بروتوكول للعلاج Photobiomodulation Transcranial في الفئران
Summary
العلاج فوتوبيومودوليشن هو طريقة noninvasive مبتكرة لمعالجة طائفة واسعة من الاضطرابات العصبية والنفسية، ويمكن أيضا تحسين وظيفة المخ السليمة. ويشمل هذا البروتوكول دليل خطوة بخطوة لأداء فوتوبيومودوليشن الدماغ في الفئران بتسليم transcranial الخفيفة، التي يمكن تكييفها للاستخدام في قوارض المختبرات الأخرى.
Abstract
Transcranial photobiomodulation نهج علاجي موسع مبتكرة محتملة لتحسين الاستقلاب الدماغ، وظيفة المخ في طائفة واسعة من الاضطرابات العصبية والنفسية، وتعزيز الذاكرة في انخفاض المعرفية المتعلقة بالسن وأمراض الأعصاب. يمكننا وصف بروتوكول مختبر للعلاج photobiomodulation transcranial (ببمت) في الفئران. العمر بالب/ج الفئران (18 شهرا) تعامل مع 660 نانومتر ليزر ترانسكرانيالي، مرة واحدة يوميا لمدة أسبوعين. وتبين البيانات منافذه الليزر أن حوالي 1% الضوء الأحمر الحادث في فروة الرأس تصل إلى عمق 1 مم من سطح القشرية، اختراق الحصين الظهرية. يتم تقييم نتائج العلاج بطريقتين: بارنز المتاهة الاختبار الذي تقييم مهمة الحصين-تعتمد على التعلم والذاكرة مكانية، وقياس مستويات ATP هيبوكامبال، الذي يستخدم كمؤشر الاستقلاب. إظهار النتائج من مهمة بارنز تعزيزا للذاكرة المكانية في الفئران الذين تتراوح أعمارهم بين المعالجة بالليزر بالمقارنة مع العمر مطابقة عناصر التحكم. تحليل الكيمياء الحيوية بعد العلاج بالليزر يشير إلى زيادة هيبوكامبال ATP. نحن مسلمة أن تحسين أداء الذاكرة يحتمل أن تكون نتيجة لحدوث تحسن في التمثيل الغذائي هيبوكامبال الطاقة الناجمة عن العلاج بالليزر الأحمر. ويمكن تمديد الملاحظات في الفئران إلى نماذج حيوانية أخرى منذ هذا البروتوكول يمكن أن يحتمل أن يمكن تكييفه مع الأنواع الأخرى المستخدمة بكثرة في علم الأعصاب متعدية الجنسيات، مثل الأرنب أو القط أو الكلب أو القرد. فوتوبيومودوليشن Transcranial هو طريقة آمنة وفعالة من حيث التكلفة التي قد يكون نهج علاجية واعدة في الإعاقة المعرفية المتعلقة بالسن.
Introduction
ببمت، أو العلاج بالليزر منخفض المستوى الضوء (للت)، هو مصطلح عام يشير إلى الأساليب العلاجية استناداً إلى تحفيز الأنسجة البيولوجية بالطاقة الضوئية من أشعة الليزر أو الضوء – ينبعث الثنائيات (LEDs). يتم تطبيق تقريبا جميع ببمت العلاج مع الأحمر بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (الجرد) الضوء عند أطوال موجية من 600 إلى 1100 نانومتر، إنتاج طاقة تتراوح من 1 إلى 500 ميغاواط، وفلوينس تتراوح 20 ي/سم2 (انظر تشونغ et al.1).
ببمت Transcranial هو أسلوب تسليم خفيفة موسع يجري تشعيع الرأس باستخدام مصدر ضوء خارجي (الليزر أو المصابيح)2. للتطبيقات الحيوانية، ويتضمن هذا الأسلوب الاتصال أو التنسيب noncontact المسبار الصمام أو ليزر على رأس الحيوان. تبعاً لمنطقة الفائدة العلاجية، يمكن وضع مجس ضوء أما على الرأس كله (لتغطي جميع مجالات الدماغ) أو على جزء محدد من الرأس، مثل منطقة بريفرونتال أو أمامي أو الجدارية. نقل جزئي للضوء الأحمر/الجرد عن طريق فروة الرأس، الجمجمة، والأم الجافية يمكن أن تصل إلى مستوى السطح القشرية وتوفير كمية من الطاقة فوتون كافية لإنتاج الفوائد العلاجية. في وقت لاحق، أن نشر فلوينس الخفيفة تم تسليمها على مستوى القشرية في المسألة الدماغ الأبيض والرمادي حتى تصل إلى أعمق هياكل الدماغ3.
الضوء في النطاقات الطيفية في الأحمر لمنطقة استعملنا (600-680 nm) ونير المبكر (800 870 nm) يناظر طيف امتصاص الفسفرة التأكسدية، الإنزيم الطرفي من سلسلة التنفس المتقدرية4. هو الافتراض بأن ببمت في الطيف الأحمر/الجرد يسبب فوتوديسوسييشن أكسيد النيتريك (لا) من الفسفرة التأكسدية، أدى إلى زيادات في الميتوكوندريا الإلكترون النقل، وفي نهاية المطاف، زيادة توليد ATP5. فيما يتعلق بتطبيقات الخلايا العصبية، نيوروستيمولاتوري الفوائد المحتملة للدماغ ببمت استخدام التشعيع transcranial أبلغ الأساليب في مجموعة متنوعة من الدراسات السريرية، بما في ذلك نماذج القوارض من الدماغ إصابة (تبي)6، السكتة الدماغية الحادة7ومرض الزهايمر (AD)8، ومرض باركنسون (PD)9، والاكتئاب10، والشيخوخة11.
وتعتبر الشيخوخة الدماغ شرط العصبية التي تؤثر تأثيراً سلبيا على بعض الوظائف المعرفية، مثل التعلم والذاكرة12. الميتوكوندريا هي العضيات الرئيسية المسؤولة عن إنتاج ATP والاستقلاب العصبية. ومن المعروف خلل mitochondrial مرتبطة بالعجز المرتبطة بالسن في مناطق الدماغ التي ترتبط بالذاكرة التنقل المكاني، مثل الحصين13. لأن العلاج الجمجمة مع الأحمر/الجرد الضوء أساسا من الأفعال بتحوير الاستقلاب المتقدرية، يمكن أن يؤدي كافية الجرعة الخفيفة تم تسليمها إلى الحصين في تحسين الذاكرة المكانية نتائج14.
وهدف البروتوكول الحالي إظهار الإجراء ببمت transcranial في الفئران، باستخدام مستويات منخفضة من الضوء الأحمر. ويرد وصف القياسات نقل الضوء الليزر المطلوبة من خلال أنسجة الرأس من الفئران الذين تتراوح أعمارهم بين. بالإضافة إلى ذلك، المتاهة بارنز، كتعلم تعتمد على الحصين مكانية والذاكرة المهمة، ومستويات ATP هيبوكامبال، كمؤشر الاستقلاب، وتستخدم لتقييم تأثير العلاج في الحيوانات.
Protocol
Representative Results
Discussion
يمكننا وصف بروتوكول للقيام بإجراء ببمت transcranial في الفئران. هذا البروتوكول هو موجهة خصيصا لمختبرات علم الأعصاب تؤدي البحوث فوتوبيومودوليشن التي ركزت على القوارض. ومع ذلك، يمكن تكييفها هذا البروتوكول للحيوانات المختبرية الأخرى التي تستخدم بشكل متكرر في مجال علم الأعصاب، مثل الأرنب أو القط…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يؤيد هذا العمل بمنحه من تبريز جامعة للعلوم الطبية (منح رقم 61019) إلى س. س.-هاء ومنحة منشور من ليتيكوري LLC، نيوآرك، دي، الولايات المتحدة الأمريكية إلى L.D.T. الكتاب يود أن يشكر إدارة علم المناعة ومركز تطوير التعليم (EDC) من تبريز جامعة للعلوم الطبية على مساعدتهم الطيبة.
Materials
| 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).
