פרוטוקול לטיפול Photobiomodulation טראנס בעכברים
Summary
טיפול Photobiomodulation יכול גם לשפר את תפקוד המוח בריא, והיא מודאליות לא פולשנית חדשניות לטיפול במגוון רחב של הפרעות נוירולוגיות, פסיכיאטרית. פרוטוקול זה כולל מדריך צעד אחר צעד כדי ביצוע המוח photobiomodulation בעכברים על ידי משלוח אור טראנס, אשר ניתן להתאים לשימוש בחולדות מעבדה אחרות.
Abstract
Photobiomodulation טראנס היא פוטנציאל חדשני לא פולשנית גישה טיפולית לשיפור ביואנרגיה המוח, תפקוד המוח במגוון רחב של הפרעות נוירולוגיות, פסיכיאטרית, שיפור זיכרון הקשורות לגיל ירידה קוגניטיבית מחלות ניווניות. אנו מתארים פרוטוקול מעבדה לטיפול photobiomodulation טראנס (PBMT) בעכברים. BALB/c בגילאי עכברים (בן 18 חודשים) מטופלים עם 660 ננומטר לייזר transcranially, פעם ביום למשך שבועיים. לייזר להדמיה הנתונים מראה כי כ- 1% התקרית אור אדום על הקרקפת מגיע לעומק 1 מ מ מעל פני השטח קורטיקלית, חודרת של ההיפוקמפוס הגבי. תוצאות הטיפול הם מוערך על ידי שתי שיטות: בארנס מבוך, בדיקה, אשר ההיפוקמפוס תלויי מרחבי למידה וזיכרון פעילות הערכה, של מדידת רמות ATP בהיפוקמפוס, אשר משמש ליצירת אינדקס ביואנרגיה. תוצאות הפעילות בארנס מראים שיפור של הזיכרון המרחבי שטופלו לייזר בגילאי עכברים בהשוואה עם פקדים מתאימים-גיל. אנליזה ביוכימית לאחר טיפול לייזר מציין גדל רמות ATP בהיפוקמפוס. אנחנו בקביעתו כי שיפור ביצועי זיכרון הוא פוטנציאל עקב שיפור חילוף החומרים האנרגיה בהיפוקמפוס המושרה על ידי טיפול לייזר אדום. אפשרות להאריך התצפיות בעכברים אחרים מודלים בבעלי חיים מאז פרוטוקול זה יכול פוטנציאלית להיות מותאם מינים אחרים נעשה שימוש תכוף ב- neuroscience translational, כמו ארנב, החתול, הכלב או קוף. Photobiomodulation טראנס הוא חסכוני ובטוח מודאליות אשר עשוי להיות גישה טיפולית מבטיח ב פגיעה קוגניטיבית הקשורות לגיל.
Introduction
PBMT, או טיפול באור לייזר ברמה נמוכה (תראפיה), הוא מונח כללי המתייחס משיטות טיפול המבוסס על הגירוי של רקמות ביולוגיות של אנרגיית האור לייזרים או דיודות פולטות אור (נוריות). כמעט כל הטיפולים PBMT עם אדום-סגול (ניר) אור באורכי גל מ 600 חלות 1100 nm, כוח פלט בין 1 ל 500 mW, ואת הכשרון החל J/cm 202 (ראה צ’ונג ואח1).
טראנס PBMT היא שיטה לא פולשנית משלוח אור זה מבוצע על ידי הקרנה של הראש באמצעות של ממקור אור חיצוני (לייזר או נוריות)2. עבור יישומים בעלי חיים, שיטה זו כוללת קשר או אסטמה של השמה של המכשיר LED או לייזר על הראש של החיה. תלוי באזור טיפולית עניין, מכשיר בדיקה קלה ניתן להציב על הראש כולו (עבור מכסה את כל התחומים המוח) או על חלק מסוים של הראש, כגון האזור הקדם חזיתית, חזיתית או הקודקוד. השידור חלקית של אור אדום/ניר דרך הקרקפת, הגולגולת, הדורה יכול להגיע אל פני השטח קורטיקלית ולספק כמות הפוטונים אנרגיה מספקת להפיק יתרונות טיפולית. לאחר מכן, הכשרון אור ונמסרו ברמת בקליפת המוח להיות מופצות בנושא המוח אפור ולבן עד שהוא מגיע המבנים עמוק יותר של המוח3.
אור הלהקות ספקטרלי האדום מרחיקת אדום אזור (600-680 ננומטר) ואזור מוקדם ניר (800 870 ננומטר) מקביל ספקטרום הבליעה של ציטוכרום c אוקסידאז, האנזים מסוף של שרשרת הנשימה מיטוכונדריאלי4. זה זה שיערו כי PBMT בספקטרום אדום/ניר גורם פוטוליזה של תחמוצת החנקן (NO) של ציטוכרום c אוקסידאז, וכתוצאה מכך העלאות תחבורה אלקטרון מיטוכונדריאלי והגדילה, בסופו של דבר, ATP דור5. לגבי יישומים עצביים, היתרונות neurostimulatory הפוטנציאליים של המוח PBMT באמצעות הקרנה טראנס שיטות דווחו במגוון רחב של מחקרים פרה, כולל דגמים מכרסם של מוח טראומטית (TBI) פגיעה6, קו חריפה7, מחלת אלצהיימר (AD)8, מחלת פרקינסון (PD)9, דיכאון10והזדקנות11.
הזדקנות המוח נחשב מצב שתלמידים המשפיעה לרעה על תפקודים קוגניטיביים מסוימים, כגון למידה וזיכרון12. המיטוכונדריה הם organelles הראשי אחראי על ייצור ATP, ביואנרגיה עצביים. תפקוד מיטוכונדריאלי ידוע להיות מזוהה עם גירעונות הקשורות לגיל באזורי המוח הקשורים ניווט מרחבי זיכרון, כמו ההיפוקמפוס ה13. כי הטיפול הגולגולת האדומה/ניר אור בעיקר מעשים על-ידי אפנון של ביואנרגיה מיטוכונדריאלי, ונמסרו אור מינון ההיפוקמפוס יכול לגרום לשיפור הזיכרון המרחבי תוצאות14.
המטרה של פרוטוקול הנוכחית היא כדי להדגים את הפרוצדורה PBMT טראנס בעכברים, באמצעות רמות נמוכות של אור אדום. המדידות אור לייזר הנדרשים דרך הרקמות ראש של עכברים בגילאי מתוארים. בנוסף, מבוך בארנס, כמו למידה מרחבית ההיפוקמפוס תלויי זיכרון המשימות ואת רמות ATP בהיפוקמפוס, בתור אינדקס ביואנרגיה, משמשים עבור הערכה של ההשפעה טיפול בבעלי חיים.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנו מתארים פרוטוקול לביצוע הליך PBMT טראנס בעכברים. פרוטוקול זה מכוון במיוחד למעבדות מדעי המוח לבצע מחקר photobiomodulation התמקדו מכרסמים. עם זאת, ניתן להתאים פרוטוקול זה חיות מעבדה אחרות נפוצים בתחום מדעי המוח, כמו ארנב, החתול, הכלב או קוף.
כיום, יש עניין גדל בחקירת טראנס PBMT עם לייזרי?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענק מ תבריז האוניברסיטה למדעי הרפואה (מענק מס 61019) אל-אס-אי ו מענק הפרסום של LiteCure LLC, ניוארק, דה, ארה ב כדי L.D.T. המחברים רוצה להודות אימונולוגיה בחוג ויחס מרכז פיתוח החינוך (EDC) של תבריז האוניברסיטה למדעי הרפואה לקבלת סיוע נדיב שלהם.
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).
