستويات Aβ42 بسرعة أكبر عند الترددات العالية ، خاصة عند 40 هرتز ، وصلت إلى ذروتها بعد التحفيز مباشرة. وعلاوة على ذلك، ارتفع مستوى Aβ42 عند 40 هرتز ارتفاعا كبيرا مقارنة بمستوى 20 هرتز (p < 0.05). أظهرت نسبة Aβ42 / Aβ40 اتجاها تصاعديا بعد التحفيز مع 1 هرتز و 20 هرتز rTMS وزادت بشكل كبير من 2 ساعة بعد تحفيز rTMS. علاوة على ذلك ، زاد إلى حد أكبر بعد 20 هرتز rTMS مقارنة ب 1 هرتز (p < 0.05) (الشكل 4B). ومع ذلك، لم يكن هناك فرق كبير في نسبة Aβ42/Aβ40 عند 40 هرتز.

pTau و tTau
بشكل عام ، زادت مستويات tTau في السائل الدماغي الشوكي للقرد على الفور بعد تحفيز 20 هرتز و 40 هرتز rTMS (p < 0.05) وانخفضت تدريجيا (الشكل 4C). ومع ذلك ، لم يكن هناك فرق كبير بعد 1 هرتز rTMS. ارتفع مستوى pTau على الفور وبشكل كبير بعد التحفيز مع 40 هرتز rTMS (p < 0.05) وانخفض إلى ما دون مستوى خط الأساس بعد 24 ساعة (الشكل 4D). بالإضافة إلى ذلك ، أظهر مستوى pTau اتجاها هبوطيا بعد تحفيز 1 هرتز و 20 هرتز rTMS. لذلك ، بالمقارنة مع الترددين الآخرين (1 هرتز و 20 هرتز) ، أظهر 40 هرتز rTMS تأثيرات أكثر أهمية على مستويات تاو (p < 0.05).

خط الأساس بعد الغسيل
بعد فترة غسل مدتها 24 ساعة ، لم يلاحظ أي فرق كبير عن خط الأساس (p > 0.05) في أي مستويات المؤشرات الحيوية CSF.

Figure 1
الشكل 1: مخطط التدفق لهذه الدراسة التجريبية. اختصار: rTMS = التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: القسطرة طفيفة التوغل لأخذ العينات التسلسلية من السائل الدماغي الشوكي من سيستيرنا ماجنا. وأعقب البزل القطني الروتيني قسطرة طفيفة التوغل، حيث اخترقت قسطرة فوق الجافية الفضاء تحت العنكبوتية وظلت عائمة في الصهريج الضخم تحت إشراف الأشعة السينية (السهم الأحمر). تم ترك منفذ أخذ العينات تحت الجلد بجانب نقطة الثقب للسماح بأخذ عينات من cisterna magna CSF تحت في واع تماما. اختصار: السائل الدماغي الشوكي = السائل الدماغي الشوكي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: التدريب على التكيف على كرسي القرد . (أ) الجبهة. (ب) الجانبية؛ (ج) rTMS التدريب التكيفي / التحفيز الصوري. اختصار: rTMS = التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: آثار rTMS على مستويات Aβ و tau في CSF ريسوس. تمثل الأشرطة الخمسة لكل تردد خمس نقاط زمنية: ما قبل rTMS ، و 0 h post-rTMS ، و 2 h post-rTMS ، و 6 h post-rTMS ، و 24 h post-rTMS. (أ) التغيرات في مستوى Aβ42 في السائل الدماغي الشوكي للقرد بعد rTMS؛ (ب) التغيرات في نسبة Aβ42/Aβ40 في السائل الدماغي الشوكي للقرد بعد rTMS؛ (ج) التغيرات في مستويات tTau في السائل الدماغي الشوكي للقرد بعد تحفيز rTMS ؛ (د) التغيرات في مستويات pTau في السائل الدماغي الشوكي للقرد بعد rTMS. * يمثل فرقا ذا دلالة إحصائية عن مستوى ما قبل rTMS ، p < 0.05. يمثل # و ▲ اختلافات كبيرة عن مستوى 1 هرتز أو 20 هرتز في نفس النقطة الزمنية ، على التوالي. p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001, **** يمثل p < 0.0001. الاختصارات: rTMS = التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة. CSF = السائل الدماغي الشوكي; tTau = مجموع تاو ؛ pTau = تاو المفسفر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Aβ1-42 ، وهي علامة حيوية راسخة ل AD ، هي علامة حيوية أساسية CSF تتعلق باستقلاب Aβ وتكوين لوحة الأميلويد في الدماغ وقد استخدمت على نطاق واسع في التجارب السريرية والعيادة 26. أظهرت الدراسات الحديثة أن نسبة السائل الدماغي الشوكي Aβ42 / Aβ40 هي علامة حيوية تشخيصية أفضل ل AD من Aβ42 وحدها لأنها مؤشر أفضل على علم الأمراض من نوع AD27,28. يتم إطلاق بروتينات تاو وبتاو في الفضاء خارج الخلية أثناء العملية التنكسية العصبية ، مما يؤدي إلى زيادة تركيزات تاو في CSF20,29. لذلك ، يتم تأكيد CSF Aβ1-42 و Aβ42 / Aβ40 و tTau و pTau ودمج المؤشرات الحيوية CSF في معايير التشخيص المنقحة ل AD1,29.

توضح هذه الدراسة أنه بعد تحفيز rTMS ، أظهرت مستويات Aβ42 في CSF اتجاها تصاعديا على جميع الترددات. زاد rTMS عالي التردد (20 هرتز و 40 هرتز) مستويات Aβ42 إلى حد أكبر من التردد المنخفض. وفقا لبحث سابق30,31 ، يرتبط مستوى منخفض من Aβ42 في السائل الدماغي الشوكي بالتنكس العصبي الخاص بمرض الزهايمر (أي ضمور الحصين). ومع ذلك ، فإن الزيادة في Aβ بعد تحفيز rTMS تعكس السمات المرضية ل AD ، مما يشير إلى أن rTMS قد تطبيع مستويات Aβ. تشير دراسة ما قبل السريرية إلى أن مستوى Aβ يتم تنظيمه بواسطة النشاط العصبي32. لذلك ، قد يزيد rTMS عالي التردد ، مقابل rTMS منخفض التردد ، من إنتاج جميع مواد Aβ ، بما في ذلك Aβ42 ، عن طريق تنشيط نشاط الشبكة العصبية. بالإضافة إلى ذلك ، وجدت الدراسة أنه بعد 24 ساعة من rTMS عند ثلاثة ترددات مختلفة (1 هرتز و 20 هرتز و 40 هرتز) ، كان مستوى pTau أقل من خط الأساس. هذا يشير إلى انخفاض في بروتين pTau غير الطبيعي ، مما يقلل من ارتباطه بالأنابيب الدقيقة ويحافظ على البنية الطبيعية للخلايا العصبية. ومع ذلك ، بعد rTMS عالي التردد ، زاد مستوى tTau من CSF على الفور وانخفض تدريجيا على مدار 24 ساعة. ولا تزال الآلية الكامنة وراء هذه الظاهرة غير واضحة.

تؤكد هذه الدراسة بشكل موضوعي تأثير rTMS على استقلاب Aβ و tau في CSF. بالمقارنة مع طرق التقييم الأخرى ، يمكن أن تعكس المؤشرات الحيوية CSF عملية التمثيل الغذائي وعلم الأمراض في الدماغ ، مما يوفر نافذة للدماغ. هذه الطريقة آمنة وجيدة التحمل ولها قابلية تطبيق سريرية رائعة33,34. التقنية الأكثر شيوعا لجمع السائل الدماغي الشوكي هي إجراء البزل القطني. ومع ذلك ، من الصعب جمع السائل الدماغي الشوكي عدة مرات في فترة قصيرة ، حيث توجد مخاطر الإصابة بعدوى الجهاز العصبي المركزي وتسرب السائل الدماغي الشوكي بسبب ثقب الجافية المتكرر35,36.

يستخدم هذا البروتوكول طريقة جديدة لأخذ عينات السائل الدماغي الشوكي ، مما يسمح بأخذ عينات متكررة من السائل الدماغي الشوكي في ظل ظروف مستيقظة تماما ، مع مخاطر منخفضة من الأحداث السلبية المذكورة أعلاه. يتم وضع منفذ أخذ العينات تحت الجلد بحيث لا يستطيع القرد خدش المنفذ. لذلك ، يمكن جمع CSF مباشرة من خلال منفذ أخذ العينات بدلا من البزل القطني. هذه الطريقة مريحة وسريعة وتتجنب تأثير التخدير16. لذلك ، يمكن للباحثين الذين يحتاجون إلى عينات متعددة من CSF القرد النظر في طريقة أخذ العينات التسلسلية cisterna magna CSF. لتجنب مقاطعة عملية rTMS ، يعد التدريب التكيفي على كرسي القرد والتدريب التكيفي rTMS مهما قبل بدء التجربة.

ومع ذلك ، لا يزال رأس القرد لديه مجموعة صغيرة من الحركة أثناء التجربة حتى بعد التدريب. وبالتالي ، فمن المستحسن استخدام نظام تتبع بمساعدة الروبوت ، لتوطين مواقع التحفيز ووضع ملف TMS في وقت واحد عندما يتحرك الرأس. هذه الدراسة لديها بعض القيود: الحيوان المستخدم هنا كان قردا عاديا وليس نموذجا مرضيا (مثل الأنياب القديمة37) ، وكان حجم العينة صغيرا. ومع ذلك ، فقد أظهرت هذه الدراسة التجريبية تغيرات ديناميكية مثيرة للاهتمام في مستويات Aβ و tau بعد rTMS ، مما يشير إلى الفوائد المحتملة ل rTMS على AD ويستحق المزيد من التحقيق.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان.

Acknowledgments

يود المؤلفون أن يشكروا شركة Sichuan Green-House Biotech Co.، Ltd على توفير كرسي القرد والأجهزة النسبية الأخرى. لم يتلق هذا البحث أي منحة محددة من أي وكالة تمويل في القطاعات العامة أو التجارية أو غير الربحية.

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

علم الأعصاب ، العدد 175 ،
دراسة تجريبية على التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة لمستويات Aβ و Tau في السائل الدماغي الشوكي للقرد الريسوس
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