Nabij Infrarood (NIR) Licht Verhoogt Expressie van een marker van de mitochondriale functie in de Muis Vestibular Sensory epitheel
Summary
Mitochondriale dysfunctie is een kenmerk van cellulaire veroudering. Dit artikel maakt gebruik van niet-invasieve nabij-infrarood (NIR) behandeling om de mitochondriale functie in het verouderingsproces muis vestibulair sensorische epitheel verbeteren.
Abstract
Strategieën voor het verzwakken van achteruitgang in balans functie met toenemende leeftijd zijn voornamelijk gericht op fysieke therapieën, waaronder balans taken en oefening. Echter, deze aanpak niet in op de onderliggende oorzaken van de balans daling. Met muizen, de invloed van nabij infrarood licht (NIR) op het metabolisme van cellen in het vestibulaire sensorische epitheel werd beoordeeld. Verzamelde gegevens blijkt dat deze eenvoudig en veilig ingrijpen deze kwetsbare cellen kunnen beschermen tegen de schadelijke effecten van natuurlijke veroudering. mRNA werd geëxtraheerd uit de geïsoleerde perifere vestibulaire sensorische epithelium (crista ampullaris en utriculaire macula) en vervolgens getranscribeerd in een cDNA-bibliotheek. Deze bibliotheek werd vervolgens gehybridiseerd voor de expressie van alomtegenwoordige antioxidant (SOD-1). Antioxidant genexpressie werd vervolgens gebruikt om cellulaire metabolisme te kwantificeren. Met transcraniële levering NIR bij jonge (4 weken) en oudere (8-9 maanden) muizen, en een regeling korte behandeling (90 sec / dag gedurende 5 degen), dit werk suggereert NIR alleen kan voldoende zijn om de mitochondriale functie in het vestibulair sensorische epitheel te verbeteren. Aangezien er momenteel geen beschikbaar, betaalbaar, niet-invasieve methoden van therapie om vestibulaire haarcel functie te verbeteren, de toepassing van externe NIR-straling zorgt voor een potentiële strategie om de gevolgen van de vergrijzing op de celstofwisseling Inde vestibulair sensorische epitheel tegen te gaan.
Introduction
Degressief prestaties en de daaropvolgende val komen vaak voor, en helaas vaak bepalende kenmerken van natuurlijke veroudering 1. De impact van deze daling kan zowel fysiek als sociaal, en vermindert de kwaliteit van leven van ouderen. In reactie hierop hebben de fysieke therapieën en revalidatie de focus van het onderzoek naar de watervallen geweest, maar zijn niet geassocieerd met consistente vermindering van de prevalentie van herhaald vallen. Tegelijkertijd, werken onderzoeken veranderingen in de perifere of centrale vestibulaire systeem (het systeem belast evenwicht) schaars en potentiële therapeutische strategieën gericht op deze systemen en de onderliggende oorzaken van onbalans beperkt.
Recent werk op leeftijdgebonden neurodegeneratieve stoornissen waaronder leeftijdsgebonden maculaire degeneratie 2-4, Alzheimer ziektemodellen 5-8 en ziekte van Parkinson 9-12 gebleken neuroprotectieve effecten van simple niet-invasieve toepassing van nabij-infrarood (NIR) licht. Verder, in het vestibulaire systeem NIR is gebruikt om de activiteit van vestibulaire primaire afferente neuronen in vitro 13 verhogen. Hoewel het mechanisme van de NIR licht is niet goed begrepen, hebben de meeste studies met behulp van NIR gesuggereerd dat NIR stimuleert mitochondriën complex IV (cytochroom c oxidase) 14-17 om de celstofwisseling te vergemakkelijken. In het vestibulair sensorische epitheel de subcuticulaire plaat van type I haarcellen is dicht in de mitochondriën 18 en als zodanig kan een plaats van actie voor therapeutische Nir behandeling vertegenwoordigen.
Hier wordt een korte, niet-invasieve behandeling regime van transcranially toegepast NIR die kan worden gebruikt om cellulaire metabolisme te meten (en door implicatie, mitochondriale functie) bij muizen vestibulaire sensorische epithelium wordt beschreven. Ook besproken is een preparaat van het vestibulaire sensorische epitheel en wordt aangetoond dat NIR verhoogt de expressie van een ubiquitoons anti-oxidant (superoxide dismutase 1) in het sensorische epitheel – eerder aangetoond belangrijk cochlea haar celoverleving 19 zijn.
Protocol
Representative Results
Discussion
De representatieve resultaten beschreven blijkt dat korte transcraniële levering NIR licht (90 sec / dag gedurende 5 dagen) is voldoende om de antioxiderende expressie in oudere muizen verhogen vergeleken met sham behandelde muizen. Terwijl uitgestoten warmte een bron van mitochondriale en / of neuronale activiteit zouden kunnen vormen, zoals gerapporteerd voor rat vestibulair afferentia 24 – onze meting van de warmtestraling van de NIR LED-apparaat was <0,2 ° C meer dan 90 sec, en als zodanig is het onw…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen dr Paul Witting en mevrouw Genevieve Fong erkennen voor hun hulp met mRNA extractie en PCR, en de Garnett Passe en Rodney Williams Memorial Foundation voor ondersteuning.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Quantum WARP 10 | Quantum Devices | 2070N030-A | |
| Screw top microtubules | Quality Scientific Plastics | 520-GRD-Q | |
| Ketamine | Parnell, Alexandria Australia | ||
| Standard Pattern Scissors | FST | 14001-12 | |
| Carbon steel Surgical Blades #22 | Livingstone | SBLDCL 22 | |
| Friedman-Pearson Rongeurs | FST | 16221-14 | |
| Stereo microscope | Leica Microsystems | A60S | |
| Dumont #5 SF Forceps | FST | 11252-00 | |
| Isolate II RNA Micro Kit | Bioline | BIO-52075 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Moro, C., et al. Photobiomodulation preserves behaviour and midbrain dopaminergic cells from MPTP toxicity: evidence from two mouse strains. BMC neuroscience. 14, 40 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- Rajguru, S. M., et al. Infrared photostimulation of the crista ampullaris. The Journal of physiology. 589, 1283-1294 (2011).
- Chung, H., et al. The nuts and bolts of low-level laser (light) therapy. Annals of biomedical engineering. 40, 516-533 (2012).
- Desmet, K. D., et al. Clinical and experimental applications of NIR-LED photobiomodulation. Photomedicine and laser surgery. 24, 121-128 (2006).
- 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).
- Rojas, J. C., Gonzalez-Lima, F. Low-level light therapy of the eye and brain. Eye and brain. 3, 49-67 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Albert, E. S., et al. TRPV4 channels mediate the infrared laser-evoked response in sensory neurons. Journal of neurophysiology. 107, 3227-3234 (2012).
- 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).
- Moreno, L. E., et al. Infrared neural stimulation: beam path in the guinea pig cochlea. Hearing research. 282, 289-302 (2011).
- Curthoys, I. S. A red thread as a guide in the vestibular labyrinth. The Journal of physiology. 589, 1241-1241 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
