En pilotundersøgelse af den gentagne transkranielle magnetiske stimulering af Aβ- og Tau-niveauer i Rhesus Monkey CerebrospinalVæske

Summary

Her beskriver vi proceduren for en pilotundersøgelse for at undersøge effekten af gentagen transkraniel magnetisk stimulering med forskellige frekvenser (1 Hz / 20 Hz / 40 Hz) på Aβ og tau metabolisme i rhesus abe cerebrospinalvæske.

Abstract

Tidligere undersøgelser har vist, at et ikke-invasivt lysflimrende regime og auditiv tonestimulering kan påvirke Aβ- og tau-stofskiftet i hjernen. Som en ikke-invasiv teknik er gentagen transkraniel magnetisk stimulering (rTMS) blevet anvendt til behandling af neurodegenerative lidelser. Denne undersøgelse undersøgte virkningerne af rTMS på Aβ- og tau-niveauer i rhesus abe cerebrospinalvæske (CSF). Dette er en enkeltblind, selvkontrolleret undersøgelse. Tre forskellige frekvenser (lavfrekvent, 1 Hz; høje frekvenser, 20 Hz og 40 Hz) af rTMS blev brugt til at stimulere rhesusabens bilaterale-dorsolaterale præfrontale cortex (DLPFC). En kateteriseringsmetode blev brugt til at indsamle CSF. Alle prøver blev udsat for væskechipdetektion for at analysere CSF-biomarkører (_Aβ42, _Aβ42 / _Aβ40, tTau, pTau). CSF-biomarkørniveauerne ændrede sig med tiden efter stimulering med rTMS. Efter stimulering viste _{Aβ42-niveauet} i CSF en opadgående tendens ved alle frekvenser (1 Hz, 20 Hz og 40 Hz) med større forskelle for højfrekvenserne (p < 0,05) end for den lave frekvens.

Efter højfrekvent rTMS steg det samlede Tau-niveau (tTau) af CSF straks ved post-rTMS-tidspunktet (p < 0,05) og faldt gradvist med 24 timer. Desuden viste resultaterne, at niveauet af fosforyleret Tau (pTau) steg umiddelbart efter 40 Hz rTMS (p < 0,05). Forholdet mellem _Aβ42/_Aβ40 viste en opadgående tendens ved 1 Hz og 20 Hz (p < 0,05). Der var ingen signifikant forskel i tau-niveauerne med lavfrekvent (1 Hz) stimulering. Således kan højfrekvenser (20 Hz og 40 Hz) af rTMS have positive virkninger på Aβ- og tau-niveauer i rhesus monkey CSF, mens lavfrekvent (1 Hz) rTMS kun kan påvirke Aβ-niveauer.

Introduction

Amyloid-β (Aβ) og tau er vigtige CSF-biomarkører. Aβ består af 42 aminosyrer (_Aβ1-42), som er produktet af transmembran amyloid precursor protein (APP) hydrolyseret af β- og γ-sekretaser1. _Aβ1-42 kan aggregeres til ekstracellulære amyloidplaques i hjernen på grund af dets opløselighedsegenskaber1,2. Tau er et mikrotubuli-associeret protein, der hovedsageligt er til stede i axoner og er involveret i anterograd aksonal ^transport3. Unormal tau hyperphosphorylering induceres hovedsageligt af ubalancen mellem kinaser og fosfataser, hvilket resulterer i løsrivelse af tau fra mikrotubuli og dannelsen af neurofibrillære tangles (NFT)¹. Koncentrationen af tau stiger i CSF, fordi tau- og phosphorylerede tau-proteiner (pTau) frigives i det ekstracellulære rum under den neurodegenerative proces. Tidligere undersøgelser har vist, at CSF-biomarkører er relevante for de tre vigtigste patologiske ændringer i Alzheimers sygdom (AD) hjerne: ekstracellulære amyloidplaques, intracellulær NFT-dannelse og ^neurontab4. Unormale koncentrationer af Aβ og tau til stede i det tidlige stadium af AD, hvilket muliggør tidlig ^{AD-diagnose5,6}.

I 2016 fandt Tsai et al., at ikke-invasiv lysflimmer (40 Hz) reducerede niveauerne af _Aβ1-40 og _Aβ1-42 i den visuelle cortex af præ-deponerende ^mus7. For nylig rapporterede de yderligere, at auditiv tonestimulering (40 Hz) forbedrede genkendelse og rumlig hukommelse, reducerede amyloidproteinniveauer i hippocampus og auditiv cortex (AC) hos 5XFAD-mus og reducerede pTau-koncentrationer i P301S tauopatimodellen8. Disse resultater indikerer, at ikke-invasive teknikker kan påvirke Aβ- og tau-metabolismen.

Som et ikke-invasivt værktøj kan transkraniel magnetisk stimulering (TMS) elektrisk stimulere neuralt væv, herunder rygmarven, perifere nerver og ^hjernebark9. Desuden kan det ændre excitabiliteten af hjernebarken på det stimulerede sted og i de funktionelle forbindelser. Derfor er TMS blevet anvendt til behandling af neurodegenerative lidelser og prognostiske og diagnostiske tests. Den mest almindelige form for klinisk intervention i TMS, rTMS, kan inducere cortexaktivering, ændre cortexens excitabilitet og regulere kognitiv / motorisk funktion.

Det blev rapporteret, at 20 Hz rTMS havde en in vitro neuroprotektiv virkning mod oxidative stressorer, herunder glutamat og Aβ og forbedrede den samlede levedygtighed af monoklonale hippocampale HT22-celler i ^mus10. Efter 1 Hz rTMS-stimulering blev det β-site APP-spaltningsenzym 1, APP, og dets C-terminale fragmenter i hippocampus reduceret betydeligt. Især svækkelsen af langsigtet potensering, rumlig læring og hukommelse i hippocampus CA1 blev ^vendt11,12. Bai et al. undersøgte effekten af rTMS på den Aβ-inducerede gammaoscillationsdysfunktion under en arbejdshukommelsestest. De konkluderede, at rTMS kunne vende Aβ-induceret dysfunktion, hvilket resulterede i potentielle fordele for ^{arbejdshukommelsen13}. Der er dog få rapporter om virkningerne af rTMS på tau-metabolisme og de dynamiske ændringer i Aβ og tau i CSF før og efter rTMS. Denne protokol beskriver proceduren for undersøgelse af virkningerne af rTMS ved forskellige frekvenser (lav frekvens, 1 Hz; høje frekvenser, 20 Hz og 40 Hz) på Aβ- og tau-niveauer i rhesusabe CSF.

Protocol

Alle eksperimenterne blev udført under vejledningen om pleje og anvendelse af forsøgsdyr, formuleret af Folkerepublikken Kinas ministerium for videnskab og teknologi samt principperne i Basel-erklæringen. Godkendelsen blev givet af Animal Care Committee på Sichuan University West China Hospital (Chengdu, Kina). Figur 1 viser det enkeltblinde, selvkontrollerede studiedesign, der anvendes her. 1. rTMS-enheder Brug en 8-formet magnetfeltstimulatorspole …

Representative Results

Resultaterne viste, at rTMS kunne påvirke Aβ- og tau-niveauerne i rhesusaben CSF. CSF-biomarkørniveauerne ændrede sig med tiden efter rTMS-stimulering ved forskellige frekvenser (1 Hz, 20 Hz og 40 Hz). Aβ42 og Aβ42/Aβ40Som vist i figur 4A steg Aβ42-niveauerne gradvist over 24 timer (p < 0,05) efter 1 Hz rTMS-…

Discussion

_Aβ1-42, en veletableret biomarkør for AD, er en CSF-kernebiomarkør relateret til Aβ-metabolisme og amyloidplaquedannelse i hjernen og har været meget udbredt i kliniske forsøg og ^klinikken26. Nylige undersøgelser har vist, at CSF _Aβ42 / _{Aβ40-forholdet} er en bedre diagnostisk biomarkør for AD end _Aβ42 alene, fordi det er en bedre indikator for AD-type ^{patologien27,28}. Tau- og pTau-prote…

Materials

Anesthesia Puncture Kit for Single Use	Weigao, Shandong, China
CCY-I magnetic field stimulator	YIRUIDE MEDICAL, Wuhan, China
GraphPad Prism version 7.0	GraphPad Software, Inc., San Diego, CA, USA
Human Amyloid Beta and Tau Magnetic Bead Panel	EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 USA		liquid chip detection
MILLIPLEX Analyst 5.1	EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 USA
Monkey Chair HH-E-1	Brainsight, Cambridge, MA 02140 USA
Zoletil 50	Virbac, France		zolazepam–tiletamine