マウスにおける経頭蓋 Photobiomodulation 療法のプロトコル
Summary
Photobiomodulation 療法は幅広い神経疾患、精神疾患の治療のための革新的な非侵襲的様相を健康な脳機能を向上させることも。このプロトコルには、マウスが他のげっ歯類での使用に合わせることができる配光経頭蓋脳 photobiomodulation を実行するステップ バイ ステップ ガイドが含まれています。
Abstract
Photobiomodulation 経頭蓋は脳生体エネルギー、神経疾患、精神疾患の広い範囲での脳機能や認知機能の低下の年齢関連のメモリ拡張を改善するため潜在的な革新的な非侵襲的治療アプローチ神経変性疾患。マウスにおける経頭蓋 photobiomodulation 療法 (PBMT) の実験プロトコルについて述べる。高齢者の BALB/c マウス (18 ヶ月) は、660 nm レーザー transcranially、一度 2 週間毎日と扱われます。レーザー透過率データは、背側の海馬を貫通、皮質表面から深さ 1 mm を頭皮にインシデントの赤色光の約 1% に達するを示しています。2 つの方法によって治療成績が評価されて: Barnes 迷路海馬依存空間学習・記憶タスク評価は、テストと測定海馬 ATP のレベル、生体エネルギー インデックスとして使用されています。バーンズ タスクから結果は高齢マウスのレーザー光を用いて年齢をマッチさせたコントロールと比較した場合の空間の記憶の強化を表示します。レーザー治療の後の生化学的分析は、海馬の ATP レベルを増加しました。我々 はメモリ性能の向上は赤色レーザー治療による海馬のエネルギー代謝の改善可能性があることを仮定します。マウスの観察は、このプロトコルをウサギ、猫、犬、猿などの並進運動神経科学で頻繁に使用される他の種に合わせることができる可能性があるので他の動物モデルに拡張できます。経頭蓋 photobiomodulation は、加齢に伴う認知機能障害で有望な治療アプローチがあります安全でコスト効果の高い療法です。
Introduction
PBMT、または低レベルのレーザー光治療 (LLLT) は、レーザーまたは発光ダイオード (Led) の光エネルギーによって生体組織への刺激に基づく治療法を意味する一般的な用語です。〜 1100 nm、1 から 500 までの出力電力 600 から近赤外線 (NIR) ライト波長への赤と PBMT のほぼすべての治療が適用されます、mW と から及ぶフルエンス 20 J/cm2 (鄭ら1参照)。
経頭蓋 PBMT は、外部光源 (Led またはレーザー)2を用いたヘッドの照射によって行われている非侵襲的光配信方法です。動物用には、このメソッドには、連絡先または動物の頭の上の LED またはレーザー プローブの接触の配置が含まれます。興味の治療の地域によって光プローブは (脳のすべての領域をカバー) の全体の頭の上や頭、前頭前野、前頭葉、または頭頂領域などの特定部分の上に配置できます。頭皮、頭蓋骨、硬膜赤色/近赤外光の部分の透過は皮質表面レベルに到達し、光子エネルギー治療効果を生成するための十分な量を提供できます。その後、皮質レベルで配信光フルエンスもグレーと白の脳実質へ伝播される脳3のより深い構造に達するまで。
遠領域 (600-680 nm) と初期の近赤外領域 (800-870 nm) に赤のスペクトル バンドの光は、シトクロム c 酸化酵素は、ミトコンドリアの呼吸鎖4のターミナルの酵素の吸収スペクトルに対応します。それは、PBMT 赤/近赤外スペクトルでミトコンドリアの電子伝達の増加の結果からチトクロム酸化酵素、一酸化窒素 (NO) の光解離を引き起こすし、最終的には、5世代の ATP を増加に仮定されます。神経のアプリケーションに対する潜在的な neurostimulatory の利点脳メソッドは、さまざまな外傷性の脳損傷 (TBI)6、齧歯動物モデルを含む、臨床研究で報告されている頭蓋照射を用いた PBMT急性期脳卒中7アルツハイマー病 (AD)8パーキンソン病 (PD)9うつ病の10、および高齢化11。
脳の老化は、学習と記憶12などのいくつかの認知機能に影響を与える否定的神経心理学的条件と見なされます。ミトコンドリアは、ATP の生産および神経細胞の生体エネルギーを担当主な器官です。海馬13などの空間的ナビゲーション メモリにリンクされている脳領域の加齢に伴う赤字に関連するミトコンドリア機能障害が知られています。頭蓋治療赤色/近赤外光行為主にミトコンドリアのエネルギー代謝の変調、ので、海馬に十分な用量で配信された光は空間記憶の結果14の改善につながります。
現在のプロトコルの目的は、赤い光の低レベルを用いたマウス頭蓋 PBMT 手順をデモンストレーションすることです。老齢マウスの頭の組織を通じて必要なレーザー光透過率測定値の説明します。また、バーンズ迷路、海馬依存性の空間学習とメモリ タスク、および生体エネルギー インデックスとしての海馬の ATP レベルとして使用されます動物の治療への影響を評価するため。
Protocol
Representative Results
Discussion
マウスにおける経頭蓋 PBMT プロシージャを行なうためのプロトコルについて述べる。このプロトコルは、特に齧歯動物に焦点を当てた photobiomodulation 研究所にターゲットします。しかし、このプロトコルは、ウサギ、猫、犬、猿など、神経科学の分野で頻繁に使用される他の実験動物に適応できます。
現在、経頭蓋 PBMT 赤/近赤外レーザーと Led の調査に関心が高まってい…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この仕事に支えられ助成金 (号 61019 付与) タブリーズ大学医療科学から s. s. e.LiteCure LLC は、ニューアーク、DE、アメリカ L.D.T. からの出版助成金著者らは、免疫学専攻教育開発センター (EDC) タブリーズ医科大学のための科学のような支援に感謝したいと思います。
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 |
Referências
- 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).
