En protokoll for Transkraniell Photobiomodulation terapi i mus
Summary
Photobiomodulation terapi er en nyskapende noninvasive modalitet for behandling av en rekke nevrologiske og psykiske lidelser og kan også forbedre sunn hjernefunksjon. Denne protokollen inneholder en detaljert veiledning for utføre hjernen photobiomodulation i mus ved Transkraniell lys levering, som kan tilpasses for bruk i andre laboratoriet gnagere.
Abstract
Transkraniell photobiomodulation er en potensiell nyskapende noninvasive terapeutisk tilnærming for å forbedre hjernen bioenergi, hjernefunksjon i et bredt spekter av nevrologiske og psykiatriske lidelser, og minne forbedring i alder-relaterte kognitiv svikt og nevrodegenerative sykdommer. Vi beskriver en laboratorium protokoll for Transkraniell photobiomodulation therapy (PBMT) i mus. Alderen BALB/c mus (18 måneder gammel) behandles med en 660 nm laser transcranially, én gang daglig i 2 uker. Laser transmisjon data viser at ca 1% av hendelsen rødt lys i hodebunnen når 1 mm dyp fra kortikale overflaten, gjennomtrengende dorsal hippocampus. Behandlingsresultatene vurderes av to metoder: en Barnes labyrint test, som er en hippocampus-avhengige romlige læring og hukommelse aktivitet evaluering, og måler hippocampus ATP nivåer, som brukes som en bioenergi indeks. Resultatene fra Barnes aktiviteten viser en forbedring av romlige hukommelse i laser-behandlet alderen mus sammenlignet med alder-matchet kontroller. Biokjemiske analyse etter laserbehandling indikerer økt hippocampus ATP nivåer. Vi postulere at styrking av minne ytelse er potensielt en forbedring i hippocampus energi metabolisme av rød laserbehandling. Observasjonene i mus kan utvides til andre dyr modeller siden denne protokollen kan potensielt tilpasses andre arter som ofte brukes i translasjonsforskning nevrovitenskap, som kanin, katten, hunden eller ape. Transkraniell photobiomodulation er en sikker og kostnadseffektiv modalitet som kan være en lovende terapeutisk tilnærming i alder-relaterte kognitiv svekkelse.
Introduction
PBMT, eller lavt nivå Laserlys terapi (LLLT), er en generell term som refererer til terapeutiske metoder basert på stimulering av biologisk vev av lys energi fra lasere eller lys – emitting diodes (LED). Nesten alle PBMT behandlinger brukes med rødt til (NIR) røyken på bølgelengder 600 1100 nm, en utgangseffekt mellom 1 500 mW, og en fluence fra 20 J/cm2 (se Chung et al.1).
Transcranial PBMT er en noninvasive lys postleveringsmetoden som er utført av bestråling av hodet med en ekstern lyskilde (laser eller lysdioder)2. Denne metoden inkluderer dyr programmer, kontakt eller noncontact plassering av LED eller laser sonden på at dyret. Avhengig av terapeutiske regionen rundt, kan en lys sonde plasseres enten over hele hodet (for å dekke alle hjernen områder) eller en bestemt del av hodet, for eksempel prefrontal, frontal eller parietal regionen. Delvis overføring av rød/NIR lys gjennom hodebunnen, skallen og dura mater kan nå kortikale overflaten nivået og gir en mengde Foton energi tilstrekkelig for å produsere terapeutiske fordelene. Den leverte lys fluence på kortikale nivå vil deretter overføres på grå og hvit hjernen saken til den når de dypere strukturene i hjernen3.
Lys i spektral band på red til langt rødt regionen (600-680 nm) og tidlig NIR regionen (800-870 nm) tilsvarer absorpsjon spekteret av cytochrome c oksidase, terminal enzymet av mitokondrie åndedretts kjeden4. Det er en teori om at PBMT i rødt/NIR spektrum fører photodissociation av nitrogenoksid (NO) fra cytochrome c oksidase, resulterer i en økning i mitokondrie elektronet transport og til slutt, økt ATP generasjon5. Med hensyn til nevronale programmer, potensielle neurostimulatory fordelene med hjernen PBMT bruker Transkraniell bestråling metoder har blitt rapportert i en rekke prekliniske studier, deriblant gnager modeller av traumatisk brain skader (TBI)6, akutt slag7, Alzheimers sykdom (AD)8, Parkinsons sykdom (PD)9, depresjon10og aldring11.
Hjernens aldring anses en nevropsykologiske tilstand som negativt påvirker noen kognitive funksjoner, for eksempel læring og hukommelse12. Mitokondrier er primære organeller ansvarlig for ATP produksjon og neuronal bioenergi. Mitokondrielt dysfunksjon er kjent for å være knyttet til alder-relaterte underskudd i hjernen områder som er koblet til romlige navigasjon minne, slik som hippocampus13. Fordi skallen behandling med rød/NIR lys primært handlinger ved å modulere mitokondrie bioenergi, kan tilstrekkelig leverte lys dosering til hippocampus resultere i forbedring av romlige hukommelse resultater14.
Målet med gjeldende protokollen er å vise Transkraniell PBMT prosedyren i mus, med lave nivåer av rødt lys. Nødvendig laser lystransmisjon målingene gjennom hodet vev av alderen mus er beskrevet. I tillegg Barnes labyrint, som en hippocampus-avhengige romlige læring og hukommelse aktivitet og hippocampus ATP nivåer, som en bioenergi indeks, brukes for en vurdering av behandling effekt på dyr.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi beskriver en protokoll for å gjennomføre en Transkraniell PBMT prosedyre i mus. Denne protokollen er spesielt rettet mot nevrovitenskap laboratorier som utfører photobiomodulation forskning fokusert på gnagere. Men kan denne protokollen tilpasses andre forsøksdyr som brukes ofte i feltet nevrovitenskap som kanin, katten, hunden eller ape.
Foreløpig er det økt interesse for å undersøke Transkraniell PBMT med rød/NIR lasere og LED. For å kunne gjennomføre hele behandlingen prosedy…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av et stipend fra Tabriz universitetet av Medical Sciences (gi nr. 61019) til S.S.-E. og publikasjonen stipend fra LiteCure LLC, Newark, DE, USA til L.D.T. Forfatterne vil gjerne takke immunologi avdelingen og utdanning Development Center (EDC) av Tabriz universitetet av medisinske basalfag for deres type hjelp.
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).
