Nærheden Infrarød (NIR) lys Øger Angivelse af en markør for mitokondriefunktion i Mouse vestibulære sensoriske epithel
Summary
Mitokondriel dysfunktion er kendetegnende for cellulær ældning. Dette papir anvender ikke-invasive nær-infrarøde (NIR) behandling for at forbedre mitokondrisk funktion i den aldrende mus vestibulære sensoriske epithel.
Abstract
Strategier for formildende fald i balance funktion med stigende alder er overvejende fokuseret på fysiske behandlinger, herunder balance opgaver og motion. Men disse tiltag ikke de underliggende årsager til balance tilbagegang. Anvendelse af mus blev virkningerne af nær infrarødt lys (NIR) på metabolismen af celler i det vestibulære sensoriske epithel vurderes. Data indsamlet, viser, at denne enkle og sikker indgriben kan beskytte disse sårbare celler fra de skadelige virkninger af naturlig aldring. mRNA blev ekstraheret fra det isolerede perifere vestibulære sensoriske epithel (crista ampullaris og utriculare macula) og efterfølgende transkriberes ind i en cDNA-bibliotek. Dette bibliotek blev derefter probet for ekspressionen af allestedsnærværende antioxidant (SOD-1). Antioxidant genekspression blev derefter anvendt til at kvantificere cellulær metabolisme. Brug af transkraniel levering af Nir i unge (4 uger) og ældre (8-9 måneder) mus, og en kort behandling regime (90 sek / dag i 5 days) dette arbejde foreslår Nir alene kan være tilstrækkelig til at forbedre mitokondrisk funktion i det vestibulære sensoriske epithel. Da der i øjeblikket ikke til rådighed, overkommelige, non-invasive metoder til behandling for at forbedre vestibulære hår celle funktion, anvendelse af eksterne NIR-stråling giver en potentiel strategi til at modvirke aldringens konsekvenser for cellulær metabolisme inthe vestibulære sensoriske epithel.
Introduction
Faldende balance ydeevne og efterfølgende fald er fælles, og desværre ofte afgørende træk af naturlige aldring 1. Virkningen af dette fald kan være både fysisk og socialt, og reducerer livskvaliteten for ældre mennesker. Som reaktion herpå har fysiske behandlinger og genoptræning været genstand for forskning i fald, men har ikke været forbundet med en vedvarende reduktion af forekomsten af gentagne fald. På samme tid, arbejde undersøge ændringer i det perifere eller centrale vestibulære system (systemet er ansvarlig for at opretholde balancen) er knappe, og potentielle terapeutiske strategier rettet mod disse systemer og de underliggende årsager til ubalance begrænset.
Nyere arbejde på aldersbetingede associeret neurodegenerative lidelser, herunder aldersrelateret maculadegeneration 2-4, Alzheimers sygdom modeller 5-8, og Parkinsons sygdom 9-12 har vist neurobeskyttende virkninger af simple non-invasiv anvendelse af nær infrarød (NIR) lys. Endvidere i vestibulære system, NIR er blevet anvendt til at øge aktiviteten af vestibulære primære afferente neuroner in vitro 13. Mens den mekanisme af Nir lys ikke er godt forstået, har de fleste undersøgelser med anvendelse af Nir foreslået, at Nir stimulerer mitokondrier kompleks IV (cytochrom c oxidase) 14-17 for at lette cellulær metabolisme. I det vestibulære sensoriske epithel den subkutikulær plade af typen I hårceller er tæt på mitokondrier 18 og som sådan kan udgøre en virkningssted for terapeutisk NIR behandling.
Her en kort, ikke-invasiv behandling regime transcranially anvendt Nir der kan anvendes til at måle cellulær metabolisme (og implicit mitokondriefunktion) i mus vestibulære sensoriske epithel er beskrevet. Også diskuteres er et præparat af den vestibulære sensoriske epithel og det godtgøres, at Nir øger udtryk for en ubiquitoos antioxidant (superoxiddismutase 1) i det sensoriske epithel – tidligere vist at være vigtigt for cochlea hår celleoverlevelse 19.
Protocol
Representative Results
Discussion
De repræsentative resultater er beskrevet her viser, at korte transkraniel levering af NIR lys (90 sek / dag i 5 dage) er tilstrækkelig til at hæve niveauet af antioxidant ekspression i ældre mus sammenlignet med sham-behandlede mus. Mens udsendte varme kunne udgøre en kilde til mitokondrie og / eller neuronal aktivering, som rapporteret for rotte vestibulære afferenter 24 – vores måling af varme, der afgives af NIR LED anordningen var <0,2 ° C i løbet af 90 sek, og som sådan er usandsynligt at f…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ønsker at anerkende Dr. Paul Witting og Ms. Genevieve Fong for deres hjælp med mRNA udvinding og PCR samt Garnett Passe og Rodney Williams Memorial Foundation for støtte.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Quantum WARP 10 | Quantum Devices | 2070N030-A | |
| Screw top microtubules | Quality Scientific Plastics | 520-GRD-Q | |
| Ketamine | Parnell, Alexandria Australia | ||
| Standard Pattern Scissors | FST | 14001-12 | |
| Carbon steel Surgical Blades #22 | Livingstone | SBLDCL 22 | |
| Friedman-Pearson Rongeurs | FST | 16221-14 | |
| Stereo microscope | Leica Microsystems | A60S | |
| Dumont #5 SF Forceps | FST | 11252-00 | |
| Isolate II RNA Micro Kit | Bioline | BIO-52075 |
References
- Agrawal, Y., Carey, J. P., Della Santina, ., C, C., Schubert, M. C., Minor, L. B. Disorders of balance and vestibular function in US adults: data from the National Health and Nutrition Examination Survey, 2001-2004. Archives of internal medicine. 169, 938-944 (2009).
- Bessho, K., et al. Effect of subthreshold infrared laser treatment for drusen regression on macular autofluorescence in patients with age-related macular degeneration. Retina. 25, 981-988 (2005).
- Olk, R. J., et al. Therapeutic benefits of infrared (810-nm) diode laser macular grid photocoagulation in prophylactic treatment of nonexudative age-related macular degeneration: two-year results of a randomized pilot study. Ophthalmology. 106, 2082-2090 (1999).
- Rodanant, N., et al. Predictors of drusen reduction after subthreshold infrared (810 nm) diode laser macular grid photocoagulation for nonexudative age-related macular degeneration. American journal of ophthalmology. 134, 577-585 (2002).
- De Taboada, L., et al. Transcranial laser therapy attenuates amyloid-beta peptide neuropathology in amyloid-beta protein precursor transgenic mice. Journal of Alzheimer’s disease : JAD. 23, 521-535 (2011).
- Grillo, S. L., Duggett, N. A., Ennaceur, A., Chazot, P. L. Non-invasive infra-red therapy (1072 nm) reduces beta-amyloid protein levels in the brain of an Alzheimer’s disease mouse model. TASTPM. Journal of photochemistry and photobiology. B, Biology. 123, 13-22 (2013).
- Purushothuman, S., Johnstone, D. M., Nandasena, C., Mitrofanis, J., Stone, J. Photobiomodulation with near infrared light mitigates Alzheimer’s disease-related pathology in cerebral cortex – evidence from two transgenic mouse models. Alzheimer’s researc., & therapy. 6, 2 (2014).
- Sommer, A. P., et al. 670 nm laser light and EGCG complementarily reduce amyloid-beta aggregates in human neuroblastoma cells: basis for treatment of Alzheimer’s disease. Photomedicine and laser surgery. 30, 54-60 (2012).
- Moro, C., et al. Photobiomodulation preserves behaviour and midbrain dopaminergic cells from MPTP toxicity: evidence from two mouse strains. BMC neuroscience. 14, 40 (2013).
- Peoples, C., et al. Photobiomodulation enhances nigral dopaminergic cell survival in a chronic MPTP mouse model of Parkinson’s disease. Parkinsonis., & related. 18, 469-476 (2012).
- Shaw, V. E., et al. Neuroprotection of midbrain dopaminergic cells in MPTP-treated mice after near-infrared light treatment. The Journal of comparative neurology. 518, 25-40 (2010).
- Ying, R., Liang, H. L., Whelan, H. T., Eells, J. T., Wong-Riley, M. T. Pretreatment with near-infrared light via light-emitting diode provides added benefit against rotenone- and MPP+-induced neurotoxicity. Brain research. 1243, 167-173 (2008).
- Rajguru, S. M., et al. Infrared photostimulation of the crista ampullaris. The Journal of physiology. 589, 1283-1294 (2011).
- Chung, H., et al. The nuts and bolts of low-level laser (light) therapy. Annals of biomedical engineering. 40, 516-533 (2012).
- Desmet, K. D., et al. Clinical and experimental applications of NIR-LED photobiomodulation. Photomedicine and laser surgery. 24, 121-128 (2006).
- Huang, Y. Y., Chen, A. C., Carroll, J. D., Hamblin, M. R. Biphasic dose response in low level light therapy. Dose-response : a publication of International Hormesis Society. 7, 358-383 (2009).
- Rojas, J. C., Gonzalez-Lima, F. Low-level light therapy of the eye and brain. Eye and brain. 3, 49-67 (2011).
- Vranceanu, F., et al. Striated organelle, a cytoskeletal structure positioned to modulate hair-cell transduction. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 4473-4478 (2012).
- Johnson, K. R., et al. Separate and combined effects of Sod1 and Cdh23 mutations on age-related hearing loss and cochlear pathology in C57BL/6J mice. Hearing research. 268, 85-92 (2010).
- Tung, V. W., Di Marco, S., Lim, R., Brichta, A. M., Camp, A. J. An isolated semi-intact preparation of the mouse vestibular sensory epithelium for electrophysiology and high-resolution two-photon microscopy. Journal of visualized experiments : JoVE. , e50471 (2013).
- Kirby, J., Menzies, F. M., Cookson, M. R., Bushby, K., Shaw, P. J. Differential gene expression in a cell culture model of SOD1-related familial motor neurone disease. Human molecular genetics. 11, 2061-2075 (2002).
- Parry, S. N., Ellis, N., Li, Z., Maitz, P., Witting, P. K. Myoglobin induces oxidative stress and decreases endocytosis and monolayer permissiveness in cultured kidney epithelial cells without affecting viability. Kidney and Blood Pressure Research. 31, 16-28 (2008).
- Saee-Rad, S., et al. Analysis of superoxide dismutase 1, dual-specificity phosphatase 1, and transforming growth factor, beta 1 genes expression in keratoconic and non-keratoconic corneas. Molecular vision. 19, 2501-2507 (2013).
- Albert, E. S., et al. TRPV4 channels mediate the infrared laser-evoked response in sensory neurons. Journal of neurophysiology. 107, 3227-3234 (2012).
- Moro, C., et al. Photobiomodulation inside the brain: a novel method of applying near-infrared light intracranially and its impact on dopaminergic cell survival in MPTP-treated mice. Journal of neuroscience. 120, 670-683 (2014).
- Moreno, L. E., et al. Infrared neural stimulation: beam path in the guinea pig cochlea. Hearing research. 282, 289-302 (2011).
- Curthoys, I. S. A red thread as a guide in the vestibular labyrinth. The Journal of physiology. 589, 1241-1241 (2011).
- Chakrabarti, S., et al. Mitochondrial Dysfunction during Brain Aging: Role of Oxidative Stress and Modulation by Antioxidant Supplementation. Aging and disease. 2, 242-256 (2011).
- Petrosillo, G., De Benedictis, V., Ruggiero, F. M., Paradies, G. Decline in cytochrome c oxidase activity in rat-brain mitochondria with aging. Role of peroxidized cardiolipin and beneficial effect of melatonin. Journal of bioenergetics and biomembranes. 45, 431-440 (2013).
- Zhu, H., Sun, A., Zou, Y., Ge, J. Inducible metabolic adaptation promotes mesenchymal stem cell therapy for ischemia: a hypoxia-induced and glycogen-based energy prestorage strategy. Arteriosclerosis, thrombosis, and vascular biology. 34, 870-876 (2014).
