To study the effects of Aβo in vivo, we developed a model based on repeated hippocampal infusions of soluble Aβo coupled with continuous infusion of Aβo antibody (6E10) in the hippocampus using osmotic pumps to counteract the neurotoxic effect of Aβo.
Baisse de la mémoire explicite hippocampique-dépendante (mémoire des faits et des événements) est l'un des premiers symptômes cliniques de la maladie d'Alzheimer (MA). Il est bien établi que la perte de synapses et de la neurodégénérescence qui a suivi sont les meilleurs prédicteurs de troubles de la mémoire dans AD. Les dernières études ont souligné le rôle neurotoxique des oligomères solubles de bêta-amyloïde (Aβo) qui commencent à accumuler dans le cerveau humain d'environ 10 à 15 ans avant que les symptômes cliniques deviennent apparents. De nombreux rapports indiquent que Aβo soluble en corrélation avec les déficits de mémoire dans les modèles AD et les humains. La neurodégénérescence induite par Aβo observée dans des cultures de coupes cérébrales et neuronales a été plus difficile à reproduire dans de nombreux modèles animaux. Le modèle de perfusions répétées Aβo montré ici à surmonter ce problème et permettre à aborder deux domaines clés pour le développement de nouvelles thérapies modifiant la maladie: identifier les marqueurs biologiques pour le diagnostic précoce AD, et déterminer le mecha moléculairemécanismes qui sous-tendent les déficits de mémoire Aβo induites au début de notre ère. Depuis soluble agrégat Aβo relativement rapide en fibrilles Aß insolubles qui se corrèlent mal avec l'état clinique des patients, Aβo solubles sont préparés fraîchement et injecté une fois par jour pendant six jours pour produire la mort cellulaire marquée dans l'hippocampe. Nous avons utilisé une canule spécialement conçu pour les perfusions simultanées de Aβo et perfusion continue d'anticorps Aβo (6E10) dans l'hippocampe en utilisant des pompes osmotiques. Cette innovante méthode in vivo peut maintenant être utilisé dans des études précliniques pour valider l'efficacité de nouvelles thérapies de la MA qui pourraient empêcher le dépôt et la neurotoxicité de Aβo chez les patients pré-démence.
Il a d' abord été proposé que l' accumulation d'espèces Aß insolubles dans le cerveau était au centre de la pathogenèse. 1,2 Cependant, les plaques amyloïdes sont également détectés dans certains cognitivement normaux personnes âgées. 3-7 Pour surmonter la faible corrélation existant entre les dépôts de plaque et les déficits cognitifs dans AD, les derniers rapports ont montré la présence de substances toxiques Aβo soluble à l'apparition de la maladie, qui sont en corrélation beaucoup mieux avec l'état clinique des patients. 8-14 Depuis le processus de Aß oligomérisation est très dynamique, il a été suggéré que la neurotoxicité est induite par divers Aβo au lieu d'un seul type spécifique d'oligomère. 14-16 Depuis de nombreuses études ont montré que Aβo peut initier des dysfonctionnements synaptiques avant synapse et la perte neuronale, 17-24 théories actuelles indiquent que le traitement Aß liés pourrait être efficace dans AD au début plutôt qu'à des stades ultérieurs tel que testé jusqu'à présent dans les essais cliniques.
Une caractéristique caractéristique de la MA pathogenèse est la mort massive et généralisée cellulaire observée dans les derniers stades de la maladie, et la synapse importante et la perte neuronale observée dans les régions cérébrales localisées lorsque les déficits de mémoire deviennent détectables au niveau clinique. La voie perforant qui projette du cortex entorhinal (CE) du gyrus denté (DG) est perturbée de façon marquée à l'apparition précoce de la MA. 25,26 Pendant l'état prodromique de AD lorsque la déficience cognitive légère (MCI) devient apparente mort cellulaire significative est détectée dans la CE ainsi que la perte synaptique dans la DG. 25,26
Bien qu'un grand nombre de preuves a mis en évidence l'action toxique du Aβo soluble au début de notre ère, 8-14 neurodégénérescence Aβo induite observée dans la culture neuronale ou la culture de tranches de cerveau organotypique a été plus difficile à reproduire dans les modèles animaux. 27 La plupart des AD transgénique modèles surexprimant Aβ ont des plaques amyloïdes, tau hyperphosphorylation, déficit synaptique et déficits de la mémoire. 27 Cependant, ces modèles ont été beaucoup moins de succès dans la mort cellulaire de modélisation observé dans l'hippocampe des patients atteints de MA. Pour surmonter ces problèmes techniques, nous avons développé un modèle basé sur des perfusions intracérébrales de Aβo soluble. Nous avons signalé précédemment que répétées perfusions hippocampiques de Aβo solubles induisent une perte neuronale progressive et tau hyperphosphorylation, deux caractéristiques pathologiques associés à un déclin de la mémoire dans la MA. 28 Ici, nous montrons une nouvelle méthode pour tester les thérapies de la MA en utilisant une canule spécialement conçu pour les perfusions simultanées de Aβo et perfusion continue d'anticorps Aβo (6E10) avec des pompes osmotiques.
Les pompes osmotiques constituent un moyen unique de tester in vivo l'efficacité d'un anticorps (ou d' autres composés) à l' encontre de la neurodégénérescence induite par Aβo directement sur le site de perfusion Aβo. Ainsi, ces pompes réédESENT un outil pratique pour établir une solide preuve de concept concernant les mécanismes d'action des agents thérapeutiques potentiels dans la MA. Depuis les rapports récents soulignent l'impact critique de Aβo soluble dans les premiers stades de la MA, de nombreux traitements dirigés vers Aβo sont réellement testés par des laboratoires académiques et pharmaceutiques. Ce nouveau modèle animal permet de mimer la perte synaptique et neuronale observée au début de la MA, et des pompes osmotiques sont utilisés pour perfuser en continu des agents de traitement spécifiquement au niveau du site de perfusion Aβo. Les échecs répétés des thérapies de la MA testés au cours des dernières années en légère à modérée patients comme incité les chercheurs à initier des essais chez des patients pré-démence avant Aβo commencent à accumuler abondamment et générer des dommages irréversibles au cerveau. Dans ce contexte, l'essai de nouveaux composés qui empêchent le dépôt, et par conséquent la neurotoxicité de Aβo pourrait être intéressant chez les patients pré-cliniques.
Il y a des étapes critiques dans ce protocole qui nécessitaient une attention particulière. Lors de l'implantation de la canule, d'éviter de mettre un ciment dentaire quand il est trop liquide pour empêcher le blocage du trou de la seconde canule. Il est important de placer un ciment dentaire à l'extrémité libre du cathéter P50 fixé à la pompe pour éviter une irritation et une réponse inflammatoire possible. Le jour de la chirurgie stéréotaxique, utilisez la canule factice qui sont de la même longueur de guide canule pour éviter le blocage de la canule. Cependant, après l'installation de pompes utilisent une canule plus courte factice qui arrête avant que le bras angulaire de la canule afin de permettre une bonne injection de la solution de la pompe vers l'hippocampe. Surveiller de près infusions Aβo et vérifiez que la bulle d'air fait dans les cathéters est en mouvement continu pendant les perfusions. Assurez-vous toujours que la canule d'injection est complètement inséré dans la canule de guidage pendant les perfusions.
Si le problème est la rencontre pendant la perfusion Aß, Vérifiez que la canule interne ne soit pas bloqué. Si tel est le cas, rincer l'eau distillée stérile à travers la canule interne. Si la canule de guidage est obstrué, tourner la canule interne dans la canule de guidage. Sinon déplacer la canule intérieure vers le haut et vers le bas. Contention dans le câlin peut être stressant pour les rats, en particulier le premier jour. Pour diminuer le stress de l'animal, il est recommandé de manipuler et habituer les rats à l'blottir avant la chirurgie stéréotaxique.
De nombreux avantages peuvent être attribués à ce roman et flexible approche in vivo. En effet, la nature de Aβo injectée peut contrôler avec précision avant la perfusion et le type de préparations d' Aß différent (par exemple synthétique contre des solutions d' Aß dérivé du cerveau) peut être injecté pour évaluer leur neurotoxicité in vivo. Ce modèle peut également être utilisé pour étudier les mécanismes par lesquels différentes espèces Aß (par exemple, des monomères, bas et haut poids moléculaire oligomers, protofibrils) peuvent induire des effets neurotoxiques in vivo, et comment des traitements comme l' immunothérapie pourraient contrecarrer leur impact délétère dans le cerveau. Étant donné que les perfusions sont exécutent dans des animaux librement mobiles éveillés, il n'y a pas de confusion entre les effets des agents anesthésiques et la solution Aβo sur les voies de signalisation, comme indiqué dans les études précédentes. 32,33 Infusions à se déplacer librement des animaux sont également compatibles avec les tests de comportement tout temps avant et après les perfusions.
Infusions de Aβo et l'installation de la pompe peuvent être effectuées chez l'animal d'âges différents afin de déterminer les effets des Aβo et des traitements au cours du vieillissement. Etant donné que la neurodégénérescence se produit au voisinage du site de perfusion, synaptique et une perte neuronale peuvent être induites dans des régions différentes et localisées cérébrales. La perfusion collatérale de Aβo et de contrôle (véhicule ou scramble Aß) permet le contrôle de tout changement dans le même animal. A l'inverse, Aβo ou le contrôle solutions peuvent être injectées de façon bilatérale dans le droit et l'hippocampe gauche, par exemple lors du test des animaux dans des tâches comportementales. Infusion de Aβo et le traitement peut être effectué simultanément ou alternativement des pompes peut être installé après la perfusion Aβo pour évaluer si le traitement est efficace après le dépôt Aß. Le même protocole que décrit ici peut également être utilisé lors de faire des infusions intracérébroventriculaire de Aβo. L'effet de Aβo sur les voies de signalisation intracellulaires peut être évaluée avant et après la perte neuronale dans un laps de temps relativement court. La dose et le nombre de perfusions Aß peuvent également être ajustés pour obtenir une pathogénicité Aß plus ou moins graves.
Bien que très polyvalent, cette technique a des limites. Canule implantation produit une rupture mécanique du tissu et neuroinflammation dans les premiers jours suivant la chirurgie. Ainsi, il est essentiel d'attendre au moins une semaine après la chirurgie avant de commencer Aβo INFUsion, et d'ajouter des contrôles appropriés (injection de véhicule ou scramble inactive Aß) à prendre en compte ces événements. De plus, seul un petit volume de Aβo peut être perfusée pour limiter la diffusion de la solution.
Les pompes osmotiques représentent une méthode de livraison pratique et unique pour la validation préclinique d'agents destinés à prévenir la neurodégénérescence induite par Aß. Depuis l' immunothérapie avec l'anticorps 6E10 a été montré précédemment pour diminuer l' accumulation de Aß dans le cerveau, 31 nous avons utilisé l'anticorps 6E10 comme une preuve de concept à valider notre nouvelle approche in vivo. L'utilisation de pompes osmotiques dans ce modèle peut maintenant être utilisé pour développer de nouvelles thérapies modifiant la maladie qui pourraient empêcher le dépôt et la neurotoxicité de Aβo chez les patients AD pré-cliniques.
The authors have nothing to disclose.
We thank Caroline Bouchard from the animal facility for the rat work. A.S. holds a J.A. De Sève master fellowship, and B.P. a COPSE fellowship from the Université de Montréal This work was funded by grants attributed to J.B. from FRQS-Pfizer and start-up funds from Hôpital du Sacré-Coeur de Montréal Research Center.
Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) | Harvard Apparatus | 59-7316 | |
PE50 Catheter thin wall | Plastics one | C232CT | |
Ketamine Hydrochloride (100 mg/mL) | Bioniche | 1989529 | |
Xylaxine Hydrochloride (100 mg/mL) | Bimeda | 8XYL004C | |
Meloxicam (5 mg/mL) | Norbrook | 215670I01 | |
Solution of chlorhexidine gluconate 2% and isopropyl alcohol 2% | Carefusion | 260100C | |
Lidocaine Hydrochloride | Alveda Pharma | 0122AG01 | |
Bupivacaine Hydrochloride | Hospira | 1559 | |
ophthalmic ointment | Baussh and Lomb inc. | 2125706 | |
stereotaxic frame | Stoelting | 51600 | |
stereotaxic cannula holder arm | Harvard Apparatus | 72-4837 | |
Drill | Dremel | 8050-N/18 | |
Guide Cannula | Plastics one | 326OPG/spc | |
Injection Cannula | Plastics one | C315I/spc | |
Dummy Cannula | Plastics one | C315DC/spc | |
Suture thread coated vicryl rapide 4-0 | Ethicon | VR2297 | |
Dental Acrylic Cement | Harvard Apparatus | 72-6906 | |
Screws | JI Morris Company | P0090CE125 | |
6E10 antibody (mouse IgG1 isotype) | BioLegend | 803003 | |
Mouse IgG1 isotype control antibody | Abcam | AB18447 | |
Alzet osmotic pumps model 1007D | Durect corporation | 290 | |
Isoflurane | Baxter | CA2L9100 | |
Amyloid-beta 1-42 | rPeptide | A-1163-1 | |
Hamilton syringe (10 µL) | Fisher Scientique | 14815279 | |
Infusion Syringe Pump CMA 402 | Harvard Apparatus | CMA8003110 | |
Syringe 1 mL | BD | 309659 | |
Needle 21G | Terumo | NN-2125R | |
Snuggle | Lomir Biomedical | RTS04 |