Summary
Photobiomodulation tedavi geniş bir nörolojik ve psikiyatrik hastalıkların tedavisi için yenilikçi bir noninvaziv modalite ve aynı zamanda sağlıklı beyin fonksiyonlarını artırabilir. Bu iletişim kuralı tarafından diğer laboratuvar Rodents kullanmak için adapte edilebilir Transkraniyal ışık teslim farelerde beyin photobiomodulation gerçekleştirmek için adım adım yönergeler içerir.
Abstract
Transkraniyal photobiomodulation beyin bioenergetics, beyin fonksiyonları nörolojik ve psikiyatrik bozukluklar geniş bir alanda ve bilişsel gerileme yaşa bağlı hafıza geliştirme geliştirmek için bir potansiyel yenilikçi noninvaziv terapötik yaklaşımdır ve nörodejeneratif hastalıklar. Biz Transkraniyal photobiomodulation terapi (PBMT) fareler için bir laboratuvar protokol tanımlamak. Yaşlı BALB/c fare (18 aylık) bir 660 nm lazer transcranially, 2 hafta boyunca günde bir kez ile tedavi edilir. Olay kırmızı ışık kafa derisi üzerinde yaklaşık % 1'i dorsal hipokampus penetran kortikal yüzeyden 1 mm derinlik ulaşır lazer geçirgenliği verileri gösterir. Tedavi sonuçları iki yöntemle değerlendirilir: bir Barnes labirent bir hipokampus bağımlı kayma öğrenme ve hafıza görev değerlendirme test ve bioenergetics Dizin kullanılan ölçüm hipokampal ATP düzeyleri. Barnes görev sonuçlarını uzamsal bellek donanım yaş eşlemeli denetimleri ile karşılaştırıldığında lazer tedavi Yaşlı fareler gösterir. Lazer tedavisi gösterir sonra biyokimyasal analiz hipokampal ATP düzeyleri artmış. Bellek performansı geliştirme potansiyel bir gelişme kırmızı lazer tedavi ile indüklenen hipokampal enerji metabolizması nedeniyle olduğunu varsayıyorum. Bu iletişim kuralı potansiyel translasyonel nörolojik, tavşan, kedi, köpek veya maymun gibi sık kullanılan diğer türler adapte beri gözlemler farelerde hayvan diğer modeller için uzun olabilir. Transkraniyal photobiomodulation kognitif bozukluk yaşa bağlı olarak umut verici bir tedavi yaklaşımı olabilir bir güvenli ve uygun maliyetli yöntemidir var.
Introduction
PBMT veya alt düzey lazer ışık tedavisi (LLLT), biyolojik doku uyarılması lazer veya ışık - yayan diyotlar (LED'ler) ışık enerjisi tarafından temelli tedavi yöntemleri başvurduğu genel bir terimdir. Hemen hemen tüm PBMT tedaviler ile yakın kızılötesi (Nur) ışık dalga boylarında, kırmızıdan 600 1100 nm, 1 ile 500 arasında bir çıkış gücü uygulanır mW ve < 1-> değişen bir akım 20 J/cm2 (bkz: Chung vd.1).
Transkraniyal PBMT başından bir dış ışık kaynağı (lazer veya LED'ler)2kullanarak ışınlama tarafından yürütülen bir noninvaziv ışık teslim yöntemidir. Hayvan uygulamaları için ilgili kişi veya aygıtlar hayvanın kafasında LED veya lazer prob yerleşimini bu yöntem içerir. Faiz tedavi bölgeye bağlı olarak, hafif bir sonda (için tüm beyin bölgeleri kapsayan) tüm Merkez over veya baş, prefrontal, frontal veya parietal bölge gibi belirli bir bölümünün üzerine yerleştirilebilir. Kırmızı/nur ışık kafa derisi, kafatası ve dura mater kısmi iletim kortikal yüzey seviyesine ulaşmak ve foton enerji terapötik yararları üretmek için yeterli bir miktar sağlar. Daha sonra beyin3daha derin yapıların ulaşıncaya kadar teslim edilen hafif dozda kortikal düzeyinde gri ve beyaz beyin dokusu dağıtılmasını.
Işık Red far-red bölge (600-680 nm) ve erken NIR bölge (800-870 nm) spektral bantlarında sitokrom c oksidaz, mitokondrial solunum zinciri4terminal enzim soğurma spektrumu karşılık gelir. PBMT kırmızı/NIR spektrumda mitokondrial elektron taşıma artışlar sonuçlanan photodissociation nitrik oksit (NO) sitokrom c oksidaz, neden olur ve sonuçta, ATP üretimi5arttı, onaylanmadığına karar. Nöronal uygulamaları ile ilgili potansiyel neurostimulatory yararları preklinik çalışmaları, travmatik beyin hasarı (TBY)6kemirgen modelleri de dahil olmak üzere çeşitli yöntemleri bildirilmiştir Transkraniyal ışınlama kullanarak PBMT beyin, Akut inme7, Alzheimer hastalığı (Ah)8, Parkinson hastalığı (PD)9, depresyon10ve yaşlanma11.
Beyin yaşlanma olumsuz yönde etkileyen öğrenme ve hafıza12gibi bazı bilişsel işlevler nöropsikolojik bir durum olarak kabul edilir. Mitokondri birincil organelleri ATP üretimi ve nöronal bioenergetics sorumlu vardır. Mitokondrial disfonksiyon Mekansal kullan bellek, hipokampus13gibi bağlı olan beyin bölgeleri içinde yaşa bağlı açıkları ile ilişkili olduğu bilinmektedir. Çünkü mitokondriyal bioenergetics modülasyon tarafından öncelikle eylemleri kırmızı/NIR ile kafatası tedavi ışık hipokampüs yeterli teslim edilen ışık dozajı mekansal hafıza sonuçları14düzelme neden olabilir.
Geçerli protokol amacı Transkraniyal PBMT yordam farelerde, kırmızı ışık seviyesinin düşük kullanarak göstermektir. Gerekli lazer ışık geçirgenliği ölçümleri yaşlı farelerin baş dokular ile açıklanmıştır. Ayrıca, Barnes labirent, hipokampus bağımlı kayma öğrenme ve bellek görev ve hipokampal ATP düzeyleri, bir bioenergetics dizin olarak olarak kullanılan hayvanlarda tedavi etkisi değerlendirilmesi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm yordamları uygun olarak Kılavuzu bakım ve kullanım Laboratuvar hayvanları Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH; için yapılmıştır Yayın No 85-23, 1985) revize ve Tebriz Üniversitesi Tıp Bilimleri bölgesel Etik Komitesi tarafından onaylanmış.
Dikkat: Bu iletişim kuralı uygulama sınıf 3B lazer aletleri içerir ve uygun eğitim ve güvenlik kurallarına bağlılık gerektirir. Sınıf 3B lazer gözler ciddi zararlar verebilir ve cilt ısı olabilir. Sınıf 3B lazerler yanmak tehlike kabul edilmez. Göz koruma gözlüğü yıpranmış gerekir her zaman laser cihazı çalışırken.
1. lazer ışık geçirgenliği deneyler
Not: burada kullanılan üç 18 aylık erkek BALB/c fare Tebriz Üniversitesi Tıp Bilimleri hayvan tesisten elde edilmiştir. 60 mW lazer (660 nm) ile dairesel bir ışın Şekil 2.5 mm çapında, ışık kaynağı olarak kullanılır. Lazer kaynak bir Gauss yoğunluğu kasalı dairesel yayın yapan bir ışık üretir ve sürekli dalga modunda işletilmektedir. Bir ticari fotodiyot güç metre 10 KB çözünürlük, bir kare 1 cm2 fotodiyot etkin alanı ve bir spektral yanıt--dan 400 ile 1100 nm ile örnekleri aracılığıyla gönderilen ışık güç ölçmek için kullanılır.
-
Numune hazırlama
- Taze örnekleri edinmek için fareyi ketamin (100 mg/kg) ve xylazine (10 mg/kg) karışımı ile derin anestezi.
- Fare kafa sadece omuzları bulunan noktadan başlayarak düzenli makasla parçalara.
- Çene ventral tarafı yukarı dönük baş döndürür. Açılı diseksiyon makası ağız boşluğu ile sorunsuz çene kemiğinde kavşak dayanıklılığını fark edene kadar kaydırın. Tüm büyük kas mandibula kemik kafatası bağlama kesmek ve onları atın.
- Palatine bones, açılı diseksiyon makası kullanarak kaldırın.
- Bütün eti eğri forseps kullanarak kafatasını çevreleyen atmak.
- Kafatasının alt kısmındaki incelemek ve sonra dikkatle dışında kalan kafatası kemik, beyin kavisli bir spatula ile almak.
- Doku Dilimleme için uygun olur, böylece sağlam beyin dokusu içinde % 2 özel jel düzeltmek.
Not: sağlam bir kafatası elde artı örnek kafa derisi için beyin dokusu hayvanın kafası zarar vermeden ventral taraftan baş dorsal kısmındaki kaldırılması gerekir.
-
Yordam Dilimleme beyin
- Yapıştırıcı (~0.05 mL) bir damla vibratome montaj blok yüzeyine yayılmış.
- Dikkatlice böylece beyin ventral yüzeyinde yüzüstü blok montaj vibratome özel blok eklemek ve konumunu ayarlayın.
- Biraz maç özel blok üst yüzeyine vibratome bıçak ve kesici değeri birincil düzeyde olarak kaydedin.
- Vibratome tank buz gibi normal tuzlu çözüm ile doldurun.
- Tatmin edici Dilimleme elde etmek için (örneğin, dilim kalınlığı [1 mm], hız [5 / 5 aygıt birim üzerinde] ve titreşim frekansı [5 / 5 aygıt birim üzerinde]) vibratome parametreleri ayarlayın.
- Beyin kemiği ile 1000 µm kalınlık içine bir dilim kes.
Not: Dilim kortikal yüzeyi tarafından ayrılmış beyin dokusu bölümüdür ve bir uçak 1000 µm kortikal yüzeyi (dorsal hipokampus) aşağı konumlandırılmış. - Bir damla su (~0.05 mL) optik cam yüzeyde ekleyin ve beyin dilim üstüne koydu. Daha sonra bir damla su on beyin dilim ekleyin ve dikkatlice ikinci optik cam üstüne koyun.
Not: Bir damla su, kurutma doku ve kaba yüzeyler arasında saçılma ışık önlemek için örnek cam sınırları için eklenmelidir.
-
Baş dokuları aracılığıyla ışık geçirgenliği ölçümü
- Aynalar ve güç metre birimi yansıtan laser cihazı dahil olmak üzere optik cihazın ayarlayın.
Dikkat: üzerine lazer Torna önce koruyucu göz gözlük koymak. - Bir örneğe bağlı olarak güç metre yokluğunda lazer aygıtı açın ve fotodiyot'ın aktif bölgesine dikey kiriş rehberlik için uygun mesafede bulunur ayna lazer ışını odaklanmak.
Not: Işık geçirgenliği ölçüm, oda sıcaklığında (23-25 ° C), karanlık bir odada baş dokular elde edilmiştir sonra 30 dk içinde gerçekleştirilmesi gerekir. - Ölçümler dilimlenmiş beyin dokusu üzerinde gerçekleştirin.
- İki boş optik gözlük güç metre bir yüzeye yerleştirin.
- Gönderilen ışık güç okuyun (ben0) güç ölçer'ın perde göstermek ve değeri kaydedin.
- Yavaşça iki optik gözlük tarafından kapsıyordu, beyin örnek güç metre yüzeye ışın doku'nın ilgili alan üzerinde odaklanmak, gönderilen güç okuyun ve değeri kaydedin.
- Ölçümler kafatası artı kafa derisi üzerinde gerçekleştirin.
- Boş bir optik cam güç metre bir yüzeye yerleştirin.
- Gönderilen ışık güç okuyun (ben0) güç ölçer'ın perde göstermek ve değeri kaydedin.
- Hafifçe bir optik cam taze kafatası ile yer artı güç metre yüzeyinde doku kafa derisi, ışık demeti bregma bölgede maç, gönderilen güç okuyun ve değeri kaydedin.
- Sinyal-gürültü oranı en üst düzeye çıkarmak için en az 3 ışık geçirgenliği ölçüm tekrar x tüm örnekleri için.
Not: Bregma bölge yerleştirilen bir yaklaşık 3 mm rostral kulakları ön Bankası çizilen bir çizgi için. Kafatası artı kafa derisi doku kalınlığı standart bir kumpas ile ölçülür.
- Aynalar ve güç metre birimi yansıtan laser cihazı dahil olmak üzere optik cihazın ayarlayın.
2. Photobiomodulation terapisi (PBMT)
Not: 15 fareler üç gruba atanan kırk beş erkek BALB/c fareler kullanıldı. Gruplar sahte-PBMT, sahte PBMT alınan yaşlı kumandalı fare (18 aylık) ve PBMT alınan yaşlı PBMT fareler (18 aylık) alınan genç-kontrol fare ile (2 aylık) oluşturuldu. Sahte-PBMT tedavi tedavi için PBMT aynı grup ama etkin olmayan lazer ile oluşuyordu. Fareler Tebriz Üniversitesi Tıp Bilimleri hayvan tesisten elde edilmiştir ve birim Nöroloji Araştırma Merkezi (NSRC) 12 h ışık ve karanlık 12 h photoperiod 24-25 ° C ve %55 bağıl nem, holding hayvan muhafaza. Gıda ve su ad libitumverilmiştir. Bütün fareler en az 1 hafta önce tedavi acclimatized.
-
Lazer tedavi prosedürü
Not: 660 nm dalga boyu sürekli dalga modu ile diyot GaAlAs lazer Transkraniyal PBMT tedavisi için kullanıldı. Laser cihazı 200 ± 2 mW çıkış gücünü ve 6,66 W/cm2, bir olma 0.03 cm2spot büyüklüğü ile ameliyat. Her oturum başına 99,9 J/cm2 ortalama bir akım 15 kafa derisi yüzeye teslim edildi radyoterapi s. Işınlama yönetilen 1 oldu x 2 ardışık hafta boyunca her gün.- Fareler terapi odası, tedaviye başlamadan önce yaklaşık 20 dk içinde onların ev kafes getirmek.
- Bir elektrik koruyucu duvar prizine takýn.
- Elektrikli bir koruyucuya lazer cihazı takın.
- Lazer sonda şeffaf naylon film ile ucu herhangi bir yüzeye çizilmemesi önlemek için kapak.
- Dikkatle sonda laser cihazı kanala bağlanmak.
- Lazer aygıtı açın ve ısınmak için bunun için birkaç saniye bekleyin.
- Işınlama zaman ve işlem modu dahil olmak üzere lazer/tedavi parametrelerini ayarlamak.
- Herhangi bir örnekleri yokluğunda, lazer ortalama güç lazer cihazın güç metre etkin alanına sonda ucunda irtibata geçerek belirlemek. Değeri kaydedin.
- (Adım 2.1.8) kalibrasyon işlemi yineleyin en az 5 x, okuma güç ölçer'ın olay güçlerden ekran görüntülemek ve değerleri kaydetmek.
- Yavaşça bir avuç hayvanın boynuna dorsal cilt tarafından bir fare tutun ve başının immobilize.
Not: geçerli protokol ~ 3 mm kulak iç tabanı arasında çizilen bir çizgi rostral bregma bölge lazer sonda yerleştirilir. - Hafifçe doğrudan orta hat yaklaşık 3 mm rostral kulakları ön Bankası çizilen bir çizgi için kafa derisi üzerinde prob ucu yerleştirin.
Not: sonda, tutun bir yaklaşık 45 derecelik açıyla uçağa karın. - Hayvanın gözleri doğrudan ışınlama önlemek amacıyla, ilk başından sonda ucunda başvurun ve sonra lazer aygıtı açın.
- Üzerine lazer açmak ve stabil sonda ışınlama tamamlanması kadar basılı tutun.
- Terapinin sonuna sonra lazer sonda başından geri çekilin ve yavaşça fare onun kafes dönmek.
- Lazer cihazı kapatın ve sonda aygıtın bağlantısını kesin.
- Lazer sonda bir uygun optik süpürge ile temizlik.
- Fareler hayvan tesisine transfer.
3. davranışsal görevleri
-
Açık alan testi
- Lokomotor değerlendirmek etkinlik her fare bir açık alan test sırasında olarak toplam mesafe tarafından açıklanan önceden15.
-
Barnes labirent görev
-
Aparatı
Not: Bir Barnes labirent16' kayma öğrenme ve hafıza görev gerçekleştirilir. Bu neurobehavioral görev için kullanılan cihazlar eşit uzaklıkta, siyah ahşap (95 cm çapında) 20 ile yapılmış bir dairesel platformunun oluşur platformu, çevreyi 3 cm yer alan 5 cm çapında dairesel delik. Aparatı yerden tırmanma hayvan önlemek için yükseltilmiş 50 cm'dir. Bir hareketli siyah plastik kaçış kutu (20 cm x 15 cm x 5 cm) kaçış deliği altında yer alıyor. Siyah bir labirent yerinehamster sınamak için kullanılır ve bir yazılım sistem izleme kullanıldığında bir siyah mat labirent altında yer almalıdır.- Labirent aparatı parlak havai aydınlatma ile sessiz bir oda ortasına yerleştirin.
- "Girmeyin" işareti görev oda kapı dışına yerleştirin.
- Görsel-uzamsal yardımlar için çevre duvarları iliştirin.
- Bir dijital video kamera labirent platformu üzerinde konumlandırın.
- İstenmeyen koku ipuçları kaldırmak için % 70 etanol ile labirent platform yüzeyi temizleyin.
- Odada küçük bir miktar koku bir işaret hizmet etmek için kaçış kutunun içindeki hayvanın eve kafes ekleyin.
-
Adaptasyon oturum
- Denemede habituated olmak için fare için sipariş başlayan önce görev Oda yaklaşık 30 dk her fare getir.
- Fare kendi kafesinden çıkarmak ve yavaşça kaçış kutusunda 1 dk. için hayvan yerleştirin.
-
Eğitim oturumu
Not: Eğitim oturumu için her fare üzerinde 4 gün üst üste tekrarlanır.- Yavaşça fare kaçış kutusundan çıkarın.
- Fare arena ortasına yerleştirin; o zaman, fareyi üzerine başlangıç odası yer.
- Başlangıç odası 10'dan sonra kaldırmak s ve fare arena 3 min için keşfetmek için izin verir.
- Sessizce bilgisayar alan ve tarih koymak ses geçirmeyen kulaklık için hareket.
- Beyaz gürültü yaklaşık 80 DB platformu düzeyinde oluşan olumsuz bir işitsel uyarıcı tetikler ve fare videoya başlar.
- Beyaz gürültü açmak ve fare çıkış kutusu girdiğinde videoya durdurmak. 1 dk. için kutusunda bozulmamış kalmak hayvan izin.
- Fare kaçış kutusundan çıkarın ve geri onun kafes yerleştirin.
- 3.4.2 3.4.7 aracılığıyla adımları yineleyin 4 x günde 3 dk aralıklarla tekrarlanan denemeler arasında.
Not: Tüm denemeler arasında herhangi bir idrar veya dışkı arena yüzeyden çıkarın ve labirent % 70 etanol ile temizleyin.
-
Sonda deneme oturum
- Son eğitim deneme 24 saat sonra kaldırmak kaçış kutusu labirent platformu ve 3.4.2 3.4.5 aracılığıyla arasındaki adımları yineleyin.
- 3 dakika sonra beyaz gürültü açmak ve videoya durdurmak. Fare labirent salondan çıkarın ve geri onun kafes yerleştirin.
- Bütün hayvanlar test ettikten sonra labirent platformu ve başlangıç odası temiz. Oda ışıkları kapatın ve kapıdan "Girmeyin" işareti kaldırın.
- Test oturumlarından video kayıtları daha ayrıntılı bir çözümleme için harici bir sabit disk için saklayın.
- Video izleme yazılım programı ve eğitim toplantıları sırasında 4 gün hedef delik bulmak için gecikme süresi ve zaman da dahil olmak üzere kaydedilen video dan ilgi parametreleri hedef çeyreğinde sonda deneme oturumu sırasında harcanan özü ayarlayın.
-
Aparatı
4. biyokimyasal değerlendirme
-
Hipokampüs seviyelerinde ATP
- Derinden her fare ketamin (vücut ağırlığının gram başına 100 mg) ve xylazine (vücut ağırlığının gram başına 10 mg) karışımı bir mayi enjeksiyon ile anestezi.
- Hayvan başını kesmek ve hızla beyin dokusu kafatasından kaldırın.
- Hippocampus teşrih ve buz gibi örnek arabelleği (kit tarafından sağlanan) doku doku homogenizer ile homojenize.
- Hemen homogenate 2.000 x g 4 ° C'de 3 dk de santrifüj kapasitesi
- Süpernatant temiz bir tüp aktarın.
- Spektrofotometrik kullanarak hipokampal ATP düzeylerini değerlendirmek daha önce11açıklandığı gibi yöntemi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
İstatistiksel analizler
Barnes eğitimler elde edilen verilerin istatistiksel analizi iki yönlü ANOVA tarafından analiz edildi; diğer davranışsal test ve analiz hipokampal ATP düzeylerinin gruplar arasında tek yönlü ANOVA, Tukey'nın öğleden hoc testi ile takip tarafından yapılmıştır. Tüm verileri ± standart sapma (SD) aracı olarak gösterilir lazer iletim verileri dışında ± standart hata ortalamaya (SEM), aracı olarak ifade edilir. Önem düzeyi p < 0,05 kuruldu.
Lazer ışık geçirgenliği
Lazer ışık (660 nm) iletim yoluyla kafatası artı kafa derisi doku (0,85 ± örnek kalınlığında 0.09 mm) lazer ışını bregma (Şekil 1) odaklı Yaşlı fareler %15.67 ± %0,87 zamandı. Kafa derisi yüzeyinde ilk akım 99,9 J/cm2 (6,66 [W/cm2] x 15 [s]) olduğu için bu ışık geçirgenliği üzerinde bağlı olarak, bu yaklaşık bir akım 16 J/cm2 kortikal yüzeyi ulaştığını tahmin edilebilir.
Yaşlı beyin dokusu, 1 mm dilim üzerinden lazer geçirgenliği %10.10 oldu ± %0,95 (Şekil 1). Bu değerler, bu hafif dozda 16 J/cm2 serebral korteks doku düzeyinde yaklaşık 1.6 J/cm2 1 mm derinlikte kortikal yüzeyinden azalma olduğunu tahmin.
Açık alan testi
Tüm deneysel grupları (Şekil 2) arasında açık alanlı testinde lokomotor aktivite hiçbir istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar vardı.
Barnes labirent görev
Kaçış gecikme süresi Barnes labirent görev sırasında eğitim ve deneysel grupları ile 4 gün boyunca analiz edildi, iki yönlü ANOVA gün (p < 0.001) ve grup (p < 0.001), önemli etkileri ortaya ama değil x gün (p grubu «««=) 0,47. Verileri çalışma bir analizini gecikme süresi kez yaşlı-denetim hayvanların o genç-kontrol grubu (p < 0,01) üçüncü ve dördüncü (p < 0.001) gün eğitim oturumu önemli ölçüde daha uzun olduğunu gösterdi. Ancak, gecikme süresi PBMT tedavi yaşlı farelerin üzerinde dördüncü gün (p < 0,05), (p < 0,01) yaşlı-kontrol fare ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha kısa edildi kez (Şekil 3). Sonda deneme oturumda yaşlı kumandalı fare önemli ölçüde kısa süreleri (p < 0,01) genç-kontrol fare ile karşılaştırıldığında hedef çeyreğinde geçen. Ancak, PBMT tedavi Yaşlı fareler harcanan önemli ölçüde uzun zamanlarda hedef çeyreği ile karşılaştırıldığında yaşlı kumandalı fare (p < 0,05) (Şekil 4).
Hipokampal ATP düzeyleri
Yaşlı kumandalı fare hipokampal ATP düzeyleri, Genç-kontrol fareler (p < 0,05) ile karşılaştırıldığında önemli bir azalma vardı. Ancak, yaşlı PBMT fareler hipokampus ortalama ATP içeriğinde önemli ölçüde daha fazla daha fazla yaşlı kumandalı fare (p < 0,05) olan (Şekil 5).
Resim 1 : Lazer ışık geçirgenliği verilerine kafatası artı kafa derisi ve beyin dokusu. Verileri ortalama ± SD SD ifade edilen standart sapma =. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 : Açık alan test lokomotor aktivite verileri Verileri ortalama ± SEM PBMT ifade edilen photobiomodulation terapisi; = SEM = ortalama, standart hata. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 : Eğitimler 4 gün boyunca fareler gruplar için gecikme süresi kaçış. Değerleri temsil eden ortalama ± SEM **p < 0,01 ve ***p < 0,001, Genç-kontrol fare ile karşılaştırıldığında. # p < 0,05, yaşlı-kontrol fare ile karşılaştırıldığında. PBMT = photobiomodulation terapi; SEM = ortalama, standart hata. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4 : Zaman yoklama oturumunda, farklı gruplar hedef çeyreği'nde geçirdi. Değerleri temsil eden ortalama ± SEM **p < 0,01, Genç-kontrol fare ile karşılaştırıldığında. # p < 0,05, yaşlı-kontrol fare ile karşılaştırıldığında. PBMT = photobiomodulation terapi; SEM = ortalama, standart hata. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5 : ATP İçindekiler hipokampus doku içinde. Değerleri temsil eden ortalama ± SEM *p < 0,05, Genç-kontrol fare ile karşılaştırıldığında. # p < 0,05, yaşlı-kontrol fare ile karşılaştırıldığında. PBMT = photobiomodulation terapi; SEM = ortalama, standart hata. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Biz farelerde Transkraniyal PBMT yordamı yürütmek için bir protokol tanımlamak. Bu iletişim kuralı özellikle kemirgenler üzerinde duruldu photobiomodulation araştırma yapmak neuroscience laboratuarları hedeflenmektedir. Ancak, bu iletişim kuralını Nörobilim alanında tavşan, kedi, köpek ya da maymun gibi sık kullanılan diğer Laboratuvar hayvanlarının adapte edilebilir.
Şu anda, Transkraniyal PBMT kırmızı/NIR lazerler ve LED ile soruşturma artan ilgi yoktur. Kemirgenler tüm tedavi yordamda gerçekleştirebilmesi için göz önünde bulundurulacak birkaç temel adım vardır.
İlk olarak, canlı hayvan herhangi bir tedavi sonuçlarının karşılaştırılması denemeden önce ışık penetrasyon tam olarak hayvan baş dokuları bir optimum foton dozu (J/cm2) yerine getirmeleri için ölçülür, önemlidir.
İkinci hangi beyin bölgelerine patoloji tarafından etkilenen ve tedavi için hedef bağlı olarak, çeşitli parametreler optimize, ışık penetrasyon en üst düzeye çıkarmak ve olumlu sonuçlar olasılığını artırmak gerekir. Bu ışınlama zamanı, tedavi aralığı, uygulamalı olma ve akım içerir. Örneğin, yaşlı hayvan modellerinde bu bölgeler yaşa bağlı patolojiler2' ye bağlı olduğundan yeterli radyasyon dozu beynin hipokampus ve frontal korteks sunmak önemlidir. Bir en uygun dozda hızı hedef dokulara PBMT başka bir önemli faktördür. Çoğu araştırmacı ışık geçirgenliği etkiler ama kez beyin hedef dokulara bifazik yanıtta akım (J/cm2) için hem de akım teslimat oranı için var olduğunu göz önünde bulundurun ihmal faktörler tartışmak. Başka bir deyişle, bir akım 1 dk teslim 1 J/cm2 yere 1 s17,18teslim 1 J/cm2 ' ye eşdeğer değildir.
Ayrıca Transkraniyal PBMT çalışmalar yürütmeden önce düşünülmesi gereken çeşitli ek faktörler vardır. Transkraniyal PBMT Rodents genellikle lazer kullanılarak uygulanan veya LED'ler probları hayvanın beyin boyutu için ölçekli sonda ucu boyutu ile. Rodents, orta güçte lazer uygulaması için (≤ 500 güç çıkışını ile mW) ışık enerjisi büyük bir miktarda kısa sürede teslim ve tedavi süresi ve tedavi ile ilgili stres azaltmak için hayvan. Sınıf 3B lazer PBMT doz aralıkları (≤20 J/cm2) önemli photothermal etkileri var mı, buz veya jel, gibi şeffaf bir optik madde ile kafa derisi yüzey soğutma Transkraniyal uygulama sırasında önerilir.
Bazı deneysel Transkraniyal PBMT çalışmalarda, fiber optik bir lazer veya LED sondası, ışınlama baş küçük bir özel alan için sağladığı avantajlar nedeniyle yerine kullanılır. İçin örnek, fokal iskemik inme, TBY ve PD modelleri, hasarlı bölgeyi doğru bir ışınlama garanti kapsamındadır. Ancak, bu tek bir oturumda teslim enerji toplam miktarını etkiler ve araştırmacıları azalmıştır alan için telafi etmek için birden fazla noktada yordamı yineleyin gerektirecektir optik lifler genellikle bir küçük ışın alanına sahiptir. En deneysel Transkraniyal PBMT çalışmalarda, ışınlama baş uyarı, unanesthetized hayvan yapılır. Hayvan istikrarı sağlamak için el ile kafa tutan ve kısıtlama cihazların kullanımı tavsiye edilir. İçinde el ile tutan yöntemi, aslında o hayvan aniden taşımak ve muhtemelen onun baş ışınlama bölgesi dışında hareketli, radyasyonlu ışık bir kısmı boşa nedeniyle. Ayrıca, her iki yöntem de hayvan için ekstra stres tetikleyebilir ve potansiyel bir karıştırıcı etken olabilir. Bazı durumlarda, ışınlama prosedürü imzalat hayvan gerçekleştirilir. Bu çok fazla anestezi nörolojik çalışmalar deneysel sonuçlar olumsuz etkileyebilir olması gerekmektedir. Bu nedenle, daha kısa bir ışınlama aralığı dikkatle bu tür deneyler düşünülmelidir.
Bu da çalışmanın, ilk kafatası aracılığıyla ışık iletimi şiddetindeydi artı kortikal yüzeyi ulaştı 660 nm lazer enerji miktarını belirlemek için fare derisi erkek BALB/c yaşlı. Sonuçları tıraşsız kafa derisi yüzeyinde ilk ışığın % 16 aracılığıyla beyne iletilmiş belirtti. Ultraviyole erkek BALB/c farelerde iletim verileri 670 nm lazer ışığı sadece %1,219olduğu gibi kafatası nüfuz başardı göstermiştir. Bu da yaklaşık yüzde 90'ını 670 nm LED ışık içinde fare kafatası20zayıflatılmış bildirilmiştir.
Kırmızı lazer kortikal doku düzeyinde etkili neurostimulatory doz bizim laboratuvar11' gerçekleştirilen bir önceki çalışmada doğrulandı. Biz gösterdi ki bir günlük kortikal dozda bir 8 J/cm2 lazer 660 nm bir fare modeli11yaşlanma procognitive etkileri vardır. Çalışmada tedavi bölümünde yaklaşık teslim etmek için 16 J/cm2 kortikal yüzeye biz lazer 15 için bırakmak için gerekli fareler tarafından tolere s. Mevcut çalışma, aynı zamanda hipokampus yüzeyde alınan ışık gücü ölçülürken. Deney sonuçlarına göre yaklaşık bir değer % 10 yaşında beyin, yaklaşık 1.6 hafif bir akım için karşılık gelen bir 1 mm dilim üzerinden geçirgenliği lazer gibi ölçüldü 1 mm kortikal yüzeyden derin ulaşan J/cm2 . Diğer çalışmalar BALB/c fare beyin kullanarak verileri 670 nm LED ışık şiddeti % 65 azalma beyin doku21her milimetre ortaya çıkardı. Bu da yaklaşık %2.5 670 nm LED ışık 5 mm, kafatası yüzeyine olan uzaklığı gözlemliyorum nigra compacta (SNc) alan22beyin dokusunun derinlemesine ulaşır gösterilmiştir.
Hipokampüs kayma bellek23konsolidasyona Kardinal bir rol oynar. Aslında, hipokampal bioenergetics kapasite Mekansal kullan bellek ve öğrenme ile ilişkilidir. Burada sunulan bulgular yaklaşık 1.6 J/cm2 hipokampus düzeyinde hafif bir doz bir gelişme mekansal hafıza sonuçların yaşlı farelerde üretmek için yeterli olabilir öneririz. Bir donanım bellek performansı bilişsel-davranışsal görev (Barnes labirent) belirli bir dalga boyu 660, kırmızı bir lazer tarafından indüklenen gibi görünüyor hipokampal enerji metabolizmasının bir gelişme nedeniyle olabilir tertibatın nm.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
P.C.'ın maaş beyin ve davranış Araştırmaları Vakfı (NARSAD genç araştırmacı Ödülü) tarafından Harvard psikiyatri bölümü (Dupont-Warren Bursu ve Livingston Ödülleri), tarafından desteklenen ve Photothera A.ş. tarafından grant sınırsız. Uyuşturucu Bağışı TEVA geldi. Seyahat geri ödeme Pharmacia-Upjohn geldi. P.C. istişare ücretleri Janssen araştırma ve geliştirme aldı. P.C. psikiyatri yakın kızılötesi ışık kullanımı ile ilgili birkaç patent. PhotoMedex, Inc. tarafından sağlanan bir klinik çalışma için dört aygıt. P.C. Litecure Inc. Transkraniyal photobiomodulation büyük depresif bozuklukların tedavisi için bir çalışma yapmak için ve sağlıklı konularda çalışma yapmak için sınırsız fon aldı. P.C. yakın kızılötesi ışık dayalı tedavi yeni yöntemleri geliştirme odaklı bir şirket (Niraxx ışık Therapeutics) cofounded; o da aynı şirkette bir danışmandır. P.C. Transkraniyal photobiomodulation yaygın anksiyete bozukluğu için üzerinde bir çalışma yapmak için beyin Bilimler fon aldı. Diğer yazarlar hiçbir ifşa etmek çıkar çatışması var.
Acknowledgments
Bu eser S.S.-E. için (No 61019 vermek) Tebriz Üniversitesi Tıp Bilimleri bir grant tarafından desteklenen ve LiteCure LLC, Newark, DE, Amerika L.D.T. için bir yayın hibe Yazarlar immünoloji bölümü ve eğitim Geliştirme Merkezi (EDC) Tebriz Üniversitesi Tıbbi Bilimler kendi tür yardım için teşekkür etmek istiyorum.
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).
