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.
Disminución de la memoria explícita dependiente del hipocampo (memoria de hechos y acontecimientos) es uno de los primeros síntomas clínicos de la enfermedad de Alzheimer (EA). Está bien establecido que la pérdida de sinapsis y la consiguiente neurodegeneración son los mejores predictores de deterioro de la memoria en la EA. Los últimos estudios han puesto de relieve el papel neurotóxico de oligómeros de amiloide-beta solubles (Aβo) que comienzan a acumularse en el cerebro humano aproximadamente de 10 a 15 años antes de que los síntomas clínicos se hacen evidentes. Muchos informes indican que Aβo soluble se correlacionan con los déficits de memoria en los modelos de AD y los seres humanos. La neurodegeneración inducida por Aβo observado en cultivos de cortes cerebrales y neuronales ha sido más difícil de reproducir en muchos modelos animales. El modelo de infusiones repetidas Aβo muestran superar este problema y permitir abordar dos ámbitos clave para el desarrollo de nuevas terapias modificadores de la enfermedad: identificar marcadores biológicos para el diagnóstico de Alzheimer precoz, y determinar el mecha molecularmeca- que sustenta los déficits de memoria inducidos por Aβo en el comienzo de la AD. Desde solubles agregada Aβo relativamente rápido en fibrillas insolubles Aß que se correlacionan pobremente con el estado clínico de los pacientes, Aβo solubles se preparan recién y se inyecta una vez al día durante seis días para producir la muerte celular marcada en el hipocampo. Utilizamos cánula especialmente diseño para infusiones simultáneas de Aβo y la infusión continua de anticuerpo Aβo (6E10) en el hipocampo usando bombas osmóticas. Este innovador método in vivo ahora se puede utilizar en estudios preclínicos para validar la eficacia de las nuevas terapias de anuncios que podrían impedir la deposición y neurotoxicidad de Aβo en pacientes pre-demencia.
Inicialmente se propuso que la acumulación de especies de Aß insolubles en el cerebro fue central en la patogénesis de la EA. 1,2 Sin embargo, las placas amiloides también se detectan en algunos ancianos cognitivamente normales. 3-7 Para superar la pobre correlación existente entre los depósitos de placa y déficits cognitivos en el año, los últimos informes han demostrado la presencia de Aβo solubles tóxicos en el inicio de la enfermedad, lo que se correlaciona mejor con el estado clínico de los pacientes. 8-14 Dado que el proceso de Aß oligomerización es muy dinámico, se sugirió que la neurotoxicidad es inducida por diversas Aβo en lugar de sólo un tipo específico de oligómero. 14-16 Dado que muchos estudios han demostrado que Aβo puede iniciar disfunciones sinapsis antes de sinapsis y la pérdida neuronal, 17-24 teorías actuales indican que el tratamiento relacionadas con el Aß podría ser eficaz en AD temprana en lugar de en las etapas posteriores, según pruebas realizadas hasta el momento en los ensayos clínicos.
Una característica distintiva de la patogénesis de la EA es la muerte celular masiva y generalizada observada en las últimas etapas de la enfermedad, y la sinapsis significativa y pérdida neuronal observada en regiones localizadas del cerebro cuando los déficits de memoria se hacen detectables a nivel clínico. La vía perforante que se proyecta desde la corteza entorrinal (CE) para el giro dentado (DG) es perturbado notablemente en el inicio temprano de la EA. 25,26 Durante el estado prodrómico de AD cuando el deterioro cognitivo leve (MCI) se convierte en una muerte celular significativa aparente se detecta en la CE, así como la pérdida sináptica en la Dirección General de 25,26.
Aunque un gran número de evidencias ha establecido claramente la acción tóxica de Aβo soluble en principios de AD, 8-14 neurodegeneración inducida por Aβo observó en el cultivo neuronal o cultivo de cortes de cerebro organotípicos ha sido más difícil de reproducir en modelos animales. 27 La mayor parte de la AD transgénico modelos que sobreexpresan Aβ tienen placas amiloides, la hiperfosforilación de tau, la deficiencia de sináptica y déficits de memoria. 27 Sin embargo, estos modelos han sido mucho menos exitosos en la muerte celular de modelado observado en el hipocampo de pacientes con AD. Para superar estos problemas técnicos hemos desarrollado un modelo basado en infusiones intracerebrales de Aβo soluble. Hemos informado anteriormente de que las infusiones repetidas de hipocampo de Aβo solubles inducen la pérdida neuronal progresiva y la hiperfosforilación de tau, dos características patológicas asociadas con la pérdida de memoria en la EA. 28 A continuación, le mostramos un nuevo método para probar terapias AD usando una cánula especialmente diseño para infusiones simultáneas de Aβo y la infusión continua de anticuerpo Aβo (6E10) con bombas osmóticas.
Las bombas osmóticas proporcionan una forma única de probar in vivo la eficacia de cualquier anticuerpo (u otros compuestos) frente a la neurodegeneración inducida por Aβo directamente en el sitio de infusión de Aβo. Por lo tanto, estas bombas represent una herramienta conveniente para establecer una prueba de concepto sólido con respecto a los mecanismos de acción de los agentes terapéuticos potenciales en la EA. Dado que los informes recientes señalan el impacto crítico de Aβo soluble en las primeras etapas de la EA, muchos tratamientos dirigidos hacia Aβo en realidad están siendo probados por laboratorios académicos y farmacéuticas. Este nuevo modelo animal permite imitar la pérdida sináptica y neuronal observada en la enfermedad de Alzheimer precoz, y bombas osmóticas se utilizan en infusión continua agentes de tratamiento específicamente a la zona de infusión Aβo. Los fracasos repetidos de terapias AD ensayadas en los últimos años en los pacientes leves a moderados como llevado a los investigadores a iniciar los ensayos en pacientes pre-demencia antes Aβo comienzan a acumularse en abundancia y generar daños irreversibles en el cerebro. En este contexto, el ensayo de nuevos compuestos que impiden la deposición y en consecuencia, la neurotoxicidad de Aβo podría ser de interés en los pacientes pre-clínicos.
Hay pasos críticos dentro de este protocolo que requieren una atención especial. Para la implantación de la cánula, evitar poner cemento dental cuando es demasiado líquido para evitar el bloqueo del orificio de la segunda cánula. Es importante colocar el cemento dental en el extremo libre del catéter P50 unida a la bomba para evitar la irritación y una posible respuesta inflamatoria. El día de la cirugía estereotáxica, el uso de la cánula ficticia que son la misma longitud que la cánula guía para evitar el bloqueo de la cánula. Sin embargo, después de la instalación de bombas utilizan más corto cánula ficticia que detenga antes el brazo de ángulo de la cánula para permitir la infusión adecuada de la solución desde la bomba hasta el hipocampo. Seguir de cerca las infusiones Aβo y compruebe que la burbuja de aire hecho en catéteres se mueve de forma continua durante las infusiones. Asegúrese siempre de que la cánula de inyección está completamente insertada en la cánula guía durante las infusiones.
Si el problema es el encuentro durante la infusión de Aß, Compruebe que la cánula interna no está bloqueado. Si es el caso, eliminar agua destilada estéril a través de la cánula interna. Si se obstruye la cánula guía, gire la cánula interna en la cánula guía. De lo contrario mover la cánula interna hacia arriba y abajo. Contención en el Snuggle puede ser estresante para las ratas, especialmente en el primer día. Para disminuir el estrés del animal, se recomienda manipular y habituarse a las ratas del Snuggle antes de la cirugía estereotáxica.
Muchas ventajas pueden atribuirse a este novedoso y flexible enfoque in vivo. De hecho, la naturaleza de Aβo inyecta se puede controlar con precisión antes de la infusión, y diferentes tipos de preparaciones de Aß (por ejemplo sintético vs soluciones Aß derivados del cerebro) se puede inyectar para evaluar su neurotoxicidad in vivo. Este modelo también se puede utilizar para investigar los mecanismos por los cuales las diversas especies de Aß (por ejemplo, monómeros, de bajo y alto peso molecular oligomers, protofibrillas) pueden inducir efectos neurotóxicos in vivo, y cómo los tratamientos como la inmunoterapia podrían contrarrestar su impacto negativo en el cerebro. Dado que las infusiones se realizan en animales despiertos, con libertad de movimiento, no hay efectos de confusión entre los agentes anestésicos y la solución Aβo en las vías de señalización, como se muestra en los estudios anteriores. Infusiones 32,33 moverse libremente en animales también son compatibles con las pruebas de comportamiento de cualquier tiempo antes y después de las infusiones.
Las infusiones de Aβo y la instalación de la bomba se pueden hacer en animales de diferentes edades para determinar los efectos de Aβo y tratamientos durante el envejecimiento. Desde la neurodegeneración se produce en las proximidades de la zona de infusión, sinapsis y la pérdida neuronal se pueden inducir en diferentes y localizados regiones del cerebro. La infusión colateral de Aβo y control (vehículo o scramble Aß) permite controlar por cualquier cambio en el mismo animal. A la inversa, Aβo o control solluciones se pueden inyectar de forma bilateral en el derecho y el hipocampo izquierdo, por ejemplo al probar los animales en las tareas de comportamiento. La infusión de Aβo y el tratamiento se puede realizar de forma simultánea o alternativamente bombas pueden ser instalados después de la infusión Aβo para evaluar si el tratamiento es eficaz después de la deposición de Aß. El mismo protocolo descrito aquí también se puede usar al hacer infusiones intracerebroventricular de Aβo. El efecto de Aβo sobre las vías de señalización intracelular puede ser evaluada antes y después de la pérdida neuronal dentro de un plazo razonablemente breve. La dosis y el número de infusiones de Aß también se pueden ajustar para obtener una más o menos grave patogenicidad Aß.
Aunque es muy versátil, esta técnica tiene algunas limitaciones. Cánula implantación produce una rotura mecánica del tejido y la neuroinflamación en los primeros días después de la cirugía. Por lo tanto, es esencial que esperar al menos una semana después de la cirugía antes de comenzar Aβo INFUsión, y añadir controles adecuados (inyección de vehículo o scramble inactiva Aß) a tener en cuenta estos hechos. Además, sólo un pequeño volumen de Aβo puede ser infundido para limitar la difusión de la solución.
Las bombas osmóticas representan un método de entrega conveniente y único para la validación preclínica de agentes diseñados para prevenir la neurodegeneración inducida por Aß. Desde la inmunoterapia con el anticuerpo 6E10 se ha demostrado previamente para disminuir la acumulación de Aß en el cerebro, 31 se utilizó el anticuerpo 6E10 como un concepto de prueba de validar nuestro nuevo enfoque in vivo. El utilizada de bombas osmóticas en este modelo ahora podría utilizarse para desarrollar nuevos tratamientos modificadores de la enfermedad que podrían impedir la deposición y neurotoxicidad de Aβo en pacientes con EA pre-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 |