Протокол для транскраниальной терапии фотомодуляции мышей
Summary
Фотомодуляция терапия является инновационным неинвазивной механизм для лечения широкого спектра неврологических и психиатрических расстройств и также может улучшить функцию здорового мозга. Этот протокол включает в себя пошаговое руководство для выполнения фотомодуляции мозга мышей, транскраниальная света доставки, которые могут быть адаптированы для использования в других лабораторных грызунов.
Abstract
Транскраниальная фотомодуляции является потенциальным инновационные неинвазивной терапевтический подход для улучшения мозга биоэнергетики, функции мозга в широком диапазоне неврологических и психиатрических расстройств и улучшения памяти в возрастных когнитивными и нейродегенеративных заболеваний. Мы описываем Лаборатория протокол для транскраниальной фотомодуляции терапии (PBMT) у мышей. Возрасте от мышей BALB/c (18 месяцев), рассматриваются с 660 нм лазер transcranially, один раз в день в течение 2 недель. Лазерная пропускание данных показывает, что примерно 1% падающего красный свет на волосистой части головы достигает 1 мм глубина от поверхности коры, проникая спинной гиппокампа. Результаты лечения проводится двумя методами: Барнс лабиринт тест, который является задача гиппокамп зависимых пространственного обучения и памяти оценки, и измерения гиппокампа уровнях ATP, которых используется в качестве индекса биоэнергетики. Результаты от Барнс задачи показывают повышение пространственной памяти в лазерное лечение возрасте мышей при сравнении с соответствием возраст элементов управления. Биохимический анализ после лазерного лечения показывает увеличение гиппокампа уровнях ATP. Мы постулат, что повышение производительности памяти потенциально связано улучшение гиппокампа энергии метаболизма, вызванных красным лазером. Замечания в мышей может быть продлен до других животных моделей, поскольку этот протокол потенциально могут быть адаптированы для других видов, часто используемых в Поступательное неврологии, как кролик, кошка, собака или обезьяна. Транскраниальная фотомодуляции является безопасной и экономически модальность, которая может быть многообещающим терапевтический подход в когнитивных нарушений, связанных с возрастом.
Introduction
PBMT, или низкого уровня лазерного света терапии (LLLT), это общий термин, который относится к терапевтические методы, основанные на стимулирование биологических тканей, световой энергии от лазеров или светоизлучающие диоды (СИД). Почти все PBMT лечения применяются с красным возле ИК-области спектра (NIR) света на длинах волн от 600 до 1100 Нм, мощностью от 1 до 500 МВт и флюенса, начиная от 20 Дж/см2 (см. Чун et al.1).
Транскраниальная PBMT — метод неинвазивного света доставки, который проводится облучение головы с использованием внешнего источника света (лазер или светодиоды)2. Для животных приложений этот метод включает в себя контактные или бесконтактные размещения LED или лазерный зонд на голову животного. В зависимости от области терапевтический интерес зондом света могут быть размещены на всю голову (для покрытия всех областях мозга) или через определенную часть головы, например префронтальной, лобной или теменной области. Частичная передача красный/NIR света через головы, череп и твердой мозговой оболочки может достигать корковых уровня поверхности и обеспечивают количество энергии фотона, достаточного для получения терапевтического эффекта. Впоследствии поставленный света Флюенс на уровне кортикальной будет передаются в серый и белый мозгового вещества, до тех пор, пока он достигает более глубоких структур мозга3.
Спектр поглощения цитохрома с-оксидазы, терминал ферментов дыхательной цепи митохондрий4соответствует света в спектральных диапазонах на красной far-red региона (600-680 нм) и раннего NIR региона (800-870 нм). Можно предположить, что PBMT в спектре красный/NIR вызывает фотодиссоциации оксида азота (NO) от цитохрома с-оксидазы, что привело к увеличению митохондриальной переноса электронов и, в конечном счете, увеличить СПС поколение5. Что касается нейрональных приложений потенциальные преимущества neurostimulatory мозга с помощью транскраниальной облучения, которую методы были зарегистрированы в различных доклинических исследований, в том числе грызунов модели черепно-мозговой травмы (ЧМТ)6, PBMT острый инсульт7, болезни Альцгеймера (AD)8, болезни Паркинсона (PD)9, депрессии10и старения11.
Старение мозга считается нейропсихологических условие, которое негативно сказывается на некоторых когнитивных функций, таких как обучение и память12. Митохондрии являются основным органеллы, ответственных за производство АТФ и Биоэнергетика нейронов. Митохондриальной дисфункции как известно быть связан с возрастным дефицитом в областях мозга, которые связаны с пространственной навигации памяти, таких как гиппокамп13. Потому что черепных лечение с красным/NIR свет главным образом акты модуляции митохондриальной биоэнергетики, достаточные поставки дозировки света в гиппокампе может привести к улучшение пространственной памяти результаты14.
Целью протокола является продемонстрировать транскраниальная PBMT процедуры в мышей, используя низкий уровень красного света. Описаны необходимые лазерные светопропускание измерений через головы ткани возрасте мышей. Кроме того Барнс лабиринт, как гиппокамп зависимых пространственного обучения и памяти задачи и гиппокампа уровни ATP, как индекс биоэнергетики, используются для оценки воздействия лечения животных.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы описываем протокол для проведения процедуры транскраниальная PBMT в мышах. Этот протокол предназначен для неврологии лаборатории, которые выполняют фотомодуляции исследования сосредоточены на грызунов. Однако этот протокол может быть адаптирована к другим лабораторных животных, к?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грант от Тебриза университета медицинских наук (Грант № 61019) для с.с.-E. и публикации гранту LiteCure LLC, Ньюарк, де, США до L.D.T. Авторы хотели бы поблагодарить Департамент иммунологии и центр развития образования (EDC) Тебриз университета медицинских наук за их любезное содействие.
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
- 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).
