小鼠经颅光生物调节治疗方案
Summary
光生物调节疗法是一种创新的非侵入性治疗各种神经和精神障碍的方法, 也可以改善健康的大脑功能。该方案包括一个分步指南, 以执行大脑光调节小鼠经颅光传递, 可适用于其他实验室啮齿类动物。
Abstract
经颅光生物调节是一种潜在的创新非侵入性治疗方法, 可改善大脑生物能量学、大脑在各种神经和精神障碍中的功能以及在年龄相关认知能力下降方面的记忆增强和神经退行性疾病我们描述了一种小鼠经颅光折变疗法 (pbmt) 的实验室方案。老年 balb1 小鼠 (18个月大) 接受660纳米激光经颅治疗, 每天治疗一次, 为期2周。激光透射率数据显示, 头皮上大约1% 的入射红光从皮质表面到达1毫米深, 穿透海马背侧。治疗结果通过两种方法进行评估: 巴恩斯迷宫测试, 这是一种依赖海马的空间学习和记忆任务评估, 和海马 atp 水平的测量, 这是作为一个生物能量指数。巴恩斯任务的结果显示, 与年龄匹配的对照相比, 激光治疗的老年小鼠的空间记忆得到了增强。激光治疗后的生化分析表明海马 atp 水平升高。我们假设, 记忆性能的增强可能是由于改善海马能量代谢引起的红色激光治疗。小鼠的观察可以推广到其他动物模型, 因为该协议有可能适用于翻译神经科学中经常使用的其他物种, 如兔子、猫、狗或猴子。经颅光生物学是一种安全、经济高效的治疗方法, 可能是一种有前途的治疗年龄相关认知障碍的方法。
Introduction
pbmt, 或低级激光光疗法 (lllt), 是一个通用术语, 指的是基于激光或发光二极管 (led) 的光能刺激生物组织的治疗方法。几乎所有 pbmt 处理都与红色近红外 (近红外) 光一起使用, 波长从600纳米到1100纳米, 输出功率从1至 500 mw不等, 流量从 & lt;1 到 gt;20 jcmcm 2 (见 chung 等人).
经颅 pbmt 是一种非侵入性光传递方法, 使用外部光源 (激光或 led)2 进行头部照射。对于动物应用, 这种方法包括在动物头部放置 led 或激光探头的接触或非接触位置。根据感兴趣的治疗区域, 可以将光探针放置在整个头部 (用于覆盖所有大脑区域) 或头部的特定部分, 如前额、额叶或顶叶区域。通过头皮、头骨和硬脑膜部分传输红色近红外光可以达到皮质表面水平, 并提供足够的光子能量, 以产生治疗效果。随后, 在皮质水平上传递的光流将传播到灰色和白色的大脑物质中, 直到它到达大脑的更深的结构3。
在红到远红色区域 (00-680 nm) 和早期近红外区域 (800-870 nm) 的光谱带中的光对应于细胞色素 c 氧化酶的吸收光谱, 细胞色素 c 氧化酶是线粒体呼吸链的末端酶4。据推测, 红能红外光谱中的 pbmt 会导致一氧化氮 (no) 与细胞色素 c 氧化酶的光解, 从而增加线粒体电子输运, 并最终增加 atp 第5代.关于神经元的应用, 在各种临床前研究中, 包括创伤性脑损伤 (tbi) 的啮齿动物模型6中, 报告了使用经颅照射方法的大脑 pbmt 的潜在神经刺激作用。急性中风7, 阿尔茨海默氏症 (ad)8, 帕金森病 (pd)9, 抑郁症10, 年龄 11。
大脑老化被认为是一种神经心理状况, 对学习和记忆等一些认知功能产生负面影响。线粒体是负责 atp 产生和神经元生物能量学的主要细胞器。线粒体功能障碍是已知的与年龄相关的缺陷, 在大脑区域, 与空间导航记忆, 如海马 13.由于用 red/nir 光治疗主要是通过调节线粒体生物能学来作用的, 足够的光剂量提供给海马体可以导致空间记忆结果的改善 14。
目前的协议的目的是证明经颅 pbmt 程序在小鼠使用低水平的红光。描述了通过老年小鼠头部组织所需的激光透射测量。此外, 巴恩斯迷宫, 作为海马依赖的空间学习和记忆任务, 和海马 atp 水平, 作为一个生物能量指数, 被用来评估治疗对动物的影响。
Protocol
Representative Results
Discussion
我们描述了一种在小鼠体内进行经颅 pbmt 手术的方案。该协议专门针对神经科学实验室, 这些实验室以老鼠为重点进行光生物调节研究。然而, 该协议可以适应其他实验室动物, 经常用于神经科学领域, 如兔子, 猫, 狗, 或猴子。
目前, 人们对使用 red/nir 激光器和 led 研究经颅 pbmt 的兴趣越来越大。为了在啮齿类动物中成功地进行整个治疗过程, 有几个基本的步骤需要考虑。
<p c…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了塔布里斯医科大学向 s. s.-e 提供的赠款 (61019 赠款) 的支持。以及美国教育部纽瓦克 litecure 有限责任公司的出版赠款。作者要感谢塔布里斯医学大学免疫学系和教育发展中心 (edc) 的善意帮助。
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
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