Summary
Photobiomodulation terapi er en nyskapende noninvasive modalitet for behandling av en rekke nevrologiske og psykiske lidelser og kan også forbedre sunn hjernefunksjon. Denne protokollen inneholder en detaljert veiledning for utføre hjernen photobiomodulation i mus ved Transkraniell lys levering, som kan tilpasses for bruk i andre laboratoriet gnagere.
Abstract
Transkraniell photobiomodulation er en potensiell nyskapende noninvasive terapeutisk tilnærming for å forbedre hjernen bioenergi, hjernefunksjon i et bredt spekter av nevrologiske og psykiatriske lidelser, og minne forbedring i alder-relaterte kognitiv svikt og nevrodegenerative sykdommer. Vi beskriver en laboratorium protokoll for Transkraniell photobiomodulation therapy (PBMT) i mus. Alderen BALB/c mus (18 måneder gammel) behandles med en 660 nm laser transcranially, én gang daglig i 2 uker. Laser transmisjon data viser at ca 1% av hendelsen rødt lys i hodebunnen når 1 mm dyp fra kortikale overflaten, gjennomtrengende dorsal hippocampus. Behandlingsresultatene vurderes av to metoder: en Barnes labyrint test, som er en hippocampus-avhengige romlige læring og hukommelse aktivitet evaluering, og måler hippocampus ATP nivåer, som brukes som en bioenergi indeks. Resultatene fra Barnes aktiviteten viser en forbedring av romlige hukommelse i laser-behandlet alderen mus sammenlignet med alder-matchet kontroller. Biokjemiske analyse etter laserbehandling indikerer økt hippocampus ATP nivåer. Vi postulere at styrking av minne ytelse er potensielt en forbedring i hippocampus energi metabolisme av rød laserbehandling. Observasjonene i mus kan utvides til andre dyr modeller siden denne protokollen kan potensielt tilpasses andre arter som ofte brukes i translasjonsforskning nevrovitenskap, som kanin, katten, hunden eller ape. Transkraniell photobiomodulation er en sikker og kostnadseffektiv modalitet som kan være en lovende terapeutisk tilnærming i alder-relaterte kognitiv svekkelse.
Introduction
PBMT, eller lavt nivå Laserlys terapi (LLLT), er en generell term som refererer til terapeutiske metoder basert på stimulering av biologisk vev av lys energi fra lasere eller lys - emitting diodes (LED). Nesten alle PBMT behandlinger brukes med rødt til (NIR) røyken på bølgelengder 600 1100 nm, en utgangseffekt mellom 1 500 mW, og en fluence fra < 1 til > 20 J/cm2 (se Chung et al.1).
Transcranial PBMT er en noninvasive lys postleveringsmetoden som er utført av bestråling av hodet med en ekstern lyskilde (laser eller lysdioder)2. Denne metoden inkluderer dyr programmer, kontakt eller noncontact plassering av LED eller laser sonden på at dyret. Avhengig av terapeutiske regionen rundt, kan en lys sonde plasseres enten over hele hodet (for å dekke alle hjernen områder) eller en bestemt del av hodet, for eksempel prefrontal, frontal eller parietal regionen. Delvis overføring av rød/NIR lys gjennom hodebunnen, skallen og dura mater kan nå kortikale overflaten nivået og gir en mengde Foton energi tilstrekkelig for å produsere terapeutiske fordelene. Den leverte lys fluence på kortikale nivå vil deretter overføres på grå og hvit hjernen saken til den når de dypere strukturene i hjernen3.
Lys i spektral band på red til langt rødt regionen (600-680 nm) og tidlig NIR regionen (800-870 nm) tilsvarer absorpsjon spekteret av cytochrome c oksidase, terminal enzymet av mitokondrie åndedretts kjeden4. Det er en teori om at PBMT i rødt/NIR spektrum fører photodissociation av nitrogenoksid (NO) fra cytochrome c oksidase, resulterer i en økning i mitokondrie elektronet transport og til slutt, økt ATP generasjon5. Med hensyn til nevronale programmer, potensielle neurostimulatory fordelene med hjernen PBMT bruker Transkraniell bestråling metoder har blitt rapportert i en rekke prekliniske studier, deriblant gnager modeller av traumatisk brain skader (TBI)6, akutt slag7, Alzheimers sykdom (AD)8, Parkinsons sykdom (PD)9, depresjon10og aldring11.
Hjernens aldring anses en nevropsykologiske tilstand som negativt påvirker noen kognitive funksjoner, for eksempel læring og hukommelse12. Mitokondrier er primære organeller ansvarlig for ATP produksjon og neuronal bioenergi. Mitokondrielt dysfunksjon er kjent for å være knyttet til alder-relaterte underskudd i hjernen områder som er koblet til romlige navigasjon minne, slik som hippocampus13. Fordi skallen behandling med rød/NIR lys primært handlinger ved å modulere mitokondrie bioenergi, kan tilstrekkelig leverte lys dosering til hippocampus resultere i forbedring av romlige hukommelse resultater14.
Målet med gjeldende protokollen er å vise Transkraniell PBMT prosedyren i mus, med lave nivåer av rødt lys. Nødvendig laser lystransmisjon målingene gjennom hodet vev av alderen mus er beskrevet. I tillegg Barnes labyrint, som en hippocampus-avhengige romlige læring og hukommelse aktivitet og hippocampus ATP nivåer, som en bioenergi indeks, brukes for en vurdering av behandling effekt på dyr.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle prosedyrer ble utført i samsvar med veiledningen og bruk av forsøksdyr av National Institutes of Health (NIH; Publikasjonen nr 85-23, revidert 1985) og godkjent av den regionale etikk av Tabriz universitetet av medisinske basalfag.
Advarsel: Denne protokollen inkluderer bruk av klasse 3B laser instrumenter og kreve riktig trening og overholdelse av retningslinjene for sikkerhet. Klasse 3B lasere kan alvorlig skade øynene og kan varme huden. Klasse 3B lasere anses ikke en brenne fare. Vernebriller beskyttelse må brukes hele tiden når du bruker laser enheten.
1. laser lystransmisjon eksperimenter
Merk: Brukt her anskaffet tre 18-måned gamle mannlige BALB/c mus fra dyr anlegget av Tabriz universitetet av medisinske basalfag. En 60 mW laser (660 nm) med en sirkulær strålen brukes formen på 2,5 mm i diameter som lyskilden. Laser kilden gir et sirkulært polarisert lys med en Gaussian intensitet profil og drives i kontinuerlige bølgen modus. En kommersiell photodiode makt meter med en 10 nW-oppløsning, en firkantet 1 cm2 photodiode aktive området og spectral respons området fra 400 til 1100 nm brukes til å måle overført lys kraft gjennom prøvene.
-
Eksempel forberedelse
- For å få frisk prøver, dypt bedøve musen med en blanding av ketamin (100 mg/kg) og xylazine (10 mg/kg).
- Dissekere musen er hodet med vanlig saks, fra punktet ligger like over skuldrene.
- Rotere hodet slik at den ventral siden av kjeven vender opp.. Skyv vinklet disseksjon saks jevnt gjennom munnhulen til motstanden av mandibular krysset er merket. Kuttet alle store musklene koble mandible benet til skallen og kaste seg.
- Fjerne palatine bein, med vinklet disseksjon saks.
- Forkaste alle kjøtt rundt skallen, bruke buede tang.
- Dissekere den nedre delen av skallen, og deretter forsiktig ta hjernen av gjenværende hodeskallen bein, med en buet slikkepott.
- Fix intakt hjernevev i en 2% agarose gel så vevet vil være egnet for kutting.
Merk: For å få en intakt skallen og hodebunnen eksempel hjernevev bør fjernes fra ventral side av dyrets hodet uten noen skader i dorsal delen av hodet.
-
Hjernen kutting prosedyre
- Spre en dråpe superglue (~0.05 mL) på overflaten av vibratome montering blokken.
- Nøye feste agarose blokken til vibratome montering blokk slik at ventrale overflaten av hjernen er ned, og justere sin posisjon.
- Litt match vibratome bladet til den øvre overflaten av agarose blokken og registrere cutter som det primære nivået.
- Fyll på vibratome med iskald vanlig saltvann.
- Justere vibratome parametere (f.eks skive tykkelse [1 mm], hastigheten [5 av 5 på enheten device] og vibrasjonsfrekvens [5 av 5 på enheten device]) for å oppnå tilfredsstillende kutting.
- Skjær hjernen tvers i et stykke med 1000 µm tykkelse.
Merk: Stykket er delen av hjernevev avgrenset kortikale overflaten og et fly posisjonert 1000 µm underlegne kortikale overflaten (dorsal hippocampus). - Legg en dråpe vann (~0.05 mL) på den optiske glassoverflaten og sette hjernen skive oppå den. Deretter legge en dråpe vann på the brain sektoren og forsiktig plassere andre optisk glass oppå den.
Merk: En dråpe vann bør legges for eksempel glass grensene for å hindre vev tørking og lys spredning fra ru overflater.
-
Måling av lystransmisjon gjennom hodet vev
- Definere optisk utstyr, inkludert laser enheten, reflekterer speil og makt meter enhet.
FORSIKTIG: Satt på beskyttende øye briller før slå på laser. - I fravær av et eksempel på makt meter, slå på laser enheten og fokusere laserstrålen på speilet på riktig avstand for guiding strålen vinkelrett på photodiode aktive området.
Merk: Lystransmisjon mål må utføres i et mørkerom ved romtemperatur (23-25 ° C), innen 30 min etter hodet vev er hentet. - Utføre målinger på skiver hjernevev.
- Plass to tomme optisk glass på overflaten av strømmåleren.
- Lese overført lys kraft (jeg0) fra makt meter displayet og registrere.
- Forsiktig plassere hjernen utvalget, er omfattet av to optiske briller, på overflaten av makt meter, fokusere strålen på vevets respektive området, lese overførte makt og registrere.
- Utføre målinger på skallen pluss hodebunnen.
- Plass et tomt optisk glass på overflaten av strømmåleren.
- Lese overført lys kraft (jeg0) fra makt meter displayet og registrere.
- Lett plassere en optisk glass med fersk skallen pluss hodebunnen vev på overflaten av strømmåleren matche lysstrålen på sonen bregma, lese overførte makt og registrere.
- For å maksimere signal-til-støy-forhold, gjenta lystransmisjon målingen minst 3 x for alle utvalg.
Merk: Den bregma sonen er plassert i en ca. 3 mm rostral til en linje gjennom fremre basen av ørene. Tykkelsen av skallen pluss hodebunnen vev er målt ved en standard tykkelse.
- Definere optisk utstyr, inkludert laser enheten, reflekterer speil og makt meter enhet.
2. Photobiomodulation therapy (PBMT)
Merk: Førtifem mannlige BALB/c mus tildelt tre grupper på 15 mus ble brukt. Gruppene var sammensatt av unge-kontroll mus (2 måneder gammel) mottatt humbug-PBMT, alderen-kontroll mus (18 måneder gammel) mottatt humbug-PBMT og alderen-PBMT mus (18 måneder gammel) mottatt PBMT. Humbug-PBMT behandling besto av behandling identisk med PBMT gruppen, men med laser inaktiv. Mus anskaffet fra dyr anlegget av Tabriz universitetet av medisinske basalfag og plassert i dyret holder enhet av Neurosciences Research Center (NSRC) på 24-25 ° C og 55% relativ fuktighet, med 12 h lys og 12t mørke fotoperiode. Mat og vann ble gitt annonse libitum. Alle mus var akklimatisert i minst 1 uke før behandling.
-
Laser behandling prosedyre
Merk: En diode GaAlAs laser med kontinuerlige bølgen modus til 660 nm wavelength ble brukt Transkraniell PBMT behandling. Laser enheten ble operert på en utgangseffekt på 200 ± 2 mW og en Irradians av 6.66 W/cm2, med en størrelsen av 0,03 cm2. En gjennomsnittlig fluence 99,9 J/cm2 per hver økt ble levert til hodebunnen overflaten for 15 s bestråling. Irradiation var administrert 1 x daglig i 2 sammenhengende uker.- Bringe musene i burene sine hjem til terapi rommet, ca 20 min før begynnelsen behandling.
- Koble en elektrisk protector til stikkontakten.
- Sett laser enheten inn i en elektrisk protector.
- Dekk tuppen av laser sonde med en gjennomsiktig nylon film for å hindre noen riper på overflaten.
- Nøye koble sonden til kanalen av laser enheten.
- Slå på laser enheten og vent noen sekunder for å varme opp.
- Justere laserbehandling/parametere, inkludert bestråling tid og driftsmodus.
- I fravær av noen eksempler, bestemme gjennomsnittlig strømmen som laser ved å kontakte spissen av sonden å det aktive området av strømmåleren på laser enheten. Registrere.
- Utfører du kalibreringsprosessen (trinn 2.1.8) minst 5 x, lese hendelsen krefter fra makt meter displayet og registrerer verdiene.
- Hold musen dorsal huden av dyr i håndflaten av hånden og nakkens hodet forsiktig.
Merk: I gjeldende protokollen, laser sonden er plassert på bregma sonen som er ~ 3 mm rostral en linje mellom indre bunnen av ørene. - Lett sette spissen av sonden direkte i hodebunnen på midtlinjen, ca 3 mm rostral til en linje gjennom fremre basen av ørene.
Merk: Hold sonden på en ca 45° vinkel på Planet av magen. - For å unngå direkte bestråling dyrets øynene, første kontakt spissen av sonden på hodet og deretter slå på laser enheten.
- Slå på laser og stabilt hold sonden til ferdigstillelse av irradiation.
- Etter slutten av terapi, trekke laser sonden fra hodet og forsiktig tilbake musen til buret sitt.
- Slå av laser enheten og koble sonden fra enheten.
- Rengjør laser sonde med en passende optisk renere.
- Overføre mus til dyr anlegget.
3. atferd oppgaver
-
Åpne-feltet testen
- Vurdere den locomotor aktiviteten til hver mouse ved alle total distanse under en åpen-feltet test, som beskrevet tidligere15.
-
Barnes labyrint oppgave
-
Apparatet
Merk: Romlige læring og hukommelse aktiviteten utføres i en Barnes labyrint16. Apparater for neurobehavioral aktiviteten består av en sirkulær plattform laget av svart tre (95 cm diameter) med 20 equidistant, 5 cm diameter runde hull på plattformen, 3 cm fra kanten. Apparatet er opphøyet 50 cm fra gulvet hindre at dyret klatre ned. En bevegelig svart plast escape boks (20 cm x 15 cm x 5 cm) er plassert under flukten hullet. En svart labyrint brukes til testing hvite mus, og en svart mat skal plasseres under labyrinten når en programvare sporingssystem brukes.- Plass labyrint apparatet i midten av en rolig rom med lyse overhead belysning.
- Plassere et "Ikke angi" skilt på utsiden av oppgaven rommet døren.
- Fest visual-romlige stikkordene vegger perimeter.
- Plasser et digitalt videokamera over labyrint plattformen.
- Rengjør overflaten av labyrinten plattformen med 70% etanol fjerne uønskede olfactory signaler.
- Legge en liten mengde sengetøy fra dyrets hjem bur på innsiden av boksen flukt å tjene som en olfactory stikkordet.
-
Tilpasning-økt
- Gi hver mus aktivitet rom ca 30 min før begynnelsen eksperimentet for at musen å bli habituated.
- Fjern musen fra buret sitt og forsiktig plassere dyret i boksen flykte for 1 min.
-
Treningsøkten
Merk: Treningsøkten gjentas for hver musen på 4 dager.- Fjern musen fra boksen flukt.
- Plass musen i midten av arenaen; deretter plassere start kammeret øverst på musen.
- Fjerne start kammeret etter 10 s, og la musen for å utforske arena for 3 min.
- Stille flytte datamaskinen og sette på støyreduserende hodetelefoner.
- Utløse en negativ auditiv stimulans som består av en kraftig hvit støy ca 80 DB på plattform nivå og begynne videotaping musen.
- Slå av den hvite støyen og stoppe videotaping når musen angir boksen flukt. Tillate dyr å forbli uforstyrret i boksen for 1 min.
- Fjerne musen fra boksen rømme og sett den tilbake i buret sitt.
- Gjenta 3.4.2 gjennom 3.4.7 4 x per dag, med 3 min intervallene mellom gjentatte forsøk.
Merk: Mellom alle forsøk, fjerne urin eller avføring fra arena overflaten og rengjør labyrinten med 70% etanol.
-
Sonden gratis prøvetime
- Etter siste trening rettssaken, 24 timer senere, fjerne boksen rømme fra labyrinten plattformen og gjenta 3.4.2 gjennom 3.4.5.
- Etter 3 min, slår den hvite støyen og stoppe videotaping. Fjerne musen fra labyrint arena og sett den tilbake i buret sitt.
- Etter at alle dyr har blitt testet, rengjør labyrint plattformen og start kammeret. Slå rommet lysene og fjerne den "Ikke angi" tegnet fra døren.
- Lagre video-opptak fra testing økter å en ekstern hard kjøre for videre analyse.
- Angi video-sporing programvare og ekstra parametere av interesse fra innspilte videoer, inkludert latens tid finne målet hullet i 4 dager med trening og tid brukt i kvadranten målet under sonde prøve økten.
-
Apparatet
4. biokjemiske vurdering
-
ATP nivåer prefiks
- Dypt bedøve hver mus med en intraperitoneal injeksjon av en blanding av ketamin (100 mg per gram av kroppsvekt) og xylazine (10 mg per gram av kroppsvekt).
- Halshugge dyret og raskt fjerne hjernevevet fra skallen.
- Dissekere ut hippocampus og homogenize vevet i iskalde eksempel buffer (leveres av kit) med en vev homogenizer.
- Umiddelbart sentrifuge homogenate 2000 x g i 3 minutter på 4 ° C.
- Overføre nedbryting slik rent.
- Vurdere hippocampus ATP nivåene, med den Spektrofotometri som tidligere11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Statistiske analyser
Statistisk analyse av data fra Barnes treningsøktene var analysert av toveis VARIANSANALYSE; andre opptreden tester og analyse av hippocampus ATP nivåer blant grupper ble utført av enveis ANOVA, etterfulgt av Tukey's post hoc-test. Alle data er uttrykt som betyr ± standard feil av gjsnitt (SEM), unntatt laser overføring dataene, som vises som betyr ± standardavviket (SD). Signifikansnivået som ble satt på p < 0,05.
Laser lys overføring
Laserlys (660 nm) overføring gjennom skallen pluss hodebunnen vev (med sample tykkelse på 0,85 ± 0.09 mm) av alderen mus var 15.67% ± 0.87% når en laserstråle ble fokusert på bregma (figur 1). Basert på denne lystransmisjon, siden den første fluence på hodebunnen overflaten var 99,9 J/cm2 (6.66 [W/cm2] x 15 [s]), kan det anslås som en omtrentlig fluence 16 J/cm2 nådde kortikale overflaten.
Laser transmisjon, gjennom en 1 mm skive alderen hjernevev, ble 10,10% ± 0,95% (figur 1). Fra disse verdiene, kan det anslås at lys fluence redusert fra 16 J/cm2 på hjernebarken vev nivå til ca 1,6 J/cm2 1 mm dyp fra kortikale overflaten.
Åpne felttest
Det var ingen statistisk signifikant forskjell i locomotor aktivitet i åpne-feltet test blant alle eksperimentelle (figur 2).
Barnes labyrint oppgave
Når escape ventetid ble analysert under 4 dager med trening og med eksperimentelle grupper under aktiviteten Barnes labyrinten, en toveis VARIANSANALYSE viste signifikante effekter (p < 0,001) og gruppe (p < 0,001), men ikke gruppen x dag (p = 0.47). En mellom grupper analyse av data viste at ventetid ganger av alderen-kontroll dyrene var vesentlig lenger enn de av gruppen unge-kontroll på tredje (p < 0,01) og fjerde (p < 0,001) dager av treningsøkten. Imidlertid ventetid ganger av PBMT-behandlet alderen mus ble betydelig kortere på den fjerde dagen (p < 0,05), sammenlignet med alderen-kontroll mus (p < 0,01) (Figur 3). Sonden prøve økten tilbrakte alderen-kontroll mus betydelig kortere ganger i kvadranten mål, sammenlignet med de unge-kontroll mus (p < 0,01). Men PBMT-behandlet alderen mus brukt betydelig lengre tid i kvadranten mål mot alderen-kontroll mus (p < 0,05) (Figur 4).
Hippocampus ATP nivåer
Alderen-kontroll musene hadde en betydelig reduksjon i hippocampus ATP nivåer, sammenlignet med ung-kontroll mus (p < 0,05). Imidlertid mener ATP innholdet prefiks av alderen-PBMT mus ble betydelig større enn de i alderen-kontroll mus (p < 0,05) (figur 5).
Figur 1 : Laser lys overføring data via skallen pluss hodebunnen og hjernevev. Data uttrykkes som gjennomsnittlig ± SD. SD = standardavvik. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2 : Locomotor aktivitetsdata fra åpen-feltet test Data uttrykkes som gjennomsnittlig ± SEM. PBMT = photobiomodulation terapi; SEM = standard feil av gjsnitt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3 : Escape ventetid for mus grupper under 4 dager med treningsøktene. Representerer den gjennomsnittlig ± SEM. **p < 0,01 og ***p < 0,001, sammenlignet med de unge-kontroll mus. # p < 0,05, sammenlignet med alderen-kontroll mus. PBMT = photobiomodulation terapi; SEM = standard feil av gjsnitt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4 : Tid brukt i kvadranten mål i sonde økt, i forskjellige grupper. Representerer den gjennomsnittlig ± SEM. **p < 0,01, sammenlignet med de unge-kontroll mus. # p < 0,05, sammenlignet med alderen-kontroll mus. PBMT = photobiomodulation terapi; SEM = standard feil av gjsnitt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5 : ATP innholdet i hippocampus vevet. Representerer den gjennomsnittlig ± SEM. *p < 0,05, sammenlignet med de unge-kontroll mus. # p < 0,05, sammenlignet med alderen-kontroll mus. PBMT = photobiomodulation terapi; SEM = standard feil av gjsnitt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi beskriver en protokoll for å gjennomføre en Transkraniell PBMT prosedyre i mus. Denne protokollen er spesielt rettet mot nevrovitenskap laboratorier som utfører photobiomodulation forskning fokusert på gnagere. Men kan denne protokollen tilpasses andre forsøksdyr som brukes ofte i feltet nevrovitenskap som kanin, katten, hunden eller ape.
Foreløpig er det økt interesse for å undersøke Transkraniell PBMT med rød/NIR lasere og LED. For å kunne gjennomføre hele behandlingen prosedyren i gnagere, finnes det noen viktige trinn å vurdere.
Først er det avgjørende at før du forsøker noen behandlinger i levende dyr, lys penetrasjon nettopp måles gjennom dyr hodet vev for å levere en optimal Foton dosering (J/cm2).
Andre, basert på hvilke områder av hjernen er påvirket av patologi og mål for behandling, flere parametere må optimaliseres, maksimere lys gjennomtrenging og øke sannsynligheten for positive resultater. Disse inkluderer bestråling tid, behandling intervall, anvendt Irradians og fluence. For eksempel i alderen dyr modeller er det avgjørende å levere en tilstrekkelig stråledose til hjernen hippocampus og frontal cortex fordi disse områdene er knyttet til alder-relaterte patologi2. En optimal fluence i målet vev er en annen viktig faktor i PBMT. De fleste forskere diskuterer faktorer som påvirker lystransmisjon men ofte unnlater å vurdere at bifasisk svar i hjernen målet vev finnes ikke bare for fluence (J/cm2), men også for frekvensen av fluence levering. Med andre ord, er en fluence av 1 J/cm2 levert over 1 min ikke tilsvarende 1 J/cm2 levert over 1 s17,18.
Det er flere faktorer som bør også vurderes før Transkraniell PBMT studier. Transcranial PBMT i Red brukes vanligvis ved hjelp av laser eller lysdioder sonder med sonde tips størrelsen skaleres til dyrets hjernestørrelse. For programmet i gnagere, moderat strømforbruk lasere (med en effekt på ≤ 500 mW) kan gi en stor mengde lys energi på kort tid og redusere både behandling tid og behandling stressnivået til dyret. Selv om klasse 3B lasere har betydelig photothermal effekter i PBMT dosering områder (≤20 J/cm2), anbefales kjøling hodebunnen overflaten med en gjennomsiktig optisk stoff, som is eller gel, under Transkraniell søknad.
I noen eksperimentelle Transkraniell PBMT studier brukes optisk fiber en laser eller LED sonde, på grunn av sine fordeler for bestråling av et bestemt lite område på hodet. For eksempel i fokal iskemiske hjerneslag, TBI, og PD modeller, en nøyaktig bestråling av den skadede delen er berettiget. Men har optiske fibre generelt en liten stråle området, så dette påvirker den totale mengden energi i én økt og vil kreve forskere å gjenta på mer enn ett sted å kompensere for redusert området. I mest Transkraniell PBMT studier gjennomføres bestråling av hodet varsling, unanesthetized dyr. For å sikre dyr stabilitet, anbefales manuell hodet holder og bruker tilbakeholdenhet enheter. I den manuelt holde metoden, skyldes at at dyr kan flytte plutselig og muligens flytte hodet fra sonen bestråling, en del av bestrålt lys kan være bortkastet. Videre begge metodene kan indusere ekstra stress til dyr og kan være en potensiell forvirrende faktor. I noen tilfeller utføres bestråling prosedyren på en bedøvet dyr. Det bør bemerkes at for mye anestesi kan påvirke eksperimentelle resultatene i nevrovitenskap studier. Derfor bør en kortere bestråling intervall nøye vurderes i slike eksperimenter.
I studien, vi første gang målt overføring av lys gjennom skallen pluss hodebunnen av mannlige BALB/c alderen mus for å bestemme mengden av 660 nm laser energi som nådde kortikale overflaten. Resultatene indikerte at 16% av første lyset på overflaten av unshaved hodebunnen ble overført gjennom til hjernen. Overføring data fra andre laboratorier i mannlige BALB/c mus har vist at bare 1,2% av 670 nm laserlys kunne trenge intakt skallen19. Det har også blitt rapportert at ca 90% av 670 nm LED-lys er svekket i musen kraniet20.
Effektiv neurostimulatory dosering av rød laser på kortikale vev nivå ble bekreftet i en tidligere studie utført i vårt laboratorium11. Vi viste at en daglig kortikale fluence en 8 J/cm2 laser på 660 nm har procognitive effekter i en mus aldring modellen11. I behandling-delen av denne studien for å levere ca 16 J/cm2 til kortikale overflaten, vi måtte forlate laser på 15 s, som var tolerert av musene. I den nåværende arbeidet målt vi også av lys strøm mottatt på hippocampus overflaten. Basert på resultatene av eksperimentet, en omtrentlig verdi av 10% ble målt som laser transmisjon gjennom en 1 mm skive alderen hjernen, tilsvarer en lett fluence av ca 1.6 J/cm2 nå 1 mm dyp fra kortikale overflaten. Data fra andre studier med BALB/c musen hjernen har avdekket en 65% reduksjon av 670 nm LED lysintensiteten over hver millimeter av cerebral tissue21. Det har også vist at ca 2,5% 670 nm LED lys når en dybde i hjernevevet 5 mm, avstanden fra skallen overflaten til substantia nigra compacta (SNc) området22.
Hippocampus spiller en kardinal rolle i konsolidering av romlige hukommelse23. Faktisk er hippocampus bioenergi kapasiteten tilknyttet romlige navigasjon hukommelse og læring. Resultatene presenteres her foreslår at en lys dosering av ca 1,6 J/cm2 på hippocampus nivå kan være tilstrekkelig til å produsere en forbedring av romlige hukommelse resultater i alderen mus. Kan det antas at en forbedring av minne ytelse i kognitiv-atferdsterapi oppgaven (Barnes maze) kan være en forbedring av hippocampus energi metabolism som synes å være forårsaket av en rød laser på et bestemt bølgelengde til 660 nm.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
PCs lønn ble støttet av Harvard psykiatri Department (Dupont-Warren fellesskap og Livingston Award), hjerne og atferd Research Foundation (NARSAD ung forsker pris), og av Photothera Inc. ubegrenset grant. Stoffet donasjon kom fra TEVA. Reise refusjon kom fra Pharmacia-Upjohn. PC har fått konsultasjon avgifter fra Janssen forskning og utvikling. PC har arkivert flere patenter relatert til bruk av røyken i psykiatri. PhotoMedex, Inc. levert fire enheter for en klinisk studie. PC har fått ubegrenset støtte fra Litecure Inc. å gjennomføre en studie på Transkraniell photobiomodulation for behandling av store depressive lidelser og å gjennomføre en studie på friske. PC etablert et selskap (Niraxx lys Therapeutics) fokusert på utvikling av nye metoder for behandling basert på røyken; Han er også konsulent for samme selskap. PC mottatt finansiering fra Cerebral Sciences å gjennomføre en studie på Transkraniell photobiomodulation for Generalisert angstlidelse. Andre forfattere har ingen konflikter av interesse å avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av et stipend fra Tabriz universitetet av Medical Sciences (gi nr. 61019) til S.S.-E. og publikasjonen stipend fra LiteCure LLC, Newark, DE, USA til L.D.T. Forfatterne vil gjerne takke immunologi avdelingen og utdanning Development Center (EDC) av Tabriz universitetet av medisinske basalfag for deres type hjelp.
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 |
References
- Chung, H., et al. The nuts and bolts of low-level laser (light) therapy. Annals of Biomedical Engineering. 40 (2), 516-533 (2012).
- Salehpour, F., et al. Brain Photobiomodulation Therapy: a Narrative Review. Molecular Neurobiology. , 1-36 (2018).
- Hamblin, M. R. Shining light on the head: photobiomodulation for brain disorders. BBA Clinical. 6, 113-124 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Xu, Z., et al. Low-level laser irradiation improves depression-like behaviors in mice. Molecular Neurobiology. 54 (6), 4551-4559 (2017).
- 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).
- Grady, C. The cognitive neuroscience of ageing. Nature Reviews Neuroscience. 13 (7), 491 (2012).
- 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).
- Lu, Y., et al. Low-level laser therapy for beta amyloid toxicity in rat hippocampus. Neurobiology of Aging. 49, 165-182 (2017).
- 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).
- Rosenfeld, C. S., Ferguson, S. A. Barnes maze testing strategies with small and large rodent models. Journal of Visualized Experiments. (84), e51194 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
