アカゲザル脳脊髄液中のAβおよびタウレベルの反復経頭蓋磁気刺激に関するパイロット研究
2021年9月3日
ここでは、アカゲザル脳脊髄液中のAβおよびタウ代謝に対する異なる周波数(1Hz/20Hz/40Hz)の反復経頭蓋磁気刺激の影響を探るためのパイロット研究の手順を説明する。
このプロトコルは、アカゲザルのアルファベータおよびタウレベルに対するrTMSの影響を探索するために、連続槽マグナCSFサンプリング法を使用する。この技術は、有害事象のリスクが低い完全覚醒条件下でCSFサンプリングを繰り返すことを可能にする新しいCSFサンプリング方法を使用する。この手順を実証するのは、南西医科大学の生理学部門の研究助手であるYing-Qian Zhangと、四川大学の大学院生であるHui-Xin Tanです。
鎮痛剤を投与し、麻酔が成功したことを確認した後、5歳の雄アカゲザルを側方褥瘡位置の手術台に置き、腰の周りの領域を消毒する。背中をひっくり返し、膝を胸の方に持っていきます。腰椎L4〜L5の間に脊髄針を挿入し、靭帯フラバが収容されている腰椎槽への進入を示すポップがあるまで押し込みます。
硬膜への進入を示す2番目のポップがあるまで針をさらに押し続け、次に脊髄針からスタイレットを引き出し、CSFの滴を集める。次に、硬膜外カテーテルを穿刺針を介してくも膜下腔内に挿入し、大槽に浮力がつくまで透視誘導下でカテーテル挿入を行う。次にポート移植のために、穿刺部位から頭部に向かって5センチメートルの切開を行い、皮下組織から皮膚を単離してサンプリングポートを配置する。
ポートを硬膜外カテーテルの端部に接続し、ポートを皮膚の下に埋め込み、切開部を縫合する。CSF収集の場合は、ケージバーを使用してサルを拘束し、背中を曲げたままにします。その後、アルコール綿棒で拭き取り、シリンジをサンプリングポートの中央に挿入して、カテーテルを通して胸郭マグナからCSFを抽出する。
最初の 200 マイクロリットルの CSF を廃棄し、分析用に 1 ミリリットルの CSF を収集します。rTMS介入中の中断を避けるために実験前にサルをサルの椅子に固定し、麻酔薬の影響を避けるためにサルが目覚めているときにバイオマーカー分析のためにCSFを収集します。くも膜下カテーテル法の3日目及び実験開始の2週間前に、サルをサルチェアによる適応訓練に1日2回、毎回30分間供した。
サルチェアによる適応トレーニングの1週間後、正式な実験開始の1週間前にrTMS適応トレーニングまたは偽刺激を行い、刺激プロセス中の振動や音によって実験の進行を妨げないようにします。偽刺激には、振動と音を発生させるが磁場を発生させない偽コイルを使用してください。刺激を受けた後、サルがプロセスに適応するのを助けるためにサルに食べ物を提供します。
国際10~20系に従って両側背外側前頭前野を局在化し、24時間を超える休止期間を設けずに3つの異なる周波数を用いてrTMSの3つの異なるセッションを行う。第1,第2,第3のセッションを1日2回,3日間連続して行う。4つのCSFバイオマーカーを分析するには、低侵襲カテーテル法を使用してCSFを採取する。
5 つの時点で CSF を収集し、各時点で 4 つのサンプルを 3 分間隔で収集します。3つの周波数で合計60個のサンプルを採取した後、それらを番号付けしてマイナス80°Cの冷蔵庫に最大1ヶ月間保管します。実験後、製造元の指示に従って、すべてのサンプルを液体チップ検出に供する。
1ヘルツrTMS刺激後、Abeta42レベルは24時間にわたって徐々に増加した。20ヘルツのrTMSと同様に、Abeta42レベルは時間とともに増加し、刺激後6時間でピークに達した。対照的に、40ヘルツ刺激後、Abeta42レベルは、rTMS後の時点で直ちに有意に増加し、その後、ゆっくりと減少した。
Abeta40に対するAbeta42の比率は、1および20ヘルツのrTMSによる刺激後に上昇傾向を示し、刺激後2時間後に有意に増加した。しかし、40ヘルツでの比率に有意差はなかった。CSF中のtTauレベルは、rTMS刺激20および40ヘルツ後に直ちに増加し、徐々に減少した。
しかし、1ヘルツ刺激後に有意差はなかった。pTauレベルは、40ヘルツ刺激後に直ちに増加し、24時間後にベースラインレベル以下に低下した。これに対し、1及び20ヘルツ刺激については、pTauレベルは低下傾向を示した。
サルCSFの複数のサンプルを必要とする研究者は、この連続槽マグナCSFサンプリング法を検討することができます。
完全なトランスクリプトを表示し、数千本の科学動画にアクセス
概要
本研究では、異なる周波数（1 Hz、20 Hz、および40 Hz）の反復経頭蓋磁気刺激（rTMS）が、アカゲザルの脳脊髄液（CSF）におけるアミロイドベータ（Aβ）およびタウタンパク質の代謝に及ぼす影響を調査します。本研究では、完全な覚醒条件下での新しいCSFサンプリング技術を用いて、rTMS介入後のバイオマーカーレベルの変化を評価します。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 神経化学
- 経頭蓋磁気刺激法
背景
- 反復経頭蓋磁気刺激（rTMS）が、神経変性バイオマーカーに影響を与える潜在的な手法として検討されています。
- Aβおよびtauは、アルツハイマー病および関連疾患を理解する上で極めて重要です。
- 本研究では、脳脊髄液（CSF）サンプリングへの新しいアプローチを重視したパイロット調査を採用しています。
- 研究は、神経変性疾患のトランスレーショナルリサーチに関連するモデルである、雄のアカゲザルを用いて行われました。
研究目的
- 異なるrTMS周波数がCSF中のAβおよびtauレベルに及ぼす影響を評価すること。
- 最小限のリスクで、覚醒条件下における反復的なCSFサンプリング手法を検証すること。
- 認知機能および神経変性に関連する潜在的なバイオマーカーを調査すること。
使用した手法
- 本プロトコールでは、大槽からの連続的なCSFサンプリングを採用しています。
- 生物学的モデルには、rTMS介入を施した雄のアカゲザルを使用します。
- 本手法において、マルチオミクスワークフローは強調されていません。
- 主な工程には、麻酔の確認、カテーテル挿入、適応トレーニング、およびrTMSの適用が含まれます。
- CSFの回収は、rTMS刺激後の複数のタイムポイントで行われます。
主な結果
- 刺激後、Aβレベルは周波数によって異なる反応を示し、1 Hzおよび20 Hzの介入後に有意な上昇が認められた。
- tTauレベルは、20 Hzおよび40 Hzの刺激後に有意に上昇した。
- pTauレベルは、40 Hz刺激の直後に著しい上昇を示した。
- 1 Hz刺激後には、tauレベルに有意な変化は見られなかった。
結論
- 本研究は、覚醒状態の非ヒト霊長類において、rTMSを用いて主要な神経変性バイオマーカーを調節できる可能性を実証した。
- 本知見は、rTMSがAβおよびtauの代謝にどのように影響を及ぼすかという理解を深めるものであり、神経変性疾患に対する治療介入に向けた貴重な洞察を提供する。
- 開発されたCSFサンプリング法は、霊長類モデルにおけるバイオマーカー動態の今後の研究において重要なツールとなる可能性がある。
よくある質問
産業界における重要性
本研究では、脳脊髄液中のアルツハイマー病関連バイオマーカーに影響を与える非侵襲的なニューロモジュレーション手法を提示しており、神経変性疾患研究におけるターゲット検証のためのトランスレーショナルツールを提供します。覚醒状態の非ヒト霊長類におけるrTMSによるAβおよびtauのダイナミクスの調整を通じて、本手法はコストのかかる前臨床プログラムに先立ち、治療仮説のメカニズム的なリスク低減を可能にします。連続的なCSFサンプリング技術によりバイオマーカーの縦断的な追跡が可能となり、ターゲットへのエンゲージメントおよびパスウェイ調整に関する予測の信頼性が向上します。
バイオファーマ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
- 科学的価値： CSF中のAβ42およびtauバイオマーカーの周波数依存的な変調を実証することにより、治療仮説を検証する。
- 運用の価値： 縦断的なバイオマーカー評価のために、覚醒条件下での再現可能かつ低侵襲なCSFサンプリング手法を提供する。
- 予測的価値： ニューロモジュレーションを神経変性経路活性の測定可能な変化に結びつけることで、ターゲットの早期リスク低減を可能にする。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値： アッセイの標準化および再現性試験に適した、定量的なCSFバイオマーカー（Aβ42、Aβ42/Aβ40、tTau、pTau）のリードアウトを生成する。
- 運用上の価値： CSFを代用マトリックスとして使用し、神経調節化合物の薬力学的アッセイの開発を支援する。
- 拡張性： 連続サンプリング法により、複数のタイムポイントでの採取が可能となり、用量反応およびキネティクスプロファイリングを実現する。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- 科学的価値：疾患に関連する霊長類モデルにおけるターゲットエンゲージメントを実証し、in vitroでの知見をin vivoのバイオマーカー反応へと橋渡しする。
- 運用的価値：反復的な介入に対応可能なCSFサンプリングワークフローを検証し、動物の使用数と個体間変動を低減させる。
- トランスレーショナルな連続性：神経変性疾患における臨床的なrTMS応用と整合し、種を超えたバイオマーカーのトランスレーションを支援する。
パイプラインおよびワークフローの統合
この手法は、ターゲット仮説の検証からリード最適化に至る創薬の連続的なプロセスに適合し、パスウェイ変調の根拠に基づいたバイオマーカーによるgo/no-go判断を可能にします。
- 探索生物学：CSFバイオマーカーを経路のリードアウトとして用いて、アミロイドおよびタウ経路に対するニューロモジュレーション効果に関するメカニズム仮説を検証します。
- スクリーニング：神経変性ターゲットに対する化合物または刺激の効果を評価するための、アッセイ可能なバイオマーカー定量化を実現します。
- 分析：条件間および時点間での比較分析をサポートするために、マルチプレックス化された定量的バイオマーカーデータ（Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau, pTau）を提供します。
- トランスレーショナルリサーチ：霊長類におけるrTMS誘発性のバイオマーカー変化を、アルツハイマー病における潜在的な臨床応用へと結びつけます。
- 企業での再利用：複数のニューロモジュレーションまたは創薬キャンペーンに活用可能な、再利用可能なCSFサンプリングおよびバイオマーカー分析プラットフォームを構築します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：rTMSをアルツハイマー病の主要なバイオマーカーの方向性のある変化に結びつけることで、ターゲットバリデーションにおける予測の信頼性を向上させる。
- 運用的価値：CSF採取およびバイオマーカー分析を標準化し、研究間および施設間での再現性を向上させる。
- 戦略的価値：トランスレーショナルモデルにおけるパスウェイ変調の早期エビデンスを提供することで、ターゲット選択における生物学的リスクを低減する。
- ポートフォリオへの影響：バイオマーカーの応答プロファイルに基づき、神経調節または疾患修飾プログラムのリスク調整後の優先順位付けに情報を供する。
実施上の留意点
- 非ヒト霊長類のハンドリング、脳神経外科的なカテーテル留置、およびrTMS装置の操作に関する専門知識が必要です。
- 透視下でのカテーテル留置、リキッドチップ検出システム、およびCSFバイオマーカーアッセイキットに依存します。
- サンプリングと分析の一貫性を確保するため、神経科学、実験動物、およびバイオ分析の各チーム間での標準化が必要です。
- 霊長類の種、刺激標的、およびバイオマーカーパネルの違いに応じた適応上の検討が含まれます。
- 実用上の制限として、外科的専門知識の必要性、術後の回復期間、および慢性的なCSFアクセスのための装置の可用性が挙げられます。
バイオ医薬品に関するよくある質問
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
