Ein Protokoll für die transkranielle Photobiomodulation Therapie bei Mäusen
Summary
Photobiomodulation Therapie ist eine innovative nicht-invasive Modalität für die Behandlung einer Vielzahl von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen und auch gesunde Gehirnfunktion verbessern kann. Dieses Protokoll enthält eine schrittweise Anleitung zum Durchführen von Gehirn Photobiomodulation bei Mäusen durch transkranielle Lichtleitung, die für den Einsatz in anderen Labors Nagetiere angepasst werden können.
Abstract
Transkranielle Photobiomodulation ist eine mögliche innovative nicht-invasive therapeutische Ansatz zur Verbesserung der Gehirn Bioenergetik, Gehirnfunktion in einer Vielzahl von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen und Gedächtnisverbesserung in altersbedingte kognitive Abnahme und Neurodegenerative Erkrankungen. Wir beschreiben eine Laborprotokoll für transkranielle Photobiomodulation Therapie (PBMT) bei Mäusen. Im Alter von BALB/c Mäuse (18 Monate) sind mit einem 660 nm Laser Transcranially, einmal täglich für 2 Wochen behandelt. Laserdaten Durchlässigkeit zeigt, dass etwa 1 % des einfallenden Lichts rot auf der Kopfhaut eine 1 mm Tiefe von der kortikalen Oberfläche Eindringen des dorsalen Hippocampus erreicht. Behandlungsergebnisse werden durch zwei Methoden bewertet: eine Barnes Labyrinth-Test, der eine Hippocampus-abhängige räumliche lernen und Gedächtnis Aufgabe Bewertung und hippocampal ATP Messhöhen, die als Bioenergetik-Index verwendet wird. Die Ergebnisse von Barnes Aufgabe zeigen eine Erweiterung des räumlichen Gedächtnisses laserbehandelten im Alter von Mäusen im Vergleich zu Kontrollen Alter abgestimmt. Biochemische Analyse nach Laserbehandlung gibt an erhöhten hippocampal ATP Niveaus. Wir postulieren, dass die Verbesserung der Gedächtnisleistung möglicherweise durch eine Verbesserung der hippocampalen Energiestoffwechsel induziert durch die roten Laser-Behandlung ist. Die Beobachtungen bei Mäusen könnte auf anderen Tiermodellen ausgeweitet werden, da dieses Protokoll möglicherweise auf andere Arten häufig verwendet in den translationalen Neurowissenschaften, wie Kaninchen, Katze, Hund oder Affe angepasst werden könnte. Transkranielle Photobiomodulation ist eine sichere und kostengünstige Modalität, die eine vielversprechende Therapieansatz bei altersbedingten kognitiven Beeinträchtigung sein kann.
Introduction
PBMT oder Low-Level-Laser-Licht-Therapie (LLLT), ist ein allgemeiner Begriff, der zu therapeutischen Methoden basierend auf die Stimulation von biologischen Geweben von Lichtenergie von Laser oder Leuchtdioden (LEDs). Fast alle PBMT Behandlungen gelten mit roten Nahinfrarot (NIR) Licht im Wellenlängenbereich von 600 bis 1100 nm, eine Ausgangsleistung von 1 bis 500 mW und einer Fluenz von 20 J/cm2 (siehe Chung Et Al.1).
Transcranial PBMT ist eine nicht-invasive Lichtleitung-Methode, die durch Bestrahlung des Kopfes mit einer externen Lichtquelle (Laser oder LED)2durchgeführt wird. Für Tier-Applikationen beinhaltet diese Methode Kontakt oder berührungslose Platzierung der LED oder Laser-Sonde auf den Kopf des Tieres. Abhängig von der therapeutischen Region von Interesse kann eine leichte Sonde über den ganzen Kopf (zur Deckung der Hirnareale) oder einen bestimmten Teil des Kopfes, wie z. B. der präfrontalen, frontalen und parietalen Region platziert werden. Die teilweise Übertragung von rot/NIR Licht durch die Kopfhaut, die Schädel und die Dura Mater erreichen die kortikalen Oberflächenniveau und bieten eine Menge an Photonen-Energie ausreicht, um die therapeutischen Vorteile bringen. Anschließend würde der gelieferten leichte Fluence auf kortikale Ebene in der grauen und weißen Hirnsubstanz weitergegeben, bis sie die tieferen Strukturen des Gehirns3erreicht.
Licht in die spektrale Bänder an die rote bis dunkelrote Region (600-680 nm) und frühen NIR (800-870 nm) entspricht dem Absorptionsspektrum von Cytochrom C Oxidase, das terminal Enzym der mitochondrialen Atmungskette4. Es wird vermutet, dass PBMT in rot/NIR-Spektrum gelangen von Stickstoffmonoxid (NO) von Cytochrom C Oxidase verursacht, was zu Erhöhungen der mitochondrialen Elektronentransport und letztlich ATP Generation5 erhöht. In Bezug auf neuronale Anwendungen Gehirn das Potenzial der Neurostimulatory der PBMT mit transkranielle Bestrahlung, die Methoden in einer Vielzahl von präklinischen Studien, einschließlich der Nager-Modelle von Schädel-Hirn-Verletzungen (SHT)-6gemeldet wurden, akuten Schlaganfalls7, Alzheimer-Krankheit (AD)8, Parkinson-Krankheit (PD)9, Depression10und Alterung11.
Hirnalterung gilt eine neuropsychologische Bedingung, die einige kognitive Funktionen wie lernen und Gedächtnis12beeinträchtigt. Mitochondrien sind die primären Organellen verantwortlich für ATP Produktion und neuronale Bioenergetik. Mitochondriale Dysfunktion tritt bekanntermaßen altersbedingte Defizite in Hirnarealen zugeordnet werden, die räumliche Navigation Speicher, z. B. der Hippocampus13verknüpft sind. Da kraniale Behandlung mit rot/NIR Licht in erster Linie Handlungen durch Modulation der mitochondrialen Bioenergetik, kann genügend gelieferten Lichtdosis zu Hippocampus bei der Verbesserung des räumlichen Gedächtnisses Ergebnisse14führen.
Das aktuelle Protokoll soll die transkranielle PBMT Verfahren bei Mäusen, die mit niedrigen Niveaus der Rotlicht nachgewiesen werden. Die erforderliche Lichtdurchlässigkeit Lasermessungen durch den Kopf Geweben des gealterten Mäusen werden beschrieben. Darüber hinaus Barnes Labyrinth als Hippocampus-abhängige räumliche Lern- und Gedächtnis-Aufgabe und hippocampal ATP-Werte als Bioenergetik-Index dienen für eine Bewertung der Auswirkungen der Behandlung bei Tieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wir beschreiben ein Protokoll für die Durchführung einer transkranielle PBMT Verfahren bei Mäusen. Dieses Protokoll ist gezielt für Neurowissenschaften Laboratorien, die Photobiomodulation Forschung konzentrierte sich auf Nagetiere durchführen. Jedoch kann dieses Protokoll zu anderen Versuchstieren angepasst werden, die häufig im Bereich Neurowissenschaften wie Kaninchen, Katze, Hund oder Affe verwendet werden.
Derzeit gibt es verstärktes Interesse bei der Untersuchung transkranielle PB…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch einen Zuschuss aus den Tabriz Universität der medizinischen Wissenschaften (gewähren Nr. 61019) S.S-e. und Veröffentlichung von LiteCure LLC, Newark, DE, USA, L.D.T. Die Autoren möchten die Abteilung Immunologie und Education Development Center (EDC) der Tabriz Universität der medizinischen Wissenschaften für ihre freundliche Unterstützung bedanken.
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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