Här beskriver vi förfarandet för en pilotstudie för att utforska effekten av repetitiv transkraniell magnetisk stimulering med olika frekvenser (1 Hz/20 Hz/40 Hz) på Aβ och tau metabolism i rhesus apa cerebrospinalvätska.
Tidigare studier har visat att en icke-invasiv ljusflimmer regim och auditiva tonstimulering kan påverka Aβ och tau metabolism i hjärnan. Som en icke-invasiv teknik har repetitiv transkraniell magnetisk stimulering (rTMS) tillämpats för behandling av neurodegenerativa sjukdomar. Denna studie undersökte effekterna av rTMS på Aβ och tau nivåer i rhesus apa cerebrospinal vätska (CSF). Detta är en enblinda, självkontrollerad studie. Tre olika frekvenser (låg frekvens, 1 Hz; höga frekvenser, 20 Hz och 40 Hz) av rTMS användes för att stimulera bilaterala-dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) av rhesus apan. En catheterization metod användes för att samla CSF. Alla prover utsattes för vätskechipdetektering för att analysera CSF-biomarkörer (Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau, pTau). CSF biomarkörnivåer ändrades med tiden efter stimulering av rTMS. Efter stimulering visade Aβ42-nivån i CSF en uppåtgående trend vid alla frekvenser (1 Hz, 20 Hz och 40 Hz), med mer signifikanta skillnader för högfrekvenserna (p < 0,05) än för lågfrekventa.
Efter högfrekvent rTMS ökade den totala Tau -nivån (tTau) av CSF omedelbart vid tidpunkten för post-rTMS (p < 0,05) och minskade gradvis med 24 timmar. Dessutom visade resultaten att nivån av fosforylerad Tau (pTau) ökade omedelbart efter 40 Hz rTMS (p < 0,05). Förhållandet mellan Aβ42/Aβ40 visade en uppåtgående trend vid 1 Hz och 20 Hz (p < 0,05). det fanns ingen signifikant skillnad i tau nivåer med lågfrekventa (1 Hz) stimulering. Hög frekvenser (20 Hz och 40 Hz) av rTMS kan således ha positiva effekter på Aβ- och tau-nivåerna i rhesusapan CSF, medan lågfrekvent rTMS (1 Hz) endast kan påverka Aβ-nivåerna.
Amyloid-β (Aβ) och tau är viktiga CSF biomarkörer. Aβ består av 42 aminosyror (Aβ1-42), som är produkten av transmembran amyloid prekursorprotein (APP) hydrolyserat av β- och γ-secretases1. Aβ1-42 kan aggregeras till extracellulära amyloid plack i hjärnan på grund av dess löslighet egenskaper1,2. Tau är ett mikrotubuleassocierade protein som huvudsakligen förekommer i axoner och är involverat i anterograde axonal transport3. Onormal tau hyperphosphorylation framkallas främst av obalansen mellan kinaser och fosfataser, vilket resulterar i avskildhet av tau från mikrotubuler och bildandet av neurofibrillary trassel (NFT)1. Koncentrationen av tau ökar i CSF eftersom tau och fosforylerade tau-proteiner (pTau) släpps ut i det extracellulära utrymmet under den neurodegenerativa processen. Tidigare studier har visat att CSF biomarkörer är relevanta för de tre viktigaste patologiska förändringarna av Alzheimers sjukdom (AD) hjärnan: extracellulära amyloid plack, intracellulär NFT bildning, och neuron förlust4. Onormala koncentrationer av Aβ och tau närvarande i det tidiga skedet av AD, vilket möjliggör tidig AD diagnos5,6.
År 2016 fann Tsai et al. att icke-invasiv ljusflimmer (40 Hz) minskade nivåerna av Aβ1-40 och Aβ1-42 i den visuella cortexen hos fördepåande möss7. Nyligen rapporterade de vidare att auditiva ton stimulering (40 Hz) förbättrad igenkänning och rumsligt minne, minskade amyloid protein nivåer i hippocampus och auditiva cortex (AC) av 5XFAD möss och minskade pTau koncentrationer i P301S tauopathy modell8. Dessa resultat tyder på att icke-invasiva tekniker kan påverka Aβ och tau metabolism.
Som ett icke-invasivt verktyg kan transkraniell magnetisk stimulering (TMS) elektriskt stimulera neural vävnad, inklusive ryggmärgen, perifera nerver och hjärnbarken9. Dessutom kan det ändra hjärnbarkens excitabilitet på den stimulerade platsen och i de funktionella anslutningarna. Därför har TMS använts vid behandling av neurodegenerativa sjukdomar och prognostiska och diagnostiska tester. Den vanligaste formen av klinisk intervention i TMS, rTMS, kan inducera cortex aktivering, ändra excitabiliteten i cortex och reglera kognitiv / motorisk funktion.
det rapporterades att 20 Hz rTMS hade en in vitro neuroprotektiv effekt mot oxidativa stressfaktorer, inklusive glutamat och Aβ och förbättrade den totala livskraften hos monoklonala hippocampal HT22 celler hos möss10. Efter 1 Hz rTMS stimulering minskade β-site APP-cleaving enzym 1, APP och dess C-terminal fragment i hippocampus avsevärt. Särskilt nedskrivningar av långsiktiga potentiering, rumslig inlärning och minne i hippocampal CA1 var omvänd11,12. undersökte effekten av rTMS på Aβ-inducerad gamma oscillation dysfunktion under ett arbetsminnestest. De drog slutsatsen att rTMS kunde vända Aβ-inducerad dysfunktion, vilket resulterar i potentiella fördelar för arbetsminne13. Det finns dock få rapporter om effekterna av rTMS på tau metabolism och de dynamiska förändringarna i Aβ och tau i CSF före och efter rTMS. Detta protokoll beskriver förfarandet för att undersöka effekterna av rTMS vid olika frekvenser (låg frekvens, 1 Hz; höga frekvenser,20 Hz och 40 Hz) på Aβ- och tau-nivåer i rhesusapan CSF.
Aβ1-42, en väletablerad biomarkör för AD, är en CSF-kärnbiomarkör relaterad till Aβ-metabolism och amyloidplackbildning i hjärnan och har använts i stor utsträckning i kliniska prövningar och kliniken26. Nyligen genomförda studier har visat att förhållandet CSF Aβ42/Aβ40 är en bättre diagnostisk biomarkör för AD än enbart Aβ42 eftersom det är en bättre indikator på AD-typ patologi27,28<sup clas…
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill tacka Sichuan Green-House Biotech Co, Ltd för att tillhandahålla apstolen och andra relativa enheter. Denna forskning fick inget specifikt bidrag från något finansieringsorgan inom den offentliga, kommersiella eller ideella sektorn.
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 |