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.
Declínio na memória explícita dependente do hipocampo (memória para fatos e eventos) é um dos primeiros sintomas clínicos da doença de Alzheimer (DA). Está bem estabelecido que a perda de sinapse e que se seguiu a neurodegeneração são os melhores preditores para perturbações da memória em AD. Últimos estudos têm enfatizado o papel neurotóxico de oligômeros beta-amilóide solúvel (Aβo) que começam a se acumular no cérebro humano aproximadamente 10 a 15 anos antes de os sintomas clínicos se tornam aparentes. Muitos relatórios indicam que Aβo solúvel correlacionar-se com déficits de memória em modelos AD e seres humanos. A neurodegeneração induzida por Aβo observada em culturas de fatias cerebrais e neuronais tem sido mais difícil de reproduzir, em muitos modelos animais. O modelo de infusões Aβo repetidas mostrado aqui ultrapassar este problema e permitir abordar dois domínios-chave para o desenvolvimento de nova doença modificando terapias: identificar marcadores biológicos para diagnosticar AD cedo, e determinar a mecha molecularnismos subjacentes défices de memória induzidos por Aβo no início da AD. Desde agregado Aβo solúvel relativamente rápido em fibrilas de Ap insolúvel que se correlacionam mal com o estado clínico dos pacientes, Aβo solúveis são preparados na hora e injetado uma vez por dia durante seis dias para produzir a morte celular acentuada no hipocampo. Usamos cânula especialmente desenhado para infusões simultâneas de Aβo e infusão contínua de anticorpo Aβo (6E10) no hipocampo utilizando bombas osmóticas. Esta inovadora no método in vivo podem agora ser utilizados em estudos pré-clínicos para validar a eficácia das terapias novas AD que pode evitar a deposição e de neurotoxicidade Aβo em pacientes pré-demência.
Foi inicialmente proposto que a acumulação de espécies de Ap insolúveis no cérebro foi central para AD patogênese. 1,2 No entanto, placas amilóides também são detectados em algumas cognitivamente normais idosos. 3-7 Para superar a fraca correlação existente entre as deposições de placa e déficits cognitivos em AD, recentes relatórios demonstraram a presença de Aβo solúvel tóxico no início da doença, que se correlacionam muito melhor com o estado clínico dos pacientes. 8-14 Uma vez que o processo de Ap oligomerização é muito dinâmico, sugeriu-se que a neurotoxicidade é induzido por vários Aβo em vez de apenas um tipo específico de oligómero. 14-16 uma vez que muitos estudos têm mostrado que Aβo pode iniciar disfunções sinapse antes da sinapse e perda neuronal, 17-24 teorias actuais indicam que o tratamento relacionadas com Ap pode ser eficaz em AD cedo do que em fases posteriores como testado até agora em ensaios clínicos.
Uma característica característica da AD patogênese é a morte maciça e generalizada de células observadas nos últimos estágios da doença, e da sinapse significativo e perda neuronal observada em regiões cerebrais localizadas quando os déficits de memória se tornar detectável no nível clínico. A via perfurante que se projeta a partir do córtex entorrinal (CE) no giro denteado (DG) é perturbado acentuadamente no início precoce da AD 25,26. Durante o estado prodromal da AD quando comprometimento cognitivo leve (MCI) torna-se a morte celular significativa aparente é detectado na CE, bem como perda sináptica no DG 25,26.
Apesar de um grande corpo de evidências identificou a ação tóxica de Aβo solúvel em AD cedo, 8-14 neurodegeneração induzida Aβo observado na cultura neuronal ou a cultura fatia do cérebro organot�ica tem sido mais difícil de reproduzir em modelos animais 27. A maior parte da AD transgênico modelos com superexpressão Aβ tem placas amilóides, hiperfosforilação tau, deficiência sináptica e déficits de memória. 27 No entanto, estes modelos têm sido muito menos bem sucedido na morte celular modelagem observado no hipocampo de pacientes com DA. Para superar esses problemas técnicos, desenvolvemos um modelo baseado em infusões intracerebrais de Aβo solúvel. Nós relatado anteriormente que repetiu infusões hipocampo de Aβo solúvel induzir a perda neuronal gradual e hiperfosforilação tau, duas características patológicas associadas com o declínio da memória em AD. 28 Aqui, nós estamos mostrando um novo método para testar AD terapias usando cânula especialmente desenhado para infusões simultâneas de Aβo e infusão contínua de anticorpo Aβo (6E10) com bombas osmóticas.
As bombas osmóticas fornecer uma forma única para testar in vivo a eficácia de qualquer anticorpo (ou outros compostos) contra a neurodegeneração induzida por Aβo directamente no local da infusão de Aβo. Assim, estas bombas represent uma ferramenta conveniente para estabelecer um sólido à prova de conceito sobre os mecanismos de acção de agentes terapêuticos potenciais na AD. Desde os relatórios recentes salientam o impacto crítico de Aβo solúveis nas fases iniciais da AD, muitos tratamentos dirigidos a Aβo está efectivamente a ser testado por laboratórios académicos e farmacêuticas. Este romance modelo animal permite imitar a perda sináptica e neuronal observado em AD cedo, e bombas osmóticos são utilizados para infundir continuamente agentes de tratamento especificamente no local de infusão a Aβo. As falhas repetitivas de terapias AD testados ao longo dos últimos anos em leve a moderada pacientes conforme solicitado pesquisadores para iniciar ensaios clínicos em doentes pré-demência antes Aβo começam a se acumular em abundância e gerar danos cerebrais irreversíveis. Neste contexto, o teste de novos compostos que impeçam a deposição e consequentemente a neurotoxicidade de Aβo pode ser de interesse em pacientes pré-clínicos.
Há passos críticos dentro deste protocolo que exigiam uma atenção especial. Quando a implantação da cânula, evite colocar cimento dental quando está muito líquido para evitar o bloqueio do buraco da segunda cânula. É importante colocar cimento dental na extremidade livre do cateter P50 ligado à bomba para evitar a irritação e um possível resposta inflamatória. No dia da cirurgia estereotáxica, usar cânula manequim que são do mesmo comprimento que a cânula guia a fim de evitar o bloqueio de uma cânula. No entanto, depois de instalar bombas de usar mais curto cânula manequim que parar antes do braço angular da cânula para permitir a infusão adequada da solução a partir da bomba para o hipocampo. Acompanhar de perto infusões Aβo e verificar se a bolha de ar feito em cateteres está se movendo de forma contínua durante as infusões. Certifique-se sempre que a cânula injetar está completamente inserida na cânula guia durante infusões.
Se o problema é o encontro durante a infusão de Ap, Verifique se a cânula interna não está bloqueado. Se for o caso, lavagem com água destilada estéril através da cânula interna. Se a cânula guia está obstruído, vire a cânula interna na cânula guia. Caso contrário mover a cânula interna cima e para baixo. Contenção no snuggle pode ser estressante para os ratos, especialmente no primeiro dia. Para diminuir o stress do animal, recomendamos para manipular e habituar ratos ao snuggle antes da cirurgia estereotáxica.
Muitas vantagens podem ser atribuídas a este novo e flexível na abordagem in vivo. De fato, a natureza do Aβo injectado pode ser controlar com precisão antes da infusão, e vários tipos de preparações de Ap (por exemplo sintético vs soluções Ap derivado do cérebro) pode ser injectado para avaliar a sua neurotoxicidade in vivo. Este modelo também pode ser utilizado para investigar os mecanismos pelos quais várias espécies de Ap (por exemplo, monómeros, de baixa e alta massa molecular oligomers, protofibras) pode induzir efeitos neurotóxicos in vivo, e como tratamentos como a imunoterapia pode neutralizar seu impacto deletério no cérebro. Uma vez que as infusões são executar em, animais livremente em movimento acordado, não há efeitos de confusão entre os agentes anestésicos e a solução Aβo em vias de sinalização, conforme demonstrado em estudos anteriores. 32,33 Infusões em movendo-se livremente animais são também compatível com testes comportamentais qualquer tempo antes e após as infusões.
Infusões de Aβo e instalação da bomba pode ser feito em animais de idades diferentes para determinar os efeitos de tratamentos Aβo e durante o envelhecimento. Uma vez que a neurodegeneração ocorre na vizinhança do local de infusão, sinapse e perda neuronal pode ser induzida em diferentes regiões do cérebro e localizadas. A infusão garantia de Aβo e controle (veículo ou precipitação de Ap) permite controlar qualquer mudança dentro do mesmo animal. Por outro lado, Aβo ou controlo Soldoras podem ser injectados bilateralmente no hipocampo direito e esquerdo, por exemplo ao testar animais em tarefas comportamentais. A infusão de Aβo e tratamento pode ser feito simultaneamente ou, alternativamente, as bombas podem ser instalados após a infusão Aβo para avaliar se o tratamento é eficaz após a deposição de Ap. O mesmo protocolo descrito aqui pode também ser utilizado quando se faz infusões intracerebroventricular de Aβo. O efeito de Aβo em vias de sinalização intracelular pode ser avaliada antes e após a perda neuronal dentro de um período de tempo razoavelmente curto. A dose e o número de infusões de Ap também pode ser ajustada para se obter uma mais ou menos grave Ap patogenicidade.
Embora muito versátil, esta técnica tem algumas limitações. implantação da cânula produz uma ruptura mecânica do tecido e neuroinflama�o nos primeiros dias após a cirurgia. Assim, é essencial que esperar pelo menos uma semana após a cirurgia antes de iniciar Aβo INFUsion, e para adicionar controles adequados (injecção de veículo ou corrida inativo Ap) a ter em conta esses eventos. Além disso, apenas um pequeno volume de Aβo pode ser infundido para limitar a difusão da solução.
As bombas osmóticos representam um método de entrega conveniente e exclusivo para validação pré-clínica de agentes destinados a prevenir a neurodegeneração induzida por Aâ. Uma vez que a imunoterapia com o anticorpo 6E10 foi mostrado anteriormente para diminuir a acumulação de Ap no cérebro, 31 utilizou-se o anticorpo 6E10 como uma prova de conceito para validar a nossa nova abordagem in vivo. A utilizado de bombas osmóticas neste modelo pode agora ser utilizado para desenvolver novas terapias modificadores da doença que pudesse evitar a deposição e de neurotoxicidade Aβo em pacientes com AD pré-clínicos.
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 |