Yöntem makalesi

Yakın Kızılötesi (NIR) Işık Fare Vestibüler Duyu Epitelinin Mitokondriyal Fonksiyonun bir Marker Anlatım artırır

DOI:

10.3791/52265

⸱

14 Mart 2015

 ,  ,  , 
1Discipline of Physiology, University of Sydney, 2Discipline of Biomedical Science, University of Sydney

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mitokondriyal disfonksiyon hücresel yaşlanma bir özelliğidir. Bu kağıt yaşlanma fare vestibüler duyu epitel mitokondriyal fonksiyon geliştirmek için non-invaziv yakın kızılötesi (NIR) tedavi kullanır.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Artan yaş ile denge fonksiyonu düşüş zayıflatmaya yönelik stratejiler denge görevleri ve egzersiz gibi fiziksel tedaviler ağırlıklı odaklanmış bulunmaktadır. Ancak, bu yaklaşım denge düşüş yatan nedenleri ele yoktur. Fareler kullanarak, vestibüler duyu epitel hücrelerin metabolizması üzerine yakın kızılötesi ışığın etkisi (NUR) değerlendirildi. Toplanan veriler bu basit ve güvenli bir müdahale doğal yaşlanma zararlı etkilerinden bu hassas hücreleri koruyan olabileceğini göstermektedir. mRNA izole vestibüler duyusal epiteli (krista ampullaris ve utricular makula) elde edilir ve daha sonra, bir cDNA kitaplığında transkribe edilmiştir. Bu kütüphane, daha sonra her yerde antioksidan (SOD-1) ifadesi için problanmıştır. Antioksidan gen ifadesi hücre metabolizmasını ölçmek için kullanıldı. Genç Nir ve transkranial teslim (4 hafta) ve üzeri kullanma - 5 d (8 9 ay) fareler ve kısa bir tedavi rejimi (90 sn / günays), bu çalışma vestibüler duyusal epitel mitokondriyal fonksiyonu geliştirmek için yeterli olabilir ve yalnız NIR göstermektedir. Vestibüler saç hücre fonksiyonunu artırmak için tedavinin hiçbir mevcut, uygun fiyatlı, non-invaziv yöntemler şu anda olduğundan, dış NIR radyasyon uygulaması vestibüler duyu epiteli inthe hücresel metabolizma üzerinde yaşlanma etkilerini ortadan kaldırmak için potansiyel bir strateji sağlar.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Denge performansını Azalan ve sonraki düşüşler yaygındır ve doğal yaşlanma 1 maalesef sıklıkla tanımlayan özellikler. Bu düşüşün etkisi fiziksel hem de sosyal olmak, ve önemli ölçüde yaşlı insanlar için yaşam kalitesini düşürür yapabilirsiniz. Buna karşılık, fizik tedaviler ve rehabilitasyon düşme içine araştırma odağı olmuştur ama tekrarlanan düşme yaygınlığı tutarlı azalma ile ilişkili değil. Aynı zamanda, iş periferik veya santral vestibüler sistemi (dengesini korumak için sorumlu sistem) kıt olduğu ve bu sistemleri hedefleyen potansiyel tedavi stratejileri değişiklik ve sınırlı dengesizliğin altında yatan nedenleri araştırmak.

Yaşla ilgili maküler dejenerasyon, 2-4, Alzheimer hastalığı modelleri 5-8, ve Parkinson hastalığı dahil olmak üzere, 9-12 yaş ile ilişkili nörodejeneratif hastalıkların üzerine yapılan son çalışmalar si nöro-koruyucu etkiler göstermiştiryakın kızılötesi (NIR) ışık mple non-invaziv bir uygulama. Bundan başka, denge sisteminin, NIR in vitro 13 vestibüler birincil aferent nöronların etkinliğini geliştirmek için kullanılmıştır. Nir ışık mekanizması iyi anlaşılamamakla birlikte, Nir kullanarak çalışmaların çoğu Nir hücresel metabolizmayı kolaylaştırmak için mitokondri karmaşık IV (sitokrom-c oksidaz) 14-17 uyardığını ileri sürmüşlerdir. Vestibüler duyu epitel tip I saç hücrelerinin subkutiküler plaka mitokondri 18 yoğun olduğu ve gibi terapötik Nir tedavisi için bir eylem siteyi temsil edebilir.

Burada, transcranially kısa bir invazif olmayan bir tedavi rejimi hücresel metabolizmayı ölçmek için kullanılabilir (ve dolaylı mitokondriyal fonksiyonu olarak), fare vestibüler duyusal epitel anlatılan NIR uygulanır. Ayrıca ele alınan vestibüler duyusal epitel bir preparattır ve NIR bir ubiquito ekspresyonunu arttırdığı gösterilmiştirBize Anti-oksidanın, duyusal epitel (süperoksit dismutaz 1) - daha önce koklea saç hücre hayatta kalma 19 için önemli olduğu gösterilmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Etik Beyanı: Aşağıda belirtilen tüm işlemler Sydney Hayvan Etik Kurulu Üniversitesi tarafından onaylanmıştır.

1. Hayvanlar

NOT: 1 ve 8 - 9 aylık fareler (C57 / BL6) Hayvan Kaynakları Merkezi (Perth, Avustralya) elde edilmiştir. Fareler Sydney Üniversitesi'nde Bosch Kemirgen Tesisinde yerleştirildiler.

  1. Gıda ve su ad libitum erişimi olan bir 12/12 saat ışık / karanlık döngüsünde standart fare kafesleri Ev fareleri.
  2. Yakın kızılötesi her bir yaş grubunda Böl fareler (NUR) tedavi, ya da sahte karşılaştırma için (kontrol) gruplar muamele.

2. yakın kızılötesi (NIR) Işınlama ve Sham Tedavisi

  1. Tedavi rejiminin tamamlanmasından önce saç hızlı yeniden büyümesini önlemeye mümkün olduğunca yakından bir elektrikli ustura ile fare baş ve boyun bölgesinde kürk Tıraş. Farelerin patojensiz durumunu muhafaza etmek için,% 70 etanol kullanımıtıraş hayvanlar ve ayrı kafeslere gelen hayvanlar arasındaki F10 veteriner dezenfektan arasındaki aletleri temizlemek için. Hayvanlar üzerinde saplı değildir bu yüzden tedaviye başlamadan 3 gün önce - bu 2 yapın.
  2. Kuyruk proksimal ucunu tutarak fare dizginlemek ve yanlış sonuçlara yol açabilir stresi en aza indirecek şekilde o bir el ya da tezgah üstünde avuç içinde dinlenmek için izin verir.
  3. LED Nir (670 nm) (ışık yayan diyot) 1 Cihazı tutun - 2 cm uzakta maruz (traş) alan ve 90 saniye (Şekil 1A) için cihazı açın.
    NOT: 90 saniye maruz kalmanın bir sonucu olarak sıcaklık değişimi, 100 ml su içinde 0.2 ° C
  4. Hayvanların sahte tedavi grubu için 2.3 ancak aygıt kapalı (Şekil 1B) bırakın - Tekrar 2.2 adımları.
  5. Hayvanların Nir-bloke tedavi grubu için 2.3 ama alüminyum folyo ile cihazı kapak - yineleyin 2.2 adımları.
  6. Approximat günlük 2.5 - 2.2 tekrarlayın adımlarıbirbirini takip eden 5 gün süre ile 24 saat aralıklarla, e.
  7. Beşinci gün tedavi sonrası her iki kulaklarından vestibüler duyu epitel (3 krista ve 1 utricular makülayı) Extract (aşağıdaki Bölüm 3'e bakın).

3. Doku Ekstraksiyon 20

  1. 26 NaHCO 3, 11 glukoz, 250 gliserol, 2.5 KCl, 1.2 NaH 2 PO 4, 1.2 MgCl2, ve 2.5 CaCl2 (mM olarak) oluşan, bir gliserol bazlı yapay serebrospinal akışkan (ACSF) 300 ml hazırlayın. CaCI2 ilave edilmeden önce, 7.4 bir pH değeri ve kalsiyum çökelmesi (bulanıklık) önlemek için karbojen (% 95 O2 ve% 5 CO2) ile çözelti gaz. Bir buz bulamaç oluşturulur, böylece, 45 dakika için -80 ° C dondurucu içinde bir çözüm soğutun.
  2. Etiketli vida üst mikrotüplerde RNA izolasyonu lizis tamponu hazırlayın (kapak haşhaş durduğunda donma ve sıvı azot içinde çözülme arasındaki boru basınç değişiklikleri) göreüretici veya olağan laboratuar uygulamalarının talimatlarına. Bir alüminyum Dewar şişede sıvı azot hazır bulundurun.
    NOT: Sıvı azot kullanırken koruyucu kıyafet ve Eyeware kullanın. Doğal gaz formunda hacmi yaklaşık olarak sıvı halde 700 katıdır ve boğulmaya neden olabilir gibi sıvı nitrojen iyi havalandırılmış bir odada kullanılan emin olun.
  3. Derin bir intra-peritonal enjeksiyon yoluyla ketamin (400 mg / kg) ile fareler uyuşturan. Arka-bacak refleks tamamen fareler tamamen anestezi olduğu göstergesi olarak düşmesi.
  4. Keskin paslanmaz çelik makas ile fareler başını kesmek ve bir jilet kullanarak kafatasının sagital cilt boyunca bir kesi yapmak (# 22 yuvarlanmış). Bu noktada ve genelinde 3.5 adımları - 3.9, doku üzerinde buz soğuk ACSF düzenli uygulanması ile mümkün olduğunca serin kafatası tonoz, beyin, ve altta yatan vestibüler aparat tutun.
  5. Bir hızlı s yapmak standart desen makas sivri kolunu kullanmal lambda kafatası insizyon ve sagital sütür boyunca kesilir.
  6. Yavaşça beyin sürükleyerek olmadan kemik alt yüzeyine mümkün olduğunca yakın bıçak tutarak parietal kemikte altında sığ rongeurs bir kolunu kaydırın. Güvenli ve beyin maruz kadar posteriora yanal parietal kemik ve oksipital kemik uzak çekin.
  7. Bir küçük paslanmaz çelik spatula kullanın ve vestibülokohlear sinir (CN VIII) maruz uzakta anterior ve orta kranial fossa beyni kaldırın. Doğrudan vestibüler saç hücrelerini innerve primer afferent aksonlar gereksiz gerilimi önlemek için sinir transect.
  8. CN VIII kesisi sonrasında toto beyin çıkarın.
  9. Koklea ve orta kranial fossada periferik vestibüler organları içeren kemik labirent gözlemleyin. Her kemik labirent yanında iki küçük kesiler yapmak ve ön semisirküler kanal tutan ve daha sonra çekerek tüm yapıyı tüketimmüttefik.
  10. Hemen sürekli karbojen ile perfüze ise (aşama 3.1'de tarif edildiği gibi), buz soğukluğunda ACSF çözeltisini ihtiva eden bir kesme çanak kesilerek çıkarılmış labirentler bırakın.
  11. Steromikroskopla, koklea ile labirenti basılı tutun ve forseps ile çanak altına sabitleyin.
    1. Ön semisirküler kanal (SSC) ampulla üstünde kemik küçük bir açıklık kazımak için düz ince forseps kullanın.
    2. Yavaşça hemen kemik altına ulaşan ve dışa uzak ampulla gelen iterek bu açılış büyütmek. Ağzına forseps itin ve aşağıda kırılgan membranöz labirent zarar değil burada dikkatli. Kesecik, ön ve yan ampülleri tüm maruz kadar bu şekilde devam ediniz. Mümkünse de arka ampulla çıkarın.
  12. Ince forseps kullanarak, hafifçe kaldırın ve kırbacık tamamen müstakil kadar kemik labirent uzak ampülleri. Mümkünse, onları tutmakilişkili semisirküler kanallar tarafından duyusal epitel zarar vermemek için. Bazı durumlarda, yarım daire membranöz kanalın proksimal kısmı kemikten ampülleri serbest bırakmak için iris makas ile kesilebilir gerekebilir.
  13. Güvenli adımda 3.2 önceki hazırlanan lizis tamponu içine forseps ucu ile yer arasındaki vestibüler organları kavramak. Yavaşça vestibüler organları forseps kopuk emin olmak için tampon etrafında forseps girdap. Bu stereomicroscope altında forseps getirerek durumda kontrol edin.
    1. Mikrotübül kapağındaki vida ve hemen sıvı nitrojen içinde örnek dondurma.

4. RNA Ekstraksiyonu ve RT-PCR

  1. Üreticinin talimatlarına veya tercih edilen laboratuvar protokollerine göre mesajcı RNA (mRNA) ekstre standart yöntemleri takip edin.
    NOT: mRNA küçük verim yalıtmak için taşıyıcı RNA'lar kullanılan bir ticari kit bu kullanıldıprotokol. Alt elüsyon hacimleri mRNA nihai konsantrasyonlarını arttırmak için kullanılabilir.
    NOT: Negatif "hayır enzim" denetimleri (UEM) ve "hayır DNA şablonu" denetimleri (NTSC) da gözlenen etkilerin geçerliliğini sağlamak için tamamlanması gereken.
  2. Hedef genlerin 21-23 tamamlayıcı DNA (cDNA) ve büyütme için mRNA'nın ters transkripsiyon standart yöntemler uygulanır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Genç NIR tedavi etkisini (4 hafta) ve daha büyük karşılaştırılması - fareler (8 9 ay) (n = 20) (n = 16), genç antioksidan süperoksit dismutaz 1 (SOD-1) ifadesini ölçülür ve eski plasebo ile tedavi edilmiş, NIR-muamele ya da NIR-bloke fareler. Şekil 2, genç plasebo ile tedavi edilen hayvanlara kıyasla NIR tedavi genç hayvanlarda en fazla 2 misli β-aktin normalize SOD-1 ekspresyonunda önemli bir artış olduğunu göstermektedir (p <0.01) ve genç Nir-bloke hayvanlar (p <0.01). Eski NIR ile tedavi edilen...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada açıklanan temsili sonuçlar NIR ışık kısa transkraniyal dağıtım (5 gün boyunca 90 sn / gün) plasebo ile tedavi edilen fareler ile karşılaştırıldığında, daha yaşlı farelerin antioksidan ifade seviyelerini yükseltmek için yeterli olduğunu göstermektedir. Nir yaydığı ısı bizim ölçüm cihazı <0,2 ° C 90 sn bitmişti LED ve gibi neden düşüktür - yayılan ısı mitokondriyal ve / veya nöronal aktivasyon kaynağı temsil edebilir ederken, sıçan vestibüler için bildirilen 24 afferentler değişiklikler burada tarif. ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarlarını var beyan.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar mRNA çıkarma ve PCR ile yardım için Dr. Paul Witting ve Bayan Genevieve Fong kabul etmek isteyen, ve destek için Garnett Passe ve Rodney Williams Memorial Vakfı.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Quantum WARP 10Quantum Cihazları2070N030-A
Vidalı mikrotübüllerKalite Bilimsel Plastikler520-GRD-Q
KetaminParnell, İskenderiye Avustralya
Standart desen makasFST14001-12
Karbon çeliği cerrahi bıçaklar # 22LivingstoneSBLDCL 22
Friedman-Pearson rongeursFST16221-14
Stereo mikroskopLeica MicrosystemsA60S
Dumont # 5 SF forsepsFST11252-00
İzole II RNA Mikro KitiBiolineBIO-52075

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Agrawal, Y., Carey, J. P., Della Santina,, C, C., Schubert, M. C., Minor, L. B. Disorders of balance and vestibular function in US adults: data from the National Health and Nutrition Examination Survey, 2001-2004. Archives of internal medicine. 169, 938-944 (2009).
  2. Bessho, K., et al. Effect of subthreshold infrared laser treatment for drusen regression on macular autofluorescence in patients with age-related macular degeneration. Retina. 25, 981-988 (2005).
  3. Olk, R. J., et al. Therapeutic benefits of infrared (810-nm) diode laser macular grid photocoagulation in prophylactic treatment of nonexudative age-related macular degeneration: two-year results of a randomized pilot study. Ophthalmology. 106, 2082-2090 (1999).
  4. Rodanant, N., et al. Predictors of drusen reduction after subthreshold infrared (810 nm) diode laser macular grid photocoagulation for nonexudative age-related macular degeneration. American journal of ophthalmology. 134, 577-585 (2002).
  5. De Taboada, L., et al. Transcranial laser therapy attenuates amyloid-beta peptide neuropathology in amyloid-beta protein precursor transgenic mice. Journal of Alzheimer's disease : JAD. 23, 521-535 (2011).
  6. Grillo, S. L., Duggett, N. A., Ennaceur, A., Chazot, P. L. Non-invasive infra-red therapy (1072 nm) reduces beta-amyloid protein levels in the brain of an Alzheimer's disease mouse model. TASTPM. Journal of photochemistry and photobiology. B, Biology. 123, 13-22 (2013).
  7. Purushothuman, S., Johnstone, D. M., Nandasena, C., Mitrofanis, J., Stone, J. Photobiomodulation with near infrared light mitigates Alzheimer's disease-related pathology in cerebral cortex - evidence from two transgenic mouse models. Alzheimer's researc., & therapy. 6, 2(2014).
  8. Sommer, A. P., et al. 670 nm laser light and EGCG complementarily reduce amyloid-beta aggregates in human neuroblastoma cells: basis for treatment of Alzheimer's disease. Photomedicine and laser surgery. 30, 54-60 (2012).
  9. Moro, C., et al. Photobiomodulation preserves behaviour and midbrain dopaminergic cells from MPTP toxicity: evidence from two mouse strains. BMC neuroscience. 14, 40(2013).
  10. Peoples, C., et al. Photobiomodulation enhances nigral dopaminergic cell survival in a chronic MPTP mouse model of Parkinson's disease. Parkinsonis., & related. 18, 469-476 (2012).
  11. Shaw, V. E., et al. Neuroprotection of midbrain dopaminergic cells in MPTP-treated mice after near-infrared light treatment. The Journal of comparative neurology. 518, 25-40 (2010).
  12. Ying, R., Liang, H. L., Whelan, H. T., Eells, J. T., Wong-Riley, M. T. Pretreatment with near-infrared light via light-emitting diode provides added benefit against rotenone- and MPP+-induced neurotoxicity. Brain research. 1243, 167-173 (2008).
  13. Rajguru, S. M., et al. Infrared photostimulation of the crista ampullaris. The Journal of physiology. 589, 1283-1294 (2011).
  14. Chung, H., et al. The nuts and bolts of low-level laser (light) therapy. Annals of biomedical engineering. 40, 516-533 (2012).
  15. Desmet, K. D., et al. Clinical and experimental applications of NIR-LED photobiomodulation. Photomedicine and laser surgery. 24, 121-128 (2006).
  16. Huang, Y. Y., Chen, A. C., Carroll, J. D., Hamblin, M. R. Biphasic dose response in low level light therapy. Dose-response : a publication of International Hormesis Society. 7, 358-383 (2009).
  17. Rojas, J. C., Gonzalez-Lima, F. Low-level light therapy of the eye and brain. Eye and brain. 3, 49-67 (2011).
  18. Vranceanu, F., et al. Striated organelle, a cytoskeletal structure positioned to modulate hair-cell transduction. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 4473-4478 (2012).
  19. Johnson, K. R., et al. Separate and combined effects of Sod1 and Cdh23 mutations on age-related hearing loss and cochlear pathology in C57BL/6J mice. Hearing research. 268, 85-92 (2010).
  20. Tung, V. W., Di Marco, S., Lim, R., Brichta, A. M., Camp, A. J. An isolated semi-intact preparation of the mouse vestibular sensory epithelium for electrophysiology and high-resolution two-photon microscopy. Journal of visualized experiments : JoVE. , e50471(2013).
  21. Kirby, J., Menzies, F. M., Cookson, M. R., Bushby, K., Shaw, P. J. Differential gene expression in a cell culture model of SOD1-related familial motor neurone disease. Human molecular genetics. 11, 2061-2075 (2002).
  22. Parry, S. N., Ellis, N., Li, Z., Maitz, P., Witting, P. K. Myoglobin induces oxidative stress and decreases endocytosis and monolayer permissiveness in cultured kidney epithelial cells without affecting viability. Kidney and Blood Pressure Research. 31, 16-28 (2008).
  23. Saee-Rad, S., et al. Analysis of superoxide dismutase 1, dual-specificity phosphatase 1, and transforming growth factor, beta 1 genes expression in keratoconic and non-keratoconic corneas. Molecular vision. 19, 2501-2507 (2013).
  24. Albert, E. S., et al. TRPV4 channels mediate the infrared laser-evoked response in sensory neurons. Journal of neurophysiology. 107, 3227-3234 (2012).
  25. Moro, C., et al. Photobiomodulation inside the brain: a novel method of applying near-infrared light intracranially and its impact on dopaminergic cell survival in MPTP-treated mice. Journal of neuroscience. 120, 670-683 (2014).
  26. Moreno, L. E., et al. Infrared neural stimulation: beam path in the guinea pig cochlea. Hearing research. 282, 289-302 (2011).
  27. Curthoys, I. S. A red thread as a guide in the vestibular labyrinth. The Journal of physiology. 589, 1241-1241 (2011).
  28. Chakrabarti, S., et al. Mitochondrial Dysfunction during Brain Aging: Role of Oxidative Stress and Modulation by Antioxidant Supplementation. Aging and disease. 2, 242-256 (2011).
  29. Petrosillo, G., De Benedictis, V., Ruggiero, F. M., Paradies, G. Decline in cytochrome c oxidase activity in rat-brain mitochondria with aging. Role of peroxidized cardiolipin and beneficial effect of melatonin. Journal of bioenergetics and biomembranes. 45, 431-440 (2013).
  30. Zhu, H., Sun, A., Zou, Y., Ge, J. Inducible metabolic adaptation promotes mesenchymal stem cell therapy for ischemia: a hypoxia-induced and glycogen-based energy prestorage strategy. Arteriosclerosis, thrombosis, and vascular biology. 34, 870-876 (2014).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Yak n K z l tesi I kSOD 1 EkspresyonuTranskraniyal UygulamaFare Vestib ler SistemiAntioksidan Gen AnaliziDensitometrik l mDoku Diseksiyon ProtokolSerebrospinal S v

İlgili makaleler