Her beskriver vi prosedyren for en pilotstudie for å utforske effekten av repeterende transkraniell magnetisk stimulering med forskjellige frekvenser (1 Hz / 20 Hz / 40 Hz) på Aβ og tau metabolisme i rhesus monkey cerebrospinalvæske.
Tidligere studier har vist at et ikke-invasivt lysflimrende regime og auditiv tonestimulering kan påvirke Aβ og taumetabolismen i hjernen. Som en ikke-invasiv teknikk har repeterende transkraniell magnetisk stimulering (rTMS) blitt brukt til behandling av nevrodegenerative lidelser. Denne studien undersøkte effekten av rTMS på Aβ og tau nivåer i rhesus monkey cerebrospinalvæske (CSF). Dette er en enkeltblind, selvkontrollert studie. Tre forskjellige frekvenser (lav frekvens, 1 Hz, høye frekvenser, 20 Hz og 40 Hz) rTMS ble brukt til å stimulere den bilaterale dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) av rhesusapen. En kateteriseringsmetode ble brukt til å samle CSF. Alle prøver ble utsatt for væskebrikkedeteksjon for å analysere CSF biomarkører (Aβ42, Aβ42/Aβ40, tTau, pTau). CSF biomarkør nivåer endret med tiden etter stimulering av rTMS. Etter stimulering viste Aβ42-nivået i CSF en oppadgående trend ved alle frekvenser (1 Hz, 20 Hz og 40 Hz), med mer signifikante forskjeller for høyfrekvensene (p < 0,05) enn for den lave frekvensen.
Etter høyfrekvent rTMS økte det totale Tau (tTau)-nivået av CSF umiddelbart ved post-rTMS-tidspunktet (p < 0,05) og gradvis redusert med 24 timer. Videre viste resultatene at nivået av fosforylatert Tau (pTau) økte umiddelbart etter 40 Hz rTMS (p < 0,05). Forholdet mellom Aβ42/Aβ40 viste en oppadgående trend på 1 Hz og 20 Hz (p < 0,05). Det var ingen signifikant forskjell i tau-nivåene med lavfrekvent (1 Hz) stimulering. Dermed kan høye frekvenser (20 Hz og 40 Hz) rTMS ha positive effekter på Aβ- og tau-nivåer i rhesus monkey CSF, mens lavfrekvente (1 Hz) rTMS bare kan påvirke Aβ-nivåer.
Amyloid-β (Aβ) og tau er viktige CSF biomarkører. Aβ består av 42 aminosyrer (Aβ1-42), som er produktet av transmembran amyloid forløperprotein (APP) hydrolysert av β- og γ-secretases1. Aβ1-42 kan aggregeres til ekstracellulære amyloidplakk i hjernen på grunn av løselighetsegenskapene1,2. Tau er et mikrotubule-assosiert protein som hovedsakelig er tilstede i axoner og er involvert i anterograd axonal transport3. Unormal tau hyperfosforylering er hovedsakelig indusert av ubalansen mellom kinases og fosfater, noe som resulterer i løsrivelse av tau fra mikrotubuler og dannelsen av nevrofibrillære tangles (NFT)1. Konsentrasjonen av tau øker i CSF fordi tau og fosforylaterte tauproteiner (pTau) slippes ut i det ekstracellulære rommet under nevrodegenerativ prosess. Tidligere studier har vist at CSF biomarkører er relevante for de tre viktigste patologiske endringene i Alzheimers sykdom (AD) hjerne: ekstracellulære amyloidplakk, intracellulær NFT-dannelse og nevrontap4. Unormale konsentrasjoner av Aβ og tau tilstede i det tidlige stadiet av AD, og tillater dermed tidlig AD-diagnose5,6.
I 2016 fant Tsai et al. at ikke-invasiv lysflimmer (40 Hz) reduserte nivåene av Aβ1-40 og Aβ1-42 i den visuelle cortex av pre-deponerende mus7. Nylig rapporterte de videre at auditiv tonestimulering (40 Hz) forbedret anerkjennelse og romlig minne, reduserte amyloidproteinnivåer i hippocampus og auditiv cortex (AC) av 5XFAD-mus, og reduserte pTaukonsentrasjoner i P301S tauopathy model8. Disse resultatene indikerer at ikke-invasive teknikker kan påvirke Aβ og tau metabolisme.
Som et ikke-invasivt verktøy kan transkraniell magnetisk stimulering (TMS) elektrisk stimulere nevralt vev, inkludert ryggmargen, perifere nerver og hjernebark9. Videre kan det endre eksitabiliteten til hjernebarken på det stimulerte stedet og i funksjonelle forbindelser. Derfor har TMS blitt brukt til behandling av nevrodegenerative lidelser og prognostiske og diagnostiske tester. Den vanligste formen for klinisk intervensjon i TMS, rTMS, kan indusere cortex-aktivering, endre cortexens spenning og regulere kognitiv / motorisk funksjon.
Det ble rapportert at 20 Hz rTMS hadde en in vitro neuroprotective effekt mot oksidative stressorer, inkludert glutamat og Aβ og forbedret den generelle levedyktigheten til monoklonale hippocampale HT22-celler hos mus10. Etter 1 Hz rTMS-stimulering ble det β APP-cleaving enzymet 1, APP og C-terminalfragmentene i hippocampus betydelig redusert. Spesielt ble svekkelsen av langsiktig potensiering, romlig læring og minne i hippocampal CA1 reversert11,12. Bai et al. undersøkte effekten av rTMS på den Aβ-induserte gammaoscillasjonsdysfunksjonen under en arbeidsminnetest. De konkluderte med at rTMS kunne reversere Aβ-indusert dysfunksjon, noe som resulterte i potensielle fordeler for arbeidsminne13. Det er imidlertid få rapporter om effekten av rTMS på tau metabolisme og de dynamiske endringene i Aβ og tau i CSF før og etter rTMS. Denne protokollen beskriver prosedyren for å undersøke effekten av rTMS ved forskjellige frekvenser (lav frekvens, 1 Hz, høye frekvenser, 20 Hz og 40 Hz) på Aβ- og tau-nivåer i rhesus monkey CSF.
Aβ1-42, en veletablert biomarkør av AD, er en CSF kjernebiomarkør relatert til Aβ metabolisme og amyloid plakkdannelse i hjernen og har blitt mye brukt i kliniske studier og klinikken26. Nyere studier har vist at CSF Aβ42/Aβ40-forholdet er en bedre diagnostisk biomarkør for AD enn Aβ42 alene fordi det er en bedre indikator på AD-type patologi27,28. Tau- og pTau-proteiner slippes ut i det…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne ønsker å takke Sichuan Green-House Biotech Co, Ltd for å gi apestolen og andre relative enheter. Denne forskningen fikk ingen konkrete tilskudd fra noen finansieringsbyråer i offentlig, kommersiell eller ideell sektor.
Anesthesia Puncture Kit for Single Use | Weigao, Shandong, China | ||
CCY-I magnetic field stimulator | YIRUIDE MEDICAL, Wuhan, China | ||
GraphPad Prism version 7.0 | GraphPad Software, Inc., San Diego, CA, USA | ||
Human Amyloid Beta and Tau Magnetic Bead Panel | EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 USA | liquid chip detection | |
MILLIPLEX Analyst 5.1 | EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 USA | ||
Monkey Chair HH-E-1 | Brainsight, Cambridge, MA 02140 USA | ||
Zoletil 50 | Virbac, France | zolazepam–tiletamine |