Hier beschrijven we de procedure voor een pilotstudie om het effect van repetitieve transcraniële magnetische stimulatie met verschillende frequenties (1 Hz / 20 Hz / 40 Hz) op Aβ- en tau-metabolisme in reuzeap hersenvocht te onderzoeken.
Methodenartikel
Hier beschrijven we de procedure voor een pilotstudie om het effect van repetitieve transcraniële magnetische stimulatie met verschillende frequenties (1 Hz / 20 Hz / 40 Hz) op Aβ- en tau-metabolisme in reuzeap hersenvocht te onderzoeken.
Eerdere studies hebben aangetoond dat een niet-invasieflikkerend regime en auditieve toonstimulatie het Aβ- en tau-metabolisme in de hersenen kunnen beïnvloeden. Als niet-invasieve techniek is repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (rTMS) toegepast voor de behandeling van neurodegeneratieve aandoeningen. Deze studie onderzocht de effecten van rTMS op Aβ- en tau-niveaus in cerebrospinale vloeistof (CSF) van resusapen. Dit is een blinde, zelfgestuurde studie. Drie verschillende frequenties (lage frequentie, 1 Hz; hoge frequenties, 20 Hz en 40 Hz) van rTMS werden gebruikt om de bilateraal-dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) van de resusaap te stimuleren. Een katheterisatiemethode werd gebruikt om CSF te verzamelen. Alle monsters werden onderworpen aan vloeistofchipdetectie om CSF-biomarkers te analyseren (Aβ42, Aβ42 / Aβ40, tTau, pTau). Csf biomarker niveaus veranderden met de tijd na stimulatie door rTMS. Na stimulatie vertoonde het Aβ42-niveau in CSF een opwaartse trend op alle frequenties (1 Hz, 20 Hz en 40 Hz), met meer significante verschillen voor de hoge frequenties (p < 0,05) dan voor de lage frequentie.
Na hoogfrequente rTMS nam het totale Tau (tTau) niveau van CSF onmiddellijk toe op het post-rTMS-tijdspunt (p < 0,05) en nam geleidelijk af met 24 uur. Bovendien toonden de resultaten aan dat het niveau van gefosforyleerd Tau (pTau) onmiddellijk na 40 Hz rTMS (p < 0,05) toenam. De verhouding van Aβ42/Aβ40 vertoonde een stijgende lijn bij 1 Hz en 20 Hz (p < 0,05). Er was geen significant verschil in de tau-niveaus met laagfrequente (1 Hz) stimulatie. Hoge frequenties (20 Hz en 40 Hz) van rTMS kunnen dus positieve effecten hebben op Aβ- en tau-niveaus in resusapen CSF, terwijl laagfrequente (1 Hz) rTMS alleen Aβ-niveaus kan beïnvloeden.
Amyloïde-β (Aβ) en tau zijn belangrijke CSF-biomarkers. Aβ bestaat uit 42 aminozuren (Aβ1-42), het product van transmembraan amyloïde precursor eiwit (APP) gehydrolyseerd door β- en γ-secretasen1. Aβ1-42 kan aggregeren tot extracellulaire amyloïde plaques in de hersenen vanwege de oplosbaarheidskenmerken1,2. Tau is een microtubule-geassocieerd eiwit dat voornamelijk aanwezig is in axonen en betrokken is bij anterograde axonaal transport3. Abnormale tau-hyperfosforylering wordt voornamelijk veroorzaakt door de onbalans tussen kinasen en fosfatasen, wat resulteert in het loslaten van tau uit microtubuli en de vorming van neurofibrillaire klitten (NFT)1. De concentratie tau neemt toe in de liquor omdat tau en gefosforyleerde tau-eiwitten (pTau) vrijkomen in de extracellulaire ruimte tijdens het neurodegeneratieve proces. Eerdere studies hebben aangetoond dat CSF-biomarkers relevant zijn voor de drie belangrijkste pathologische veranderingen van de hersenen van de ziekte van Alzheimer (AD): extracellulaire amyloïde plaques, intracellulaire NFT-vorming en neuronverlies4. Abnormale concentraties van Aβ en tau aanwezig in het vroege stadium van AD, waardoor een vroege AD-diagnose mogelijk is5,6.
In 2016 ontdekten Tsai et al. dat niet-invasieve lichtflikkering (40 Hz) de niveaus van Aβ1-40 en Aβ1-42 in de visuele cortex van pre-depositerende muizen verminderde7. Onlangs meldden ze verder dat auditieve toonstimulatie (40 Hz) de herkenning en het ruimtelijk geheugen verbeterde, de amyloïde eiwitniveaus in de hippocampus en auditieve cortex (AC) van 5XFAD-muizen verminderde en de pTau-concentraties in het P301S-tauopathiemodel8 verlaagde. Deze resultaten geven aan dat niet-invasieve technieken het Aβ- en tau-metabolisme kunnen beïnvloeden.
Als niet-invasief hulpmiddel kan transcraniële magnetische stimulatie (TMS) neuraal weefsel elektrisch stimuleren, inclusief het ruggenmerg, perifere zenuwen en de hersenschors9. Bovendien kan het de prikkelbaarheid van de hersenschors op de gestimuleerde plaats en in de functionele verbindingen wijzigen. Daarom is TMS gebruikt bij de behandeling van neurodegeneratieve aandoeningen en prognostische en diagnostische tests. De meest voorkomende vorm van klinische interventie in TMS, rTMS, kan cortexactivering induceren, de prikkelbaarheid van de cortex wijzigen en de cognitieve / motorische functie reguleren.
Er werd gemeld dat 20 Hz rTMS een in vitro neuroprotectief effect had tegen oxidatieve stressoren, waaronder glutamaat en Aβ en de algehele levensvatbaarheid van monoklonale hippocampus HT22-cellen bij muizen verbeterde10. Na 1 Hz rTMS-stimulatie waren het β-site APP-splijtende enzym 1, APP, en zijn C-terminale fragmenten in de hippocampus aanzienlijk verminderd. Met name de aantasting van langdurige potentiëring, ruimtelijk leren en geheugen in hippocampus CA1 werd omgekeerd11,12. Bai et al. onderzochten het effect van rTMS op de Aβ-geïnduceerde gamma-oscillatie disfunctie tijdens een werkgeheugentest. Ze concludeerden dat rTMS Aβ-geïnduceerde disfunctie kon omkeren, wat resulteerde in potentiële voordelen voor het werkgeheugen13. Er zijn echter weinig rapporten over de effecten van rTMS op het tau-metabolisme en de dynamische veranderingen in Aβ en tau in CSF voor en na rTMS. Dit protocol beschrijft de procedure voor het onderzoeken van de effecten van rTMS op verschillende frequenties (lage frequentie, 1 Hz; hoge frequenties, 20 Hz en 40 Hz) op Aβ- en tau-niveaus in resusapen CSF.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle experimenten werden uitgevoerd onder de Guidance for the Care and Use of Laboratory Animals, geformuleerd door het ministerie van Wetenschap en Technologie van de Volksrepubliek China, evenals de principes van de Verklaring van Basel. Goedkeuring werd gegeven door het Animal Care Committee van het Sichuan University West China Hospital (Chengdu, China). Figuur 1 toont de hier gebruikte enkelblinde, zelfgestuurde onderzoeksopzet.
1. rTMS-apparaten
2. Dier
3. Een seriële cisterna magna CSF-bemonsteringsmethode
4. Monkey chair adaptieve training
5. rTMS adaptieve training/schijnstimulatie
6. Behandelprotocol
7. CSF biomarkers
8. Methode voor het verzamelen van cb's en indexdetectie
9. Statistische analyse
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De resultaten toonden aan dat rTMS de Aβ- en tau-niveaus in resusapen CSF kon beïnvloeden. Csf biomarker niveaus veranderden met de tijd na rTMS stimulatie op verschillende frequenties (1 Hz, 20 Hz en 40 Hz).
Aβ42 en Aβ42/Aβ40
Zoals te zien is in figuur 4A, namen de Aβ42-niveaus na 1 Hz rTMS-stimulatie geleidelijk toe...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Aβ1-42, een gevestigde biomarker van AD, is een CSF-kernbiomarker gerelateerd aan Aβ-metabolisme en amyloïde plaquevorming in de hersenen en is veel gebruikt in klinische onderzoeken en de kliniek26. Recente studies hebben aangetoond dat de CSF Aβ42/Aβ40 ratio een betere diagnostische biomarker van AD is dan Aβ42 alleen, omdat het een betere indicator is van de AD-type pathologie27,28. Tau- en pT...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenconflicten te melden.
De auteurs willen Sichuan Green-House Biotech Co., Ltd bedanken voor het leveren van de apenstoel en andere relatieve apparaten. Dit onderzoek ontving geen specifieke subsidie van een financieringsagentschap in de publieke, commerciële of non-profitsector.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Anesthesia Puncture Kit for Single Use | Weigao, Shandong, China | ||
| CCY-I magnetische veldstimulator | YIRUIDE MEDICAL, Wuhan, China | ||
| GraphPad Prism versie 7.0 | GraphPad Software, Inc., San Diego, CA, VS | ||
| Human Amyloid Beta en Tau Magnetische Kraalpaneel | EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 VS | liquid chip detectie | |
| MILLIPLEX Analyst 5.1 | EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 VS | ||
| Monkey Chair HH-E-1 | Brainsight, Cambridge, MA 02140 VS | ||
| Zoletil 50 | Virbac, Frankrijk | zolazepam–tiletamine |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen