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Fotobiomodulação sob controles eletroencefalográficos do sono para estimulação da remoção linfática de toxinas do cérebro de camundongos

Published: June 28, 2024
doi:
10.3791/67035
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1Department of Biology,Saratov State University, 2Institute of Physics, Department of Optics and Biophotonics,Saratov State University, 3Institute of Biochemistry and Physiology of Plants and Microorganisms,Saratov Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences

Summary

Este estudo apresenta a tecnologia não invasiva e portátil de fotobiomodulação transcraniana sob controle eletroencefalográfico para estimulação da remoção linfática de toxinas (por exemplo, beta-amiloide solúvel) do cérebro de camundongos machos BALB/c idosos e não anestesiados durante o sono profundo natural.

Abstract

Os vasos linfáticos meníngeos (MLVs) desempenham um papel importante na remoção de toxinas do cérebro. O desenvolvimento de tecnologias inovadoras para a estimulação das funções do MLV é uma direção promissora no progresso do tratamento de várias doenças cerebrais associadas a anormalidades do MLV, incluindo doenças de Alzheimer e Parkinson, tumores cerebrais, lesões cerebrais traumáticas e hemorragias intracranianas. O sono é um estado natural quando os processos de drenagem do cérebro são mais ativos. Portanto, a estimulação da drenagem cerebral e dos MLVs durante o sono pode ter os efeitos terapêuticos mais pronunciados. No entanto, essas tecnologias comerciais não existem atualmente.

Este estudo apresenta uma nova tecnologia portátil de fotobiomodulação transcraniana (tPBM) sob controle eletroencefalográfico (EEG) do sono, projetada para fotoestimular a remoção de toxinas (por exemplo, beta amilóide solúvel (Aβ)) do cérebro de camundongos BALB/c envelhecidos com a capacidade de comparar a eficácia terapêutica de diferentes recursos ópticos. A tecnologia pode ser usada na condição natural de uma gaiola doméstica sem anestesia, mantendo a atividade motora dos camundongos. Esses dados abrem novas perspectivas para o desenvolvimento de fototecnologias não invasivas e clinicamente promissoras para a correção de alterações relacionadas à idade nas funções do MLV e nos processos de drenagem do cérebro e para a limpeza eficaz dos tecidos cerebrais de metabólitos e toxinas. Esta tecnologia destina-se tanto a estudos pré-clínicos das funções do cérebro adormecido quanto ao desenvolvimento de tratamentos clinicamente relevantes para doenças cerebrais relacionadas ao sono.

Introduction

Os vasos linfáticos meníngeos (MLVs) desempenham um papel importante na remoção de toxinas e metabólitos dos tecidos cerebrais 1,2,3. O dano dos MLVs em várias doenças cerebrais, incluindo tumores, lesões cerebrais traumáticas, hemorragias e processos neurodegenerativos, é acompanhado por uma diminuição nas funções do MLV, levando à progressão dessas patologias 1,2,3,4,5,6 . Portanto, o desenvolvimento de métodos para a estimulação de MLVs abre novos horizontes no surgimento de tecnologias eficazes para o tratamento de doenças cerebrais. Recentemente, a tecnologia não invasiva para fotobiomodulação transcraniana eficaz (tPBM) foi proposta para estimular MLVs e remover toxinas como sangue e Aβ do cérebro 5,7,8,9,10,11,12. É interessante notar que o sono profundo é um fator natural para a ativação dos processos de drenagem linfática no cérebro 13,14. Com base nesse fato, é lógico supor que o tPBM dos MLVs durante o sono possa ter efeitos terapêuticos mais eficazes do que durante a vigília 9,11,12,15. No entanto, atualmente não existem tecnologias comerciais para tPBM durante o sono16. Além disso, experimentos com animais para estudar os efeitos terapêuticos do tPBM são realizados sob anestesia, o que é necessário para fornecer luz com precisão ao cérebro. No entanto, a anestesia afeta significativamente a drenagem do cérebro, o que reduz a qualidade dos resultados da pesquisa17.

Aβ é um produto metabólico da atividade neural normal18. Como foi estabelecido em neurônios corticais de ratos cultivados, Aβ é liberado deles em altas taxas para o espaço extracelular (2-4 moléculas/neurônio/s para Aβ)19. Há evidências de que a forma dissolvida de Aβ, localizada nos espaços extracelular e perivascular, é mais tóxica para os neurônios e sinapses20. O Aβ solúvel é rapidamente eliminado do cérebro humano durante 1-2,5 h21. Os MLVs são os túneis para a remoção do Aβ solúvel do cérebro 1,7 que diminui com a idade, levando ao acúmulo de Aβ no cérebro envelhecido 1,22. Há evidências de que anormalidades extracelulares dos níveis de Aβ no cérebro se correlacionam com o desempenho cognitivo no envelhecimento e estão associadas ao desenvolvimento da doença de Alzheimer (DA)23,24. Portanto, roedores idosos e idosos são considerados alternativas aos modelos transgênicos para o estudo da amiloidose, incluindo a DA25,26.

Este estudo apresenta uma tecnologia tPBM original e portátil sob controle eletroencefalográfico (EEG) do sono profundo ou de movimento ocular não rápido (NREM) em camundongos BALB/c machos não anestesiados de diferentes idades para estimular a depuração linfática de Aβ do cérebro para o sistema linfático periférico (os linfonodos cervicais profundos, dcLNs).

Protocol

Todos os procedimentos foram realizados de acordo com o “Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório”, Diretiva 2010/63/UE sobre a Proteção de Animais Usados para Fins Científicos e as diretrizes do Ministério da Ciência e Ensino Superior da Federação Russa (Nº 742 de 13.11.1984), que foram aprovadas pela Comissão de Bioética da Universidade Estadual de Saratov (Protocolo nº 7, 22.09.2022). 1. Montagem de hardware Corte um pedaço de papel alumí…

Representative Results

Na primeira etapa, o estudo se concentrou em estabelecer a dose de luz efetiva (um LED de 1050 nm) para estimulação da remoção linfática de Aβ fluorescente do cérebro para dcLNs em camundongos BALB/c machos adultos acordados (2-3 meses de idade, 26-29 g). As doses de luz foram selecionadas aleatoriamente como 10 J/cm2, 20 J/cm2 e 30 J/cm2 com base em nossos estudos anteriores sobre os efeitos do tPBM na remoção de diferentes corantes e glóbulos vermelhos do cérebro<s…

Discussion

Os MLVs são um alvo importante para o desenvolvimento de tecnologias inovadoras para modulação da drenagem cerebral e remoção de detritos e resíduos celulares do cérebro, especialmente em idosos cuja função MLV diminui 1,22. Em um estado homeostático, o sono profundo está associado à ativação natural da limpeza do tecido cerebral13,14. Portanto, é óbvio esperar que a estimulação de MLVs …

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Esta pesquisa foi apoiada por uma bolsa da Fundação Russa de Ciência (nº 23-75-30001).

Materials

0.1% Tween20 Helicon,  Russia SB-G2009-100ML
Catheter Scientific Commodities Inc., USA PE-10, 0.28 mm ID × 0.61 mm OD
CO2 chamber Binder, Germany CB-S 170
Confocal microscop Nikon, Japan A1R MP
Dental acrylic Zermack, Poland-Russia Villacryl S, V130V4Z05
Drill Foredom, Russia SR W-0016
Dumont forceps Stoelting, USA 52100-07
Evans Blue dye Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA 206334
Hamilton Hamilton Bonaduz AG, Switzerland 29 G needle
Ibuprofen Sintez OJSC, Russia N/A  Analgesic drug
Insulin needle INSUPEN, Italy 31 G, 0.25 mm x 6 mm
Micro forceps Stoelting, USA 52102-02P
Microcentrifuge Gyrozen, South Korea GZ-1312
Microinjector Stoelting, USA 53311
Non-sharp tweezer Stoelting, USA 52108-83P
PINNACLE system Pinnacle Technology, USA 8400-K3-SL System for recording EEG (2 channels) and EMG (1 channel) of mice
Shaving machine Braun Series 3310s
Single and multi-channel pipettes Eppendorf, Austria Epp 3120 000.020, Epp 3122 000.019
Sodium chloride Kraspharma, Russia N/A
Soldering station AOYUE, China N/A
Stereotaxic frame Stoelting, USA 51500
Straight dissecting scissors Stoelting, USA 52132-10P
Tetracycline JSC Tatkhimfarmpreparaty, Russia N/A Eye ointment
Tweezer Stoelting, USA 52100-03
Ultrasonic cell disrupter Biobase, China USD-500
Wound retractor Stoelting, USA 52125
Xylanit Nita-Farm, Russia N/A Muscle relaxant
Zoletil 100 Virbac Sante Animale, France N/A General anesthesia
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Referencias

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Blokina, I., Iluykov, E., Myagkov, D., Tuktarov, D., Popov, S., Inozemzev, T., Fedosov, I., Shirokov, A., Terskov, A., Dmitrenko, A., Evsyukova, A., Zlatogorskaya, D., Adushkina, V., Tuzhilkin, M., Manzhaeva, M., Krupnova, V., Dubrovsky, A., Elizarova, I., Tzoy, M., Semyachkina-Glushkovskaya, O. Photobiomodulation Under Electroencephalographic Controls of Sleep for Stimulation of Lymphatic Removal of Toxins from Mouse Brain. J. Vis. Exp. (208), e67035, doi:10.3791/67035 (2024).
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