Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

Протокол для транскраниальной терапии фотомодуляции мышей

doi: 10.3791/59076 Published: November 18, 2018

Summary

Фотомодуляция терапия является инновационным неинвазивной механизм для лечения широкого спектра неврологических и психиатрических расстройств и также может улучшить функцию здорового мозга. Этот протокол включает в себя пошаговое руководство для выполнения фотомодуляции мозга мышей, транскраниальная света доставки, которые могут быть адаптированы для использования в других лабораторных грызунов.

Abstract

Транскраниальная фотомодуляции является потенциальным инновационные неинвазивной терапевтический подход для улучшения мозга биоэнергетики, функции мозга в широком диапазоне неврологических и психиатрических расстройств и улучшения памяти в возрастных когнитивными и нейродегенеративных заболеваний. Мы описываем Лаборатория протокол для транскраниальной фотомодуляции терапии (PBMT) у мышей. Возрасте от мышей BALB/c (18 месяцев), рассматриваются с 660 нм лазер transcranially, один раз в день в течение 2 недель. Лазерная пропускание данных показывает, что примерно 1% падающего красный свет на волосистой части головы достигает 1 мм глубина от поверхности коры, проникая спинной гиппокампа. Результаты лечения проводится двумя методами: Барнс лабиринт тест, который является задача гиппокамп зависимых пространственного обучения и памяти оценки, и измерения гиппокампа уровнях ATP, которых используется в качестве индекса биоэнергетики. Результаты от Барнс задачи показывают повышение пространственной памяти в лазерное лечение возрасте мышей при сравнении с соответствием возраст элементов управления. Биохимический анализ после лазерного лечения показывает увеличение гиппокампа уровнях ATP. Мы постулат, что повышение производительности памяти потенциально связано улучшение гиппокампа энергии метаболизма, вызванных красным лазером. Замечания в мышей может быть продлен до других животных моделей, поскольку этот протокол потенциально могут быть адаптированы для других видов, часто используемых в Поступательное неврологии, как кролик, кошка, собака или обезьяна. Транскраниальная фотомодуляции является безопасной и экономически модальность, которая может быть многообещающим терапевтический подход в когнитивных нарушений, связанных с возрастом.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

PBMT, или низкого уровня лазерного света терапии (LLLT), это общий термин, который относится к терапевтические методы, основанные на стимулирование биологических тканей, световой энергии от лазеров или светоизлучающие диоды (СИД). Почти все PBMT лечения применяются с красным возле ИК-области спектра (NIR) света на длинах волн от 600 до 1100 Нм, мощностью от 1 до 500 МВт и флюенса, начиная от < 1 > 20 Дж/см2 (см. Чун et al.1).

Транскраниальная PBMT — метод неинвазивного света доставки, который проводится облучение головы с использованием внешнего источника света (лазер или светодиоды)2. Для животных приложений этот метод включает в себя контактные или бесконтактные размещения LED или лазерный зонд на голову животного. В зависимости от области терапевтический интерес зондом света могут быть размещены на всю голову (для покрытия всех областях мозга) или через определенную часть головы, например префронтальной, лобной или теменной области. Частичная передача красный/NIR света через головы, череп и твердой мозговой оболочки может достигать корковых уровня поверхности и обеспечивают количество энергии фотона, достаточного для получения терапевтического эффекта. Впоследствии поставленный света Флюенс на уровне кортикальной будет передаются в серый и белый мозгового вещества, до тех пор, пока он достигает более глубоких структур мозга3.

Спектр поглощения цитохрома с-оксидазы, терминал ферментов дыхательной цепи митохондрий4соответствует света в спектральных диапазонах на красной far-red региона (600-680 нм) и раннего NIR региона (800-870 нм). Можно предположить, что PBMT в спектре красный/NIR вызывает фотодиссоциации оксида азота (NO) от цитохрома с-оксидазы, что привело к увеличению митохондриальной переноса электронов и, в конечном счете, увеличить СПС поколение5. Что касается нейрональных приложений потенциальные преимущества neurostimulatory мозга с помощью транскраниальной облучения, которую методы были зарегистрированы в различных доклинических исследований, в том числе грызунов модели черепно-мозговой травмы (ЧМТ)6, PBMT острый инсульт7, болезни Альцгеймера (AD)8, болезни Паркинсона (PD)9, депрессии10и старения11.

Старение мозга считается нейропсихологических условие, которое негативно сказывается на некоторых когнитивных функций, таких как обучение и память12. Митохондрии являются основным органеллы, ответственных за производство АТФ и Биоэнергетика нейронов. Митохондриальной дисфункции как известно быть связан с возрастным дефицитом в областях мозга, которые связаны с пространственной навигации памяти, таких как гиппокамп13. Потому что черепных лечение с красным/NIR свет главным образом акты модуляции митохондриальной биоэнергетики, достаточные поставки дозировки света в гиппокампе может привести к улучшение пространственной памяти результаты14.

Целью протокола является продемонстрировать транскраниальная PBMT процедуры в мышей, используя низкий уровень красного света. Описаны необходимые лазерные светопропускание измерений через головы ткани возрасте мышей. Кроме того Барнс лабиринт, как гиппокамп зависимых пространственного обучения и памяти задачи и гиппокампа уровни ATP, как индекс биоэнергетики, используются для оценки воздействия лечения животных.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Все процедуры были проведены в соответствии с руководство по уходу и использованию лабораторных животных национальных институтов здравоохранения (низ; Публикация № 85-23, пересмотренная 1985 года) и утвержден Комитетом регионального этики Тебриз университета медицинских наук.

Предупреждение: Этот протокол включает в себя применение класса 3B лазерных инструментов и потребует надлежащей подготовки и соблюдение руководящих принципов обеспечения безопасности. Класс 3B лазеры могут серьезно повредить глаза и может тепла кожи. Класс 3B лазеры не считаются ожог. Необходимо носить очки защита глаз в любое время при эксплуатации лазерного устройства.

1. Лазерная светопропускание эксперименты

Примечание: Используется здесь были три 18-месячного самцов мышей BALB/c, получены от животных фонда Тебриз Университет медицинских наук. 60 МВт лазер (660 нм) с лучом круговой формы диаметром 2,5 мм используется в качестве источника света. Лазерный источник производит циркулярно поляризованный свет с профиль Гаусса интенсивности и эксплуатируется в непрерывная волна режиме. Измеритель мощности коммерческих фотодиод с разрешением 10 nW, квадратный 1 см2 фотодиода активной области и спектральной диапазоне от 400 до 1100 нм используется для измерения передачи силы света через образцы.

  1. Подготовка образца
    1. Для того, чтобы получить свежие образцы, глубоко анестезировать мыши с смесью кетамин (100 мг/кг) и ксилазина (10 мг/кг).
    2. Вскрыть мыши голова с регулярной ножницами, начиная от точки, расположенной чуть выше плеч.
    3. Поворот головы, так что вентральной стороне челюсти стоят. Слайд угловой Рассечение ножницами плавно через полость рта, пока не заметил сопротивление стыке нижней челюсти. Вырезать все большие мышцы, связывание челюсти кости черепа и отбросить их.
    4. Удаление небных костей, угловой Рассечение ножницами.
    5. Отменить все живое вокруг черепа, используя Изогнутый пинцет.
    6. Вскрыть в нижней части черепа, а затем, тщательно мозг из остальных костей черепа, с изогнутой шпателем.
    7. Исправьте нетронутыми мозговой ткани в 2% агарозном геле так ткани будет пригодных для нарезки.
      Примечание: Чтобы получить нетронутыми череп плюс головы образца, ткани мозга исключить из вентральной стороне головы животного без повреждения спинной части головы.
  2. Мозг, нарезка процедуры
    1. Распространение каплю суперклея (~0.05 мл) на поверхности vibratome монтажный блок.
    2. Тщательно Прикрепите блок агарозы для vibratome монтажа блока, так что вентральной поверхности мозга лицевой стороной и скорректировать свою позицию.
    3. Слегка матч vibratome лезвие до верхней поверхности блока агарозы и запишите значение резец как начального уровня.
    4. Заполните бак vibratome с ледяной нормальный физиологический раствор.
    5. Отрегулируйте значения параметров vibratome (например, толшины [1 мм], скорость [5 из 5 на единица устройства] и частота вибрации [5 из 5 на единица устройства]) для получения удовлетворительного нарезки.
    6. Вырежьте мозг поперечно в срез с 1000 мкм толщиной.
      Примечание: Фрагмент является частью ткани мозга, разделенных кортикального слоя поверхности и плоскости расположены 1000 мкм уступает поверхности коры (спинной гиппокампа).
    7. Добавить каплю воды (~0.05 мл) на поверхности оптического стекла и поставить мозг срез поверх него. Затем добавить каплю воды на мозг срез и осторожно поместите второй оптическое стекло поверх него.
      Примечание: Капля воды следует добавить к границам образца стекла во избежание высыхания ткани и светорассеянию от неровных поверхностей.
  3. Измерение света передачи через голову ткани
    1. Настройка оптического оборудования, включая лазерный прибор, отражающие зеркала и блок питания метр.
      Предупреждение: Наденьте очки защитные глаз до поворота на лазер.
    2. В отсутствие образца на измеритель мощности включите устройство лазера и сфокусировать лазерный луч на зеркале, расположенный в надлежащее расстояние для направления луча, перпендикулярно фотодиод активной области.
      Примечание: Измерения коэффициента пропускания света должны быть выполнены в тёмной комнате при комнатной температуре (23-25 ° C), в течение 30 мин после извлечения головы тканей.
    3. Выполнения измерений на ломтики мозговой ткани.
      1. Место два пустых оптических стекол на поверхности измерителя мощности.
      2. Читайте передаваемая мощность света (я0) от измеритель мощности экран и запишите значение.
      3. Осторожно поместите образец мозга, который охватывается два оптических стекол, на поверхности измерителя мощности, фокус пучка на ткани в соответствующей области, читать передаваемая мощность и запишите значение.
    4. Выполнения измерений на череп плюс волосистой части головы.
      1. Место пустым оптического стекла на поверхности измерителя мощности.
      2. Читайте передаваемая мощность света (я0) от измеритель мощности экран и запишите значение.
      3. Слегка место оптического стекла с свежим череп плюс головы ткани на поверхности измерителя мощности, матч луч света в bregma зоне, читать передаваемая мощность и запишите значение.
      4. Чтобы максимизировать отношение сигнал шум, повторите измерение степени пропускания света по крайней мере 3 x для всех образцов.
        Примечание: В зоне bregma помещается в приблизительно 3 мм ростральной линию через переднюю основания ушей. Толщина ткани череп плюс головы измеряется стандартных суппортов.

2. фотомодуляции терапия (PBMT)

Примечание: 45 самцов мышей BALB/c, назначаются три группы 15 мышей были использованы. Эти группы состоят из молодых контроль мышей (2 месяца), которые получили Шам PBMT, возрасте контроль мышей (18 месяцев), которые получили Шам PBMT и престарелых PBMT мышей (18 месяцев), которые получили PBMT. Шам PBMT лечение состояло из лечения идентичен PBMT группы, но с лазером неактивным. Мыши были получены от животных фонда Тебриз университета медицинских наук и были размещены в животное, держа блок нейронаук центр исследований (состояния) на 24-25 ° C и 55% относительной влажности, с 12 h свет и темные фотопериода 12 h. Пища и вода были предоставлены ad libitum. Все мыши были акклиматизированы для по крайней мере за 1 неделю до начала лечения.

  1. Лазерное лечение
    Примечание: Лазер диода GaAlAs с незатухающая волна режиме при 660 нм длины волны был использован для лечения транскраниальная PBMT. Лазерный прибор эксплуатировался на выходной мощностью 200 ± 2 МВт и освещенность 6.66 Вт/см2, пятно размером 0,03 cm2. Средняя Флюенс 99.9 Дж/см2 на каждой сессии было доставлено к поверхности головы для 15 s облучения. Облучение был administered 1 x ежедневно в течение 2 недель подряд.
    1. Принесите мышей в их дома клетки в комнату терапии, примерно 20 минут, до начала лечения.
    2. Подключите электрический протектор к электрической розетке.
    3. Вставьте вилку устройства лазера в электрической защиты.
    4. Обложка кончик лазерный излучатель с прозрачной нейлоновой пленкой во избежание каких-либо царапин на поверхности.
    5. Аккуратно подключите датчик к каналу лазерного устройства.
    6. Включите устройство лазера и подождать несколько секунд для того чтобы согреться.
    7. Отрегулируйте значения параметров/лазером, включая время и эксплуатации режим облучения.
    8. В отсутствие любых образцов определите средняя мощность лазера, обратившись кончик зонда для активной области измеритель мощности лазерного устройства. Запишите значение.
    9. Повторите процесс калибровки (шаг 2.1.8) по крайней мере 5 x, читать инцидента полномочия от измеритель мощности экран и записать значения.
    10. Нежно держать мышь на спинной кожи шеи животного в ладони и обездвижить свою голову.
      Примечание: В текущем протоколе, лазерный излучатель размещен на bregma зона, которая составляет ~ 3 мм ростральной линию между внутренней основания ушей.
    11. Слегка место кончике зонда непосредственно на кожу головы на средней линии, примерно 3 мм ростральной линию через переднюю основания ушей.
      Примечание: Держать датчик на примерно под углом 45° к плоскости живота.
    12. Во избежание прямого облучения для глаза животного, первый контакт кончик зонда на голове и, затем, включите устройство лазера.
    13. Включите лазер и стабильно удерживать зонд до завершения облучения.
    14. После окончания терапии снять лазерный излучатель с головы и осторожно вернуть мышь к своей клетке.
    15. Лазерное устройство выключить и отключить зонда от устройства.
    16. Очистите лазерный излучатель с соответствующей оптических пылесоса.
    17. Трансфер мышей в объекте животных.

3. поведенческих задач

  1. Открыть полевые испытания
    1. Оценить опорно-двигательной активности каждого мыши на общее расстояние ездил во время испытания на открытых местах, как описано ранее,15.
  2. Задание лабиринт Барнс
    1. Аппарат
      Примечание: Пространственные задачи обучения и памяти выполняется в лабиринт Барнс16. Аппарат используется для этой задачи нейроповеденческих состоит из круговой платформы, сделанные из черного дерева (95 см в диаметре) с 20 равноотстоящих, 5 см в диаметре круглые отверстия, которые расположены на платформе, 3 см от периметра. Аппарат является повышенный 50 см от пола для предотвращения животное от восхождения. Окно Подвижной черный пластиковый побег (20 см х 15 см х 5 см) помещается под отверстием побег. Черный лабиринт используется для тестирования белых мышей, и черный матовый должны быть поставлены под лабиринт, когда используется программное обеспечение, системы слежения.
      1. Место лабиринт аппарат в центре тихой комнате с ярким освещением накладных.
      2. Место «Не входить» знак на внешней двери номер задачи.
      3. Прикрепите визуально пространственным подсказки по периметру стен.
      4. Позиция цифровая видеокамера выше платформы лабиринта.
      5. Очистите поверхность платформы лабиринта с 70% этанол, чтобы удалить нежелательные обонятельные сигналы.
      6. Добавьте небольшое количество кроватей из дома клетка животного внутри окна бежать служить обонятельных биток.
    2. Адаптация сессия
      1. Принесите каждой мыши целевой номер около 30 мин до начала эксперимента, чтобы мыши, чтобы стать привыкли.
      2. Удалить из своей клетки мыши и осторожно поместите животное в поле бежать за 1 мин.
    3. Учебная сессия
      Примечание: На тренировке повторяется для каждой мыши на 4 дней подряд.
      1. Аккуратно удалите мыши из окна побег.
      2. Поместите указатель мыши в центре арены; затем место начала палата верхней части мыши.
      3. Снимите камеру Пуск после 10 s и позволить мыши, чтобы исследовать Арена на 3 мин.
      4. Спокойно двигаться в компьютерной области и надеть шума Отмена наушники.
      5. Спровоцировать негативные слуховой стимул, состоящий из громкий белый шум примерно в 80 дБ на уровне платформы и начать видеозапись мыши.
      6. Выключить белый шум и остановить видеозаписи, когда указатель мыши входит ящик побега. Позвольте животному остаются нетронутыми в поле за 1 мин.
      7. Удаление мыши из окна побег и поместите его обратно в своей клетке.
      8. Повторите шаги 3.4.2 через 3.4.7 4 x в сутки, с интервалом 3 мин между повторных испытаний.
        Примечание: Между всеми процессами, удалите любые моче или Кале от поверхности Арена и очистите лабиринт с 70% этиловом спирте.
    4. Зонд судебная сессия
      1. После последнего судебного процесса обучения 24 h позже, удалите поле побег из лабиринта платформы и повторите шаги 3.4.2 через 3.4.5.
      2. После 3 минут выключите белый шум и остановить видеозаписи. Удаление мыши из лабиринта Арена и поместите его обратно в своей клетке.
      3. После того, как все животные были протестированы, очистите платформы лабиринта и запуска камеры. Выключите свет номер и удалите знак «Не входить» от двери.
      4. Храните видеозаписи от тестирования сессий на внешний жесткий диск для дальнейшего анализа.
      5. Настройка видео отслеживания программного обеспечения и извлечь параметры интерес из записанных видео, включая время ожидания для поиска целевой дыра в течение 4 дней учебных занятий и время провел в квадранте целевой зонд суда сессии.

4. биохимическая Оценка

  1. Уровни ATP в гиппокампе
    1. Глубоко анестезировать каждая мышь с внутрибрюшинного введения смеси кетамин (100 мг на грамм массы тела) и ксилазина (10 мг на грамм веса тела).
    2. Обезглавить животного и быстро удалить ткани мозга от черепа.
    3. Вскрыть из гиппокампа и гомогенизации ткани в ледяной пример буфера (предоставляется комплект) с гомогенизатор ткани.
    4. Сразу же центрифуга огневки на 2000 x g 3 мин при 4 ° C.
    5. Передача супернатант чистую пробирку.
    6. Оценить гиппокампа уровни ATP, используя спектрофотометрический метод как описано выше11.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Статистический анализ

Статистический анализ данных, полученных из учебных занятий Барнс был проанализирован двусторонний ANOVA; другие поведенческие тесты и анализ уровня гиппокампа СПС между группами были совершены односторонний дисперсионный анализ, следуют Тьюки тест post hoc. Все данные выражаются как средства ± Среднеквадратичная ошибка среднего значения (SEM), за исключением лазерной передачи данных, которые отображаются как средства ± стандартное отклонение (SD). Уровень значимости был установлен на p < 0,05.

Пропускание света лазера

Лазерного света (660 нм) передача через череп плюс головы ткани (при толщине образца 0,85 ± 0,09 мм) возрасте мышей был 15,67% ± 0,87%, когда лазерный луч было сосредоточено на bregma (рис. 1). Основываясь на этом светопропускания, поскольку первоначальный Флюенс на поверхности головы 99.9 Дж/см2 (6.66 [Вт/см2] x 15 [s]), можно было бы оценить, что приблизительное Флюенс 16 Дж/см2 достиг поверхности коры.

Лазер пропускание через 1 мм ломтик возрасте мозговой ткани, был 10,10% ± 0,95% (рис. 1). Из этих значений можно было бы оценить, что свет Флюенс сократилось с 16 Дж/см2 на уровне тканей головного мозга до приблизительно 1.6 Дж/см2 на глубине 1 мм от поверхности коры.

Открытые поля

Существовали никаких статистически значимых отличий в двигательной активности в полевых испытаний среди всех экспериментальных групп (рис. 2).

Задание лабиринт Барнс

Когда задержка побег был проанализирован во время 4 дней обучения и с экспериментальной группами во время задачи лабиринт Барнс, двусторонний ANOVA показало значительное влияние дня (p < 0,001) и группы (p < 0,001), но не группа x день (p = 0,47). Межгрупповой анализ данных показал, что время задержки животных в возрасте управления были значительно дольше, чем те молодые контрольной группы на третьем (p < 0.01) и четвертой (p < 0,001) дней учебной сессии. Однако, времена задержки лечение PBMT возрасте мышей были значительно короче на четвертый день (p < 0,05), по сравнению с возраста контроль мышей (p < 0.01) (рис. 3). В зонд пробную сессию в возрасте контроль мышей провел значительно короче раз в целевом квадранте, по сравнению с молодые контроль мышей (p < 0.01). Однако, лечение PBMT возрасте значительно больше раз мышей провел в квадранте цель по сравнению с возраста контроль мышей (p < 0,05) (Рисунок 4).

Гиппокампа уровни ATP

В возрасте контроль мышей имел значительное уменьшение гиппокампа уровнях ATP, по сравнению с молодые контроль мышей (p < 0,05). Однако, среднее содержание АТФ в гиппокампе возрасте PBMT мышей были значительно больше, чем те, в возрасте контроль мышей (p < 0,05) (Рисунок 5).

Figure 1
Рисунок 1 : Лазерный свет передачи данных через череп плюс волосистой части головы и мозговой ткани. Данные выражаются как среднее ± SD. SD = стандартное отклонение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2 : Двигательной активности данные из открытого поля test. Данные выражаются как среднее ± SEM. PBMT = фотомодуляции терапии; SEM = Среднеквадратичная ошибка среднего значения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3 : Побег задержку для групп мышей в течение 4 дней учебных занятий. Значения представляют собой среднее ± SEM. **p < 0.01 и ***p < 0,001, по сравнению с молодые контроль мышей. # p < 0,05, по сравнению с мышами в возрасте управления. PBMT = фотомодуляции терапии; SEM = Среднеквадратичная ошибка среднего значения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4 : Время, проведенное в квадранте целевой в сессии зонда, в различных группах. Значения представляют собой среднее ± SEM. **p < 0.01, по сравнению с молодые контроль мышей. # p < 0,05, по сравнению с мышами в возрасте управления. PBMT = фотомодуляции терапии; SEM = Среднеквадратичная ошибка среднего значения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 5
Рисунок 5 : Содержание АТФ в гиппокампе ткани. Значения представляют собой среднее ± SEM. *p < 0,05, по сравнению с молодые контроль мышей. # p < 0,05, по сравнению с мышами в возрасте управления. PBMT = фотомодуляции терапии; SEM = Среднеквадратичная ошибка среднего значения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Мы описываем протокол для проведения процедуры транскраниальная PBMT в мышах. Этот протокол предназначен для неврологии лаборатории, которые выполняют фотомодуляции исследования сосредоточены на грызунов. Однако этот протокол может быть адаптирована к другим лабораторных животных, которые часто используются в области неврологии, как кролик, кошка, собака или обезьяна.

В настоящее время существует повышенный интерес к расследованию транскраниальная PBMT с красной/NIR лазеров и светодиоды. Для того чтобы успешно выполнять весь лечение грызунов, есть несколько основных шагов для рассмотрения.

Во-первых важно, что, прежде чем любые процедуры в живых животных, проникновение света именно измеряется через голову тканей животных для того, чтобы доставить оптимальный Фотон дозировка (Дж/см2).

Во-вторых основываясь на какие регионы мозга пострадавших от патологии и предназначенных для лечения, несколько параметров должны быть оптимизированы увеличить проникновение света и увеличить вероятность положительных результатов. К ним относятся время облучения, лечения интервал, прикладной освещенность и флюенса. Например в возрасте Животные модели, важно доставить достаточная доза радиации мозга гиппокампа и лобной коры, потому что эти регионы связаны с возрастных патологий2. Показатель оптимальной плотности в тканях-мишенях является еще одним важным фактором в PBMT. Большинство исследователей обсуждать факторы, которые влияют на светопропускания, но часто пренебрегают подумать что двухфазный ответ в тканях мозга существует не только для Флюенс (Дж/см2), но также для скорости Флюенс доставки. Другими словами Флюенс 1 Дж/см2 , доставлено свыше 1 мин не является эквивалентом 1 Дж/см2 , доставлено свыше 1 s17,18.

Существует ряд дополнительных факторов, которые также должны быть рассмотрены перед выполнением транскраниальная PBMT исследований. Транскраниальная PBMT грызунов обычно применяется с помощью лазера или светодиоды зонды с размером кончика зонда, масштабировать до размера мозга животного. Для применения в грызунов, лазеры умеренно мощность (с выходной мощностью ≤ 500 МВт) может доставить большое количество световой энергии в короткое время и сократить сроки лечения и лечения стресса для животного. Хотя класс 3B лазеры не имеют значительных яркостной эффектов в PBMT дозировке диапазонах (≤20 Дж/см2), охлаждение поверхности волосистой части головы с прозрачной оптических вещество, например льда или гель, рекомендуется во время применения транскраниальной.

В некоторых экспериментальных транскраниальная PBMT исследований оптическое волокно используется вместо лазерного или зонд LED, из-за ее преимущества для облучения конкретной небольшой площади на голове. Для примера, в фокуса ишемического инсульта, ЧМТ и PD модели, точная облучения поврежденной области является оправданным. Однако оптические волокна как правило, имеют небольшой луч области, так что это будет влиять на общее количество энергии в одной сессии и потребует исследователей повторить процедуру в более чем одном месте чтобы компенсировать уменьшение области. В самых экспериментальных исследований транскраниальная PBMT облучение головы проводится в alert, наркозу животного. Для обеспечения стабильности и животных, рекомендуется вручную головы Холдинг и использование удерживающих устройств. В вручную Холдинг метод, связано с тем, что это животное может двигаться внезапно и возможно перемещение голову от зоны облучения, часть облученного света могут быть потрачены впустую. Кроме того оба метода может вызвать дополнительный стресс для животного и может быть потенциальным смешанным фактором. В некоторых случаях процедура облучение проводится в наркотизированных животного. Следует отметить, что слишком много анестезии может неблагоприятно повлиять на экспериментальных результатов в неврологии исследований. Таким образом более короткий интервал облучения должны рассматриваться тщательно в подобных экспериментов.

В настоящем исследовании мы сначала измеряется передачи света через череп, плюс головы мужчин BALB/c возрасте мышей, чтобы определить количество 660 нм лазерной энергии, которые достигли поверхности коры. Результаты показали, что 16% первоначального света на поверхности головы небритый был передан через мозг. Передача данных от других лабораторий в самцов мышей BALB/c показали, что только 1,2% 670 нм лазерного света смог проникнуть нетронутыми череп19. Он также сообщил, что примерно 90% 670 нм светодиодные гасится внутри черепной коробки мыши20.

Эффективный neurostimulatory доза красного лазера на уровне кортикальной ткани было подтверждено в предыдущего исследования, проведенного в нашей лаборатории11. Мы показали, что ежедневно корковых Флюенс 8 Дж/см2 лазера на 660 нм имеет procognitive эффекты в мыши старения модель11. В разделе терапии нынешнего исследования, чтобы доставить приблизительно 16 Дж/см2 корковая поверхности, нам необходимо оставить лазер на 15 s, которое было допущено мышей. В настоящей работе мы также измерения силы света, полученных на поверхности гиппокампа. На основе результатов эксперимента, приближенное значение 10% была измерена как лазерные пропускание через 1 мм ломтик возрасте мозга, соответствующий света Флюенс приблизительно 1.6 Дж/см2 достигает 1 мм от поверхности коры головного мозга. Данные из других исследований, с помощью мыши BALB/c мозга показали сокращение на 65% 670 нм светодиодные света через каждый миллиметр мозговой ткани21. Также было показано, что примерно 2,5% от 670 нм светодиодные достигает глубины в ткани мозга 5 мм, расстояние от поверхности черепа substantia nigra compacta (SNc) площадь22.

Гиппокамп играет кардинальную роль в консолидации пространственной памяти23. В самом деле емкость гиппокампа Биоэнергетика ассоциируется с пространственной навигации памяти и обучения. Представленные здесь выводы показывают, что дозировки света приблизительно 1.6 Дж/см2 на уровне гиппокампа может быть достаточно для производства улучшение пространственной памяти результатов в возрасте мышей. Можно предположить, что повышение производительности памяти в когнитивно поведенческой задаче (Барнс лабиринт) может быть связано с улучшением гиппокампа энергии метаболизма, что представляется индуцированных красного лазера в определенной длины волны 660 нм.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

P.C. на зарплату было поддержано Департамент психиатрии Гарвардского (Dupont-Уоррен стипендии и премии Ливингстон), мозг и поведение исследовательский фонд (NARSAD молодой следователь премии) и компанией Photothera Inc. Неограниченный грант. Наркотиков пожертвование пришло от TEVA. Путешествие возмещения пришли из Pharmacia-Upjohn. P.C. получил консультации гонорары от Janssen научных исследований и разработок. P.C. подал несколько патентов, связанных с использованием ближнего инфракрасного света в психиатрии. PhotoMedex, Inc. поставила четыре устройства для клинического исследования. P.C. получил неограниченное финансирование от Litecure Inc провести исследование о транскраниальной фотомодуляции для лечения серьезных депрессивных расстройств и провести исследование о здоровых испытуемых. P.C. основал компанию (Niraxx свет терапии) сосредоточена на разработке новых методов лечения, основанных на инфракрасный свет; Он также является консультантом для той же компании. P.C. получил финансирование от церебральной наук для проведения исследования о транскраниальной фотомодуляции генерализованного тревожного расстройства. Другие авторы имеют без конфликта интересов раскрыть.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана грант от Тебриза университета медицинских наук (Грант № 61019) для с.с.-E. и публикации гранту LiteCure LLC, Ньюарк, де, США до L.D.T. Авторы хотели бы поблагодарить Департамент иммунологии и центр развития образования (EDC) Тебриз университета медицинских наук за их любезное содействие.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ketamine Alfasan #1608234-01
Xylazine Alfasan #1608238-01
Agarose Sigma #A4679
Superglue Quickstar
Vibratome Campden Instruments #MA752-707
Optical glass Sail Brand #7102
Power meter Thor labs #PM100D
Photodiode detector Thor labs #S121C
Caliper Pittsburgh
GaAlAs laser Thor Photomedicine
Etho Vision Noldus
Centrifuge Froilabo #SW14R
Earmuffs Blue Eagle
Digital camera Visionlite #VCS2-E742H
Sterio amplifier Sony
Ethanol Hamonteb #665.128321
Barnes maze Costom-made
ATP assay kit Sigma #MAK190
Elisa reader Awareness #Stat Fax 2100

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chung, H., et al. The nuts and bolts of low-level laser (light) therapy. Annals of Biomedical Engineering. 40, (2), 516-533 (2012).
  2. Salehpour, F., et al. Brain Photobiomodulation Therapy: a Narrative Review. Molecular Neurobiology. 1-36 (2018).
  3. Hamblin, M. R. Shining light on the head: photobiomodulation for brain disorders. BBA Clinical. 6, 113-124 (2016).
  4. Karu, T. I., Pyatibrat, L. V., Kolyakov, S. F., Afanasyeva, N. I. Absorption measurements of a cell monolayer relevant to phototherapy: reduction of cytochrome c oxidase under near IR radiation. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 81, (2), 98-106 (2005).
  5. de Freitas, L. F., Hamblin, M. R. Proposed mechanisms of photobiomodulation or low-level light therapy. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 22, (3), 348-364 (2016).
  6. Xuan, W., Vatansever, F., Huang, L., Hamblin, M. R. Transcranial low-level laser therapy enhances learning, memory, and neuroprogenitor cells after traumatic brain injury in mice. Journal of Biomedical Optics. 19, (10), 108003 (2014).
  7. DeTaboada, L., et al. Transcranial application of low-energy laser irradiation improves neurological deficits in rats following acute stroke. Lasers in Surgery and Medicine: The Official Journal of the American Society for Laser Medicine and Surgery. 38, (1), 70-73 (2006).
  8. De Taboada, L., et al. Transcranial laser therapy attenuates amyloid-β peptide neuropathology in amyloid-β protein precursor transgenic mice. Journal of Alzheimer’s Disease. 23, (3), 521-535 (2011).
  9. Oueslati, A., et al. Photobiomodulation suppresses alpha-synuclein-induced toxicity in an AAV-based rat genetic model of Parkinson’s disease. PloS One. 10, (10), e0140880 (2015).
  10. Xu, Z., et al. Low-level laser irradiation improves depression-like behaviors in mice. Molecular Neurobiology. 54, (6), 4551-4559 (2017).
  11. Salehpour, F., et al. Transcranial low-level laser therapy improves brain mitochondrial function and cognitive impairment in D-galactose–induced aging mice. Neurobiology of Aging. 58, 140-150 (2017).
  12. Grady, C. The cognitive neuroscience of ageing. Nature Reviews Neuroscience. 13, (7), 491 (2012).
  13. Beal, M. F. Mitochondria take center stage in aging and neurodegeneration. Annals of Neurology. Official Journal of the American Neurological Association and the Child Neurology Society. 58, (4), 495-505 (2005).
  14. Lu, Y., et al. Low-level laser therapy for beta amyloid toxicity in rat hippocampus. Neurobiology of Aging. 49, 165-182 (2017).
  15. Seibenhener, M. L., Wooten, M. C. Use of the open field maze to measure locomotor and anxiety-like behavior in mice. Journal of Visualized Experiments. (96), e52434 (2015).
  16. Rosenfeld, C. S., Ferguson, S. A. Barnes maze testing strategies with small and large rodent models. Journal of Visualized Experiments. (84), e51194 (2014).
  17. Huang, Y. Y., Chen, A. C. H., Carroll, J. D., Hamblin, M. R. Biphasic dose response in low level light therapy. Dose Response. 7, (4), 358-383 (2009).
  18. Mohammed, H. S. Transcranial low-level infrared laser irradiation ameliorates depression induced by reserpine in rats. Lasers in Medical Science. 31, (8), 1651-1656 (2016).
  19. Zhang, Y., Zhang, C., Zhong, X., Zhu, D. Quantitative evaluation of SOCS-induced optical clearing efficiency of skull. Quantitative Imaging in Medicine and Surgery. 5, (1), 136 (2015).
  20. Shaw, V. E., et al. Neuroprotection of midbrain dopaminergic cells in MPTP-treated mice after near-infrared light treatment. Journal of Comparative Neurology. 518, (1), 25-40 (2010).
  21. 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 Neurosurgery. 120, (3), 670-683 (2014).
  22. Reinhart, F., et al. The behavioural and neuroprotective outcomes when 670 nm and 810 nm near infrared light are applied together in MPTP-treated mice. Neuroscience Research. 117, 42-47 (2017).
  23. Sadowski, M., et al. Amyloid-β deposition is associated with decreased hippocampal glucose metabolism and spatial memory impairment in APP/PS1 mice. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 63, (5), 418-428 (2004).
Протокол для транскраниальной терапии фотомодуляции мышей
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Salehpour, F., De Taboada, L., Cassano, P., Kamari, F., Mahmoudi, J., Ahmadi-Kandjani, S., Rasta, S. H., Sadigh-Eteghad, S. A Protocol for Transcranial Photobiomodulation Therapy in Mice. J. Vis. Exp. (141), e59076, doi:10.3791/59076 (2018).More

Salehpour, F., De Taboada, L., Cassano, P., Kamari, F., Mahmoudi, J., Ahmadi-Kandjani, S., Rasta, S. H., Sadigh-Eteghad, S. A Protocol for Transcranial Photobiomodulation Therapy in Mice. J. Vis. Exp. (141), e59076, doi:10.3791/59076 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter