Um estudo piloto sobre a estimulação magnética transcraniana repetitiva dos níveis de Aβ e Tau em fluido cerebrospinal de macaco rhesus

Summary

Aqui, descrevemos o procedimento para um estudo piloto para explorar o efeito da estimulação magnética transcraniana repetitiva com diferentes frequências (1 Hz/20 Hz/40 Hz) em Aβ e metabolismo tau em fluido cerebrospinal de macaco rhesus.

Abstract

Estudos anteriores demonstraram que um regime não invasivo de cintilação de luz e estimulação de tom auditivo poderia afetar o metabolismo de Aβ e tau no cérebro. Como técnica não invasiva, a estimulação magnética transcraniana repetitiva (rTMS) tem sido aplicada para o tratamento de distúrbios neurodegenerativos. Este estudo explorou os efeitos do rTMS nos níveis de Aβ e tau no fluido cefalorraquidiano rhesus macaco (CSF). Este é um estudo único-cego, auto-controlado. Três frequências diferentes (baixa frequência, 1 Hz; altas frequências, 20 Hz e 40 Hz) de rTMS foram utilizadas para estimular o córtex pré-frontal bilateral-dorsolateral (DLPFC) do macaco rhesus. Foi utilizado um método de cateterismo para a coleta de CSF. Todas as amostras foram submetidas à detecção de chips líquidos para análise de biomarcadores CSF (_Aβ42, _Aβ42/_Aβ40, tTau, pTau). Os níveis de biomarcadores CSF mudaram com o tempo após a estimulação por rTMS. Após a estimulação, o nível _Aβ42 em CSF mostrou uma tendência de alta em todas as frequências (1 Hz, 20 Hz e 40 Hz), com diferenças mais significativas para as altas frequências (p < 0,05) do que para a baixa frequência.

Após rTMS de alta frequência, o nível total de Tau (tTau) de CSF aumentou imediatamente no ponto de tempo pós-rTMS (p < 0,05) e diminuiu gradualmente em 24 horas. Além disso, os resultados mostraram que o nível de Tau fosfoilado (pTau) aumentou imediatamente após 40 Hz rTMS (p < 0,05). A razão de _Aβ42/_Aβ40 mostrou tendência de alta em 1 Hz e 20 Hz (p < 0,05). Não houve diferença significativa nos níveis de tau com estimulação de baixa frequência (1 Hz). Assim, as altas frequências (20 Hz e 40 Hz) de rTMS podem ter efeitos positivos nos níveis de Aβ e tau no macaco rhesus CSF, enquanto a baixa frequência (1 Hz) rTMS só pode afetar os níveis de Aβ.

Introduction

Amilóide-β (Aβ) e tau são importantes biomarcadores CSF. Aβ consiste em 42 aminoácidos (_Aβ1-42), que é o produto da proteína precursora amiloide transmembrana (APP) hidrolisada por β e γ-secretas1. _Aβ1-42 pode agregar-se em placas amiloides extracelulares no cérebro por causa de suas características de ^{solubilidade1,2}. Tau é uma proteína associada a microtúbulos que está presente principalmente em axônios e está envolvida no transporte axonal anterogrado3. A hiperfosforilação tau anormal é induzida principalmente pelo desequilíbrio entre quinases e fosfatases, resultando no descolamento de tau de microtúbulos e na formação de emaranhados neurofibrilares (NFT)¹. A concentração de tau aumenta no CSF porque as proteínas tau e fosforiladas tau (pTau) são liberadas no espaço extracelular durante o processo neurodegenerativo. Estudos anteriores mostraram que os biomarcadores de CSF são relevantes para as três principais alterações patológicas do cérebro da doença de Alzheimer (DA): placas amiloides extracelulares, formação de NFT intracelular e perda de ^neurônios4. Concentrações anormais de Aβ e tau presentes no estágio inicial da DA, permitindo assim o diagnóstico precoce da ^DA5,6.

Em 2016, Tsai et al. descobriram que a luz não invasiva (40 Hz) reduziu os níveis de _Aβ1-40 e _Aβ1-42 no córtex visual de ratos ^{pré-depósito7}. Recentemente, eles relataram ainda que a estimulação de tons auditivos (40 Hz) melhorou o reconhecimento e a memória espacial, reduziu os níveis de proteína amiloide no hipocampo e córtex auditivo (AC) de camundongos 5XFAD e diminuiu as concentrações de pTau no modelo de tauopatia P301S8. Esses resultados indicam que técnicas não invasivas podem impactar o metabolismo de Aβ e Tau.

Como uma ferramenta não invasiva, a estimulação magnética transcraniana (TMS) poderia estimular eletricamente o tecido neural, incluindo a medula espinhal, nervos periféricos e córtex ^cerebral9. Além disso, pode modificar a excitabilidade do córtex cerebral no local estimulado e nas conexões funcionais. Portanto, a TMS tem sido utilizada no tratamento de distúrbios neurodegenerativos e testes prognósticos e diagnósticos. A forma mais comum de intervenção clínica em TMS, rTMS, pode induzir ativação do córtex, modificar a excitabilidade do córtex e regular a função cognitiva/motora.

Foi relatado que 20 Hz rTMS teve um efeito neuroprotetor in vitro contra estressores oxidativos, incluindo glutamato e Aβ e melhorou a viabilidade geral das células HT22 hipocampal monoclonais em ^{camundongos10}. Após a estimulação de rTMS de 1 Hz, a enzima app-cleaving de β local 1, APP, e seus fragmentos de terminal C no hipocampo foram consideravelmente reduzidos. Notavelmente, o comprometimento da potencialização a longo prazo, aprendizagem espacial e memória no CA1 hipocampal foi ^{revertido11,12}. Bai et al. investigaram o efeito de rTMS na disfunção de oscilação gama induzida por Aβ durante um teste de memória de trabalho. Eles concluíram que a rTMS poderia reverter a disfunção induzida por Aβ, resultando em benefícios potenciais para a memória de ^trabalho13. No entanto, há poucos relatórios sobre os efeitos do rTMS no metabolismo tau e as mudanças dinâmicas em Aβ e tau em CSF antes e depois da rTMS. Este protocolo descreve o procedimento para investigar os efeitos do rTMS em diferentes frequências (baixa frequência, 1 Hz; altas frequências,20 Hz e 40 Hz) nos níveis Aβ e tau no macaco rhesus CSF.

Protocol

Todos os experimentos foram realizados sob a Orientação para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório, formulada pelo Ministério da Ciência e Tecnologia da República Popular da China, bem como os princípios da Declaração de Basileia. A aprovação foi dada pelo Comitê de Cuidados Com Animais do Hospital da China Ocidental da Universidade de Sichuan (Chengdu, China). A Figura 1 mostra o projeto de estudo autônomo e cego usado aqui. 1. dispositivos rTMS</p…

Representative Results

Os resultados mostraram que a rTMS poderia afetar os níveis de Aβ e tau no CSF do macaco rhesus. Os níveis de biomarcadores CSF mudaram com o tempo após a estimulação de rTMS em diferentes frequências (1 Hz, 20 Hz e 40 Hz). Aβ42 e Aβ42/Aβ40Como mostrado na Figura 4A, após a estimulação de rTMS de 1 Hz, os níveis d…

Discussion

_Aβ1-42, um biomarcador bem estabelecido de AD, é um biomarcador de núcleo CSF relacionado ao metabolismo Aβ e formação de placas amiloides no cérebro e tem sido amplamente utilizado em ensaios clínicos e na ^clínica26. Estudos recentes têm demonstrado que a razão CSF _Aβ42/_Aβ40 é um melhor biomarcador diagnóstico do que apenas _Aβ42 porque é um indicador melhor da patologia do tipo DA ^AD27,28<sup class="xr…

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