近赤外（NIR）の光は、マウス前庭感覚上皮におけるミトコンドリア機能のマーカーの発現を増加させる
2015年3月14日
ミトコンドリア機能障害は、細胞老化の特徴である。本論文では、高齢化マウス前庭感覚上皮におけるミトコンドリア機能を改善するために、非侵襲的近赤外（NIR）処理を使用しています。
次の実験の全体的な目標は、マウスの前庭感覚上皮に対する近赤外光の潜在的な神経保護効果を調査することです。これは、さまざまな発達段階のマウスに近赤外光を簡単かつ短期間経頭蓋的に適用することによって達成されます。第2のステップとして、治療された動物の骨迷路を解剖し、前庭感覚上皮の分離を可能にします。
次に、目的の抗酸化遺伝子の発現をR-T-P-C-Rで測定し、治療がミトコンドリアのパフォーマンスに与える影響を評価します。最後に、デンシトメトリーを行い、マウスの特定の抗酸化遺伝子の発現に対する短時間の近赤外光処理の効果を評価します。この近赤外線治療技術の主な利点は、シンプルで非侵襲的であり、治療後のさらなる下流の生理学的、分子的、行動学的分析を可能にすることです。
この技術の意味は、正常な老化中の末梢前庭系の潜在的な神経保護、または前庭疾患または欠損後のバランスの取れたパフォーマンスの改善にまで及びます。実験開始の2〜3日前に、治療計画が完了する前に動物の毛の再成長を防ぐために、各マウスの頭と首の領域の毛皮をできるだけ近く剃ります。動物の病原体のない状態を維持するために、各シェービングの間に70%エタノールで器具を洗浄します。
次に、各動物のインターンの治療の日に、尾の近位端でマウスを拾い上げ、片手のひらでリラックスさせて、近赤外線治療を受けた動物のストレスを最小限に抑えます。各動物について、剃った部分から1〜2センチメートル離れたところに670ナノメートルのLEDデバイスを持ち、デバイスのスイッチを90秒間オンにします。偽のグループについては、同じように治療手順を繰り返しますが、近赤外線ブロックグループのデバイスのスイッチを切った状態で、近赤外線治療グループと同じように動物を扱いますが、デバイスをアルミホイルで覆います。
各グループに対して 24 時間間隔で 5 日間連続して治療を繰り返した後、新たに調製したグリセロールベースの人工脳脊髄液または A CSF をマイナス 80 °C の冷凍庫で 45 分間凍結します。次に。各マウスについて、丸みを帯びた番号22のカミソリの刃を使用して、頭蓋骨の矢状皮膚に沿って切開を行い、頭蓋冠の脳とその下にある前庭装置をできるだけ冷たく保ち、組織全体に氷冷A CSFを定期的に適用します。次に、標準的なパターンハサミの先のとがった腕を使用して、ラムダの頭蓋骨に小さな切開を行い、矢状縫合糸に沿って切ります。
次に、浅いURSの片方の腕を頭頂骨の下にそっとスライドさせ、頭頂骨を横に、後頭骨を固定して引っ張り、脳が露出するまで引っ張ります。次に、小さなステンレス鋼のヘラを使用して、脳を前頭蓋窩と中頭蓋窩から持ち上げます。前庭蝸牛神経を露出させるには、神経を横断して、前庭有毛細胞を直接神経支配する一次求心性軸索に不必要な緊張がかからないようにします。
次に、totoで脳を取り出し、蝸牛と中頭蓋窩の末梢前庭器官を含む骨の迷路を観察します。次に、各骨迷路の横に2つの小さな切開を行い、前半規管を横方向に保持して引っ張って、構造全体を切除します。次に、切除した迷路をすぐに氷冷したA CSF溶液を含む解剖皿に浸し、カルボゲンと連続的に灌流します。
この手順の最も難しい部分は、各動物について一貫した量の生存可能な組織を得ることです。私たちは、慎重な観察と組織の特定の照明を実践することをお勧めします。次に、実体顕微鏡で迷路を蝸牛で押さえ、鉗子を使用してまっすぐな細い鉗子を使用して組織を皿の底に固定します。前半規管ulaの上の骨の小さな開口部を引っ掻きます。
次に、骨のすぐ下に手を伸ばし、ULAから外側にフリックして、開口部をゆっくりと拡大します。卵形嚢と前部および外側の陰部がすべて露出するまで、この方法を続けてください。次に、細い鉗子を使用して、卵形嚢とプーレを完全に切り離すまで、小形嚢とプーレを骨の迷路からそっと持ち上げます。
最後に、鉗子の先端の間で前庭器官をしっかりとつかみ、それらを新しく準備した溶解に入れます。スクリュートップマイクロチューブにバッファーを入れ、バッファー内で鉗子を静かに回転させて前庭器官を切り離します。次に、実体顕微鏡で鉗子に組織がないことを確認した後、微小管の蓋をねじ込み、すぐにサンプルを液体窒素で凍結して、若いマウスと高齢のマウスの間で近赤外線治療の影響を比較します。
メッセンジャーは、RNAを相補的DNAに逆転写し、その後、抗酸化性スーパーオキシドジスムターゼ1またはSODの発現をデンシトメトリーで測定して解析したところ、βアクチンの有意な増加は標準化され、芝1の発現は若年で2倍以上に増加し、若若き偽赤外処理動物および若若き近赤外ブロック動物と比較して、近赤外処理動物が観察された。また、高齢の近赤外線処理動物は、高齢の近赤外線遮断動物と比較した場合、芝生の2倍以上のアップレギュレーションを示しました。この手順に続いて、行動、分子、または生理学的な実験を行い、近赤外光は前庭感覚上皮における他の遺伝子またはタンパク質の発現を増加させますか?
それとも、近赤外光は治療を受けたマウスの全体的なバランス性能を向上させるのでしょうか?
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概要
本研究では、加齢マウスの前庭感覚上皮に対する近赤外光の神経保護効果について検討します。この非侵襲的な治療は、細胞老化に伴いしばしば損なわれるミトコンドリア機能の向上を目的としています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 細胞生物学
- 老年医学
背景
- ミトコンドリア機能不全は老化の主要な特徴である。
- 細胞老化は前庭系を含むさまざまな組織に影響を及ぼす。
- 近赤外光は細胞機能に対して潜在的な治療効果を持つ。
- 本研究では、これらの効果を評価するための非侵襲的な手法に焦点を当てる。
研究目的
- 近赤外光による神経保護効果を評価する。
- 前庭感覚上皮におけるミトコンドリア機能を評価する。
- 処置後の抗酸化遺伝子の発現量を測定する。
使用した手法
- マウスへの近赤外光の経頭蓋照射。
- 前庭感覚上皮を分離するための骨迷路の解剖。
- 抗酸化遺伝子発現を測定するためのRT-PCR。
- 遺伝子発現に対する治療効果を評価するためのデンシトメトリー。
主な結果
- 近赤外光照射により、ミトコンドリア機能が改善した。
- 特定の抗酸化遺伝子の発現亢進が観察された。
- 本手法は簡便かつ非侵襲的であることが証明された。
- 処置後のさらなる生理学的および行動学的解析の可能性がある。
結論
- 近赤外光は、神経保護治療として有望であることが示されています。
- ミトコンドリア機能の強化により、老化の影響が軽減される可能性があります。
- 長期的な利点を明らかにするためには、さらなる研究が必要です。
よくある質問
業界における実用的な関連性
感覚上皮におけるミトコンドリア機能の非侵襲的な調節は、加齢に伴う平衡機能低下という重要な課題を解決し、神経保護介入へのメカニズム的な切り口を提供します。抗酸化遺伝子発現の定量的な評価により、細胞のレジリエンス戦略を評価するための予測的信頼性が得られます。このアプローチは、神経変性および感覚系の保存に関する初期段階のポートフォリオ決定に寄与します。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期創薬およびターゲットバリデーション
- 感覚細胞の老化における治療仮説として、ミトコンドリア機能の検証を可能にします。
- 介入後の抗酸化遺伝子のアップレギュレーションを定量化することで、生物学的リスクの軽減を支援します。
- 測定可能な分子エンドポイントを通じて、機能的なターゲットバリデーションを促進します。
- 前臨床モデルにおける神経保護戦略を推進するための予測的な信頼性を提供します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 外部刺激に応答した遺伝子発現の変化を測定するための、再現可能なワークフローを確立します。
- 定量RT-PCRおよびデンシトメトリーの出力を標準化し、下流のスクリーニングアプリケーションに適用します。
- ミトコンドリア経路を標的とした候補介入策を評価するためのアッセイ準備を可能にします。
- 感覚組織モデルにおける治療群と対照群の信頼性の高い比較をサポートします。
トランスレーショナル＆前臨床研究
- トランスレーショナルな連続性を確保するため、加齢に伴う前庭機能低下の疾患関連モデルと整合させています。
- 基礎研究と前臨床検証フェーズを橋渡しする分子エンドポイントを提供します。
- ミトコンドリア機能不全を標的とした神経保護候補物質の、リスク調整済み開発推進に寄与します。
- 感覚系の保存を目的とした介入策に対し、メカニズムに基づいたリスク低減（de-risking）を提供します。
パイプラインおよびワークフローの統合
本手法は、感覚組織におけるミトコンドリア調節の定量的な仮説検証を可能にすることで、発見から前臨床に至る連続的な研究プロセスへと統合されます。
- ディスカバリーバイオロジー：抗酸化遺伝子の発現解析を通じて、パスウェイの解明および生物学的なリスク低減を支援します。
- スクリーニング：アッセイ開発および化合物評価に適した、標準化された定量的なアウトプットを提供します。
- アナリティクス：デンシトメトリーおよびRT-PCR測定により、実験群間での堅牢な統計的比較を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ：分子レベルでの知見を、前庭老化の疾患関連モデルへと結びつけます。
- エンタープライズ再利用：感覚系におけるミトコンドリア標的介入を評価するための、再利用可能なプラットフォームを確立します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 神経保護研究における予測の信頼性を高め、メカニズム的な曖昧さを軽減します。
- 運用上の価値： 遺伝子発現解析のための標準化され、拡張可能で、再現性のあるワークフローを可能にします。
- 戦略的価値： 神経変性疾患の初期段階プログラムにおける、go/no-go判断および資本配分を改善します。
- ポートフォリオへの影響： 感覚器の老化におけるミトコンドリア調節戦略の、リスク調整済み優先順位付けをサポートします。
実施上の留意点
- RT-PCRやデンシトメトリーなどの分子生物学的手法に関する専門知識が必要です。
- 遺伝子発現の定量および組織解離のための専門的な装置へのアクセスが必要です。
- サンプル調製および分析プロトコルのチーム間での標準化が求められます。
- 異なる感覚系または神経系のモデルシステムに合わせて調整が必要な場合があります。
- 再現性のある結果を得るためには、一貫した組織の収量と生存率が不可欠です。
