Tutaj opisujemy procedurę badania pilotażowego, którego celem jest zbadanie wpływu powtarzalnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej o różnych częstotliwościach (1 Hz/20 Hz/40 Hz) na metabolizm Aβ i tau w płynie mózgowo-rdzeniowym małpy rezus.
Artykuł metodologiczny
Tutaj opisujemy procedurę badania pilotażowego, którego celem jest zbadanie wpływu powtarzalnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej o różnych częstotliwościach (1 Hz/20 Hz/40 Hz) na metabolizm Aβ i tau w płynie mózgowo-rdzeniowym małpy rezus.
Poprzednie badania wykazały, że nieinwazyjny reżim migotania światła i stymulacja tonów słuchowych mogą wpływać na metabolizm Aβ i tau w mózgu. Jako technika nieinwazyjna, powtarzalna przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (rTMS) jest stosowana w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych. W badaniu tym zbadano wpływ rTMS na poziomy Aβ i tau w płynie mózgowo-rdzeniowym małpy rezusów (CSF). Jest to badanie z pojedynczą ślepą próbą, kontrolowane przez siebie. Trzy różne częstotliwości (niska częstotliwość, 1 Hz; wysokie częstotliwości, 20 Hz i 40 Hz) rTMS zostały wykorzystane do stymulacji dwustronno-grzbietowo-bocznej kory przedczołowej (DLPFC) małpy rezus. Do pobrania płynu mózgowo-rdzeniowego zastosowano metodę cewnikowania. Wszystkie próbki poddano detekcji ciekłych wiórów w celu analizy biomarkerów płynu mózgowo-rdzeniowego (Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau, pTau). Poziomy biomarkerów płynu mózgowo-rdzeniowego zmieniały się z czasem po stymulacji przez rTMS. Po stymulacji poziom Aβ42 w płynie mózgowo-rdzeniowym wykazywał tendencję wzrostową we wszystkich częstotliwościach (1 Hz, 20 Hz i 40 Hz), z bardziej istotnymi różnicami dla wysokich częstotliwości (p < 0,05) niż dla niskich częstotliwości.
Po zastosowaniu rTMS o wysokiej częstotliwości, całkowity poziom Tau (tTau) płynu mózgowo-rdzeniowego natychmiast wzrósł w momencie po rTMS (p < 0,05) i stopniowo zmniejszał się o 24 godziny. Ponadto uzyskane wyniki wykazały, że poziom ufosforylowanego Tau (pTau) wzrastał natychmiast po 40 Hz rTMS (p < 0,05). Stosunek Aβ42/Aβ40 wykazywał tendencję wzrostową przy 1 Hz i 20 Hz (p < 0,05). Nie stwierdzono istotnej różnicy w poziomach tau przy stymulacji o niskiej częstotliwości (1 Hz). Tak więc wysokie częstotliwości (20 Hz i 40 Hz) rTMS mogą mieć pozytywny wpływ na poziomy Aβ i tau w płynie mózgowo-rdzeniowym małpy rezus, podczas gdy rTMS o niskiej częstotliwości (1 Hz) może wpływać tylko na poziomy Aβ.
Amyloid-β (Aβ) i tau są ważnymi biomarkerami płynu mózgowo-rdzeniowego. Aβ składa się z 42 aminokwasów (Aβ1-42), które są produktem transbłonowego białka prekursorowego amyloidu (APP) hydrolizowanego przez β- i γ-sekretazy1. Aβ1-42 może agregować się w zewnątrzkomórkowe blaszki amyloidowe w mózgu ze względu na swoje właściwości rozpuszczalności1,2. Tau jest białkiem związanym z mikrotubulami, które jest obecne głównie w aksonach i bierze udział w następczym transporcie aksonalnym3. Nieprawidłowa hiperfosforylacja tau jest głównie indukowana przez brak równowagi między kinazami a fosfatazami, co skutkuje oderwaniem tau od mikrotubul i powstawaniem splątków neurofibrylarnych (NFT)1. Stężenie tau wzrasta w płynie mózgowo-rdzeniowym, ponieważ białka tau i fosforylowane białka tau (pTau) są uwalniane do przestrzeni zewnątrzkomórkowej podczas procesu neurodegeneracyjnego. Wcześniejsze badania wykazały, że biomarkery płynu mózgowo-rdzeniowego są istotne dla trzech głównych zmian patologicznych w mózgu z chorobą Alzheimera (AD): zewnątrzkomórkowych blaszek amyloidowych, wewnątrzkomórkowego tworzenia NFT i utraty neuronów4. Nieprawidłowe stężenia Aβ i tau obecne we wczesnym stadium AD, co pozwala na wczesną diagnozę AD5,6.
W 2016 roku Tsai i in. odkryli, że nieinwazyjne migotanie światła (40 Hz) obniżyło poziomy Aβ1-40 i Aβ1-42 w korze wzrokowej myszy przed złożeniem 7. Niedawno poinformowali ponadto, że stymulacja tonu słuchowego (40 Hz) poprawiła rozpoznawanie i pamięć przestrzenną, zmniejszyła poziom białka amyloidowego w hipokampie i korze słuchowej (AC) myszy 5XFAD oraz zmniejszyła stężenie pTau w modelu tauopatii P301S8. Wyniki te wskazują, że nieinwazyjne techniki mogą wpływać na metabolizm Aβ i tau.
Jako narzędzie nieinwazyjne, przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) może elektrycznie stymulować tkankę nerwową, w tym rdzeń kręgowy, nerwy obwodowe i korę mózgową9. Ponadto może modyfikować pobudliwość kory mózgowej w stymulowanym miejscu i w połączeniach funkcjonalnych. Dlatego TMS znalazł zastosowanie w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych oraz testach prognostycznych i diagnostycznych. Najczęstsza forma interwencji klinicznej w TMS, rTMS, może indukować aktywację kory mózgowej, modyfikować pobudliwość kory mózgowej i regulować funkcje poznawcze / motoryczne.
Doniesiono, że 20 Hz rTMS miał w in vitro neuroprotekcyjne działanie przeciwko stresorom oksydacyjnym, w tym glutaminianowi i Aβ, i poprawiło ogólną żywotność monoklonalnych komórek hipokampa HT22 u myszy10. Po stymulacji rTMS 1 Hz enzym rozszczepiający APP 1 w miejscu β i jego C-końcowe fragmenty w hipokampie uległy znacznemu zmniejszeniu. Warto zauważyć, że upośledzenie długotrwałego wzmacniania, uczenia się przestrzennego i pamięci w hipokampie CA1 zostało odwrócone11,12. Bai i wsp. badali wpływ rTMS na dysfunkcję oscylacji gamma indukowaną przez Aβ podczas testu pamięci roboczej. Doszli do wniosku, że rTMS może odwrócić dysfunkcję wywołaną przez Aβ, co skutkuje potencjalnymi korzyściami dla pamięci roboczej13. Istnieje jednak niewiele doniesień na temat wpływu rTMS na metabolizm tau i dynamiczne zmiany Aβ i tau w płynie mózgowo-rdzeniowym przed i po rTMS. Protokół ten opisuje procedurę badania wpływu rTMS na różnych częstotliwościach (niska częstotliwość, 1 Hz; wysokie częstotliwości, 20 Hz i 40 Hz) na poziomy Aβ i tau w płynie mózgowo-rdzeniowym rezusów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie eksperymenty zostały przeprowadzone zgodnie z Wytycznymi dotyczącymi opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych, sformułowanymi przez Ministerstwo Nauki i Technologii Chińskiej Republiki Ludowej, a także zasadami Deklaracji Bazylejskiej. Zgoda została wydana przez Komitet Opieki nad Zwierzętami Szpitala Zachodniochińskiego Uniwersytetu Sichuan (Chengdu, Chiny). Rysunek 1 pokazuje zastosowany tutaj projekt badania z pojedynczą ślepą, kontrolowaną
kontrolą.1. Urządzenia rTMS
2. Zwierzę
3. Metoda próbkowania metodą seryjnego cisterna magna CSF
4. Trening adaptacyjny na krześle małpy
5. Trening adaptacyjny rTMS/stymulacja pozorowana
6. Protokół leczenia
7. Biomarkery płynu mózgowo-rdzeniowego
8. Metoda zbierania i wykrywania indeksów CSF
9. Analiza statystyczna
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki wykazały, że rTMS może wpływać na poziomy Aβ i białka tau w płynie mózgowo-rdzeniowym małp rhesus. Poziomy biomarkerów w płynie mózgowo-rdzeniowym zmieniały się w czasie po stymulacji rTMS o różnych częstotliwościach (1 Hz, 20 Hz i 40 Hz).
Aβ42 oraz Aβ42/Aβ40
Jak pokazano na Ryc. 4A, po stymulacji rTMS o częstotliwości 1...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aβ1-42, dobrze znany biomarker choroby Alzheimera, jest podstawowym biomarkerem płynu mózgowo-rdzeniowego związanym z metabolizmem Aβ i tworzeniem blaszek amyloidowych w mózgu i jest szeroko stosowany w badaniach klinicznych i klinicznych26. Ostatnie badania wykazały, że stosunek Aβ42 / Aβ40 w płynie mózgowo-rdzeniowym jest lepszym biomarkerem diagnostycznym AD niż sam Aβ42, ponieważ jest lepszym wskaźnikiem patologii typu AD27,28...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do zadeklarowania konfliktu interesów.
Autorzy chcieliby podziękować Sichuan Green-House Biotech Co., Ltd za dostarczenie krzesła dla małp i innych pokrewnych urządzeń. Badania te nie otrzymały żadnego konkretnego grantu od żadnej agencji finansującej w sektorze publicznym, komercyjnym lub non-profit.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zestaw do nakłuwania anestezjologicznego do jednorazowego użytku | Weigao, Shandong, Chiny | ||
| Stymulator pola magnetycznego CCY-I | YIRUIDE MEDICAL, Wuhan, Chiny | ||
| GraphPad Prism w wersji 7.0 | GraphPad Software, Inc., San Diego, CA, USA | ||
| Ludzki panel magnetyczny z amyloidem beta i tau | EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 USA | Liquid chip detekcja | |
| MILLIPLEX Analyst 5.1 | EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 USA | ||
| Monkey Chair HH-E-1 | Brainsight, Cambridge, MA 02140 USA | ||
| Zoletil 50 | Virbac, Francja | zolazepam– Tiletamina |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie