Summary

Acupunctuurbehandeling in een muismodel van chronische hypoxie-geïnduceerde cognitieve disfunctie

Published: December 08, 2023
doi:

Summary

Hier beschrijven we een protocol voor het implementeren van milde anesthesie- en acupunctuurbehandeling op een muismodel met chronische hypoxie en het uitvoeren van gedragstests om de cognitieve veranderingen na de behandeling te beoordelen.

Abstract

De behandeling van aandoeningen van het centrale zenuwstelsel heeft consequent aanzienlijke uitdagingen voor de medische wereld met zich meegebracht. Acupunctuur, een niet-farmacologische praktijk die geworteld is in de traditionele Chinese geneeskunde, omvat het inbrengen van fijne naalden op precieze punten op het lichaam en wordt vaak gebruikt voor de behandeling van verschillende aandoeningen. Onlangs is acupunctuur naar voren gekomen als een veelbelovende therapeutische interventie voor een reeks neurologische aandoeningen, waaronder angst en ademhalingsstoornissen. Het potentieel van acupunctuur bij de behandeling van cognitieve disfunctie veroorzaakt door chronische hypoxie is echter nog niet onderzocht. Dit artikel presenteert een uitgebreid protocol voor het opstellen van een muismodel van chronische hypoxie-geïnduceerde cognitieve stoornissen, het toedienen van milde anesthesie, het uitvoeren van acupunctuurbehandelingen en het beoordelen van gedragsveranderingen en geheugenvaardigheden met behulp van open veldtests en waterdoolhoven. Het stap-voor-stap protocol geeft gedetailleerde instructies voor het nauwkeurig lokaliseren en positioneren van acupunten en naalden voor cognitieve verbetering. Door dit protocol te gebruiken, kunnen onderzoekers systematische studies uitvoeren om het therapeutisch potentieel van acupunctuur voor cognitieve disfunctie grondig te evalueren.

Introduction

De wereldbevolking wordt momenteel geconfronteerd met een kritiek vergrijzingsprobleem, wat resulteert in een snelle toename van de prevalentie van cognitieve stoornissen. De wereldwijde incidentie van cognitieve stoornissen is ongeveer 53,97 per 1000 persoonsjaren1. Chronische cerebrale hypoxie veroorzaakt door vasculaire disfunctie of stoornissen in de bloedsomloop/luchtwegen blijft een van de belangrijkste risicofactoren voor ouderdomsdementie2. Eerdere studies hebben aangetoond dat cerebrale hypoxie de afzetting van amyloïde-β kan verhogen door de BACE1-expressie te wijzigen3. Bovendien is hypoxie in verband gebracht met ontregeling van gliacellen en neuro-inflammatie 4,5. Ondanks de groeiende omvang van dit probleem, ontbreken er momenteel effectieve westerse medicijnen voor het voorkomen van chronische hypoxie-geïnduceerde cognitieve achteruitgang. Niet-farmacologische traditionele Chinese geneeskunde, met name acupunctuur, wordt al duizenden jaren gebruikt om cognitieve stoornissen te behandelen en heeft veelbelovende resultaten opgeleverd bij het verlichten van neurodegeneratieve ziekten 6,7. De Baihui-, Shenting- en Zusanli-acupunten zijn effectieve punten voor de behandeling van cognitieve disfunctie 8,9. Klinische studies hebben aangetoond dat elektro-acupunctuurtherapie de Montreal Cognitive Assessment (MoCA) en Mini-Mental State Examination (MMSE)-scores bij patiënten met vasculaire cognitieve stoornissen aanzienlijk verbetert en cognitieve disfunctie effectief verbetert8. Hoewel studies hebben gesuggereerd dat acupunctuur het geheugenvermogen van ratten met arteriële ligatie aanzienlijk kan verbeteren – een acute cerebrale hypoxiemodellen10, een acuut cerebraal hypoxiemodel, is er geen rapport over de effecten van acupunctuur in een knaagdiermodel met chronische hypoxie-geïnduceerde cognitieve stoornissen. Het gebrek aan onderzoek naar het mechanisme heeft de klinische toepassing ervan aanzienlijk belemmerd.

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat het onderwerpen van ratten aan een hypoxische omgeving gedurende een periode van 8 weken de niveaus van oxidatieve stress en ontsteking in de hersenen aanzienlijk kan verhogen, wat resulteert in een afname van de geheugenfunctie11. De huidige studie heeft tot doel de impact van acupunctuur op knaagdiermodellen te onderzoeken om ons begrip te vergroten. Het is echter vermeldenswaard dat anesthesie meestal vereist is tijdens acupunctuurbehandeling bij knaagdieren vanwege de kans op agitatie tijdens herhaalde stimulatie. Langdurige anesthesie kan de cognitieve functie bij muizen aanzienlijk beïnvloeden, aangezien de meeste anesthetica neurale activiteit kunnen onderdrukken en de informatieverwerking kunnen belemmeren, wat leidt tot gedragsstoornissen12. Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat het toedienen van 2,5% sevofluraan gedurende een duur van 6 uur het ruimtelijk geheugen, het leervermogen en de aandacht bij muizen aanzienlijk kan aantasten13. Bovendien zijn er aanwijzingen dat hoge doses anesthesie kunnen leiden tot neuronale dood of zenuwbeschadiging bij muizen14. Daarom is het absoluut noodzakelijk om een geschikte aanpak te vinden om de totale hoeveelheid gebruikte anesthesie te minimaliseren. In deze studie introduceren we een effectieve acupunctuurmethode voor de behandeling van muizen met cognitieve stoornissen, samen met gedragstests om hun geheugenvermogen te beoordelen. Belangrijk is dat we een aangepaste anesthesietechniek voor de behandeling presenteren die de totale dosering van anesthesie die tijdens het experiment wordt toegediend, effectief kan verminderen.

Protocol

De dierproeven werden uitgevoerd met goedkeuring van de Commissie voor Dieronderzoek en Ethiek van het Hebei Yiling Medical Research Institute (erkenningsnummer: N2022148). Mannelijke C57BL/6J-muizen met een gewicht van 18-22 g (zie materiaaltabel) werden ondergebracht in het nieuwe geneesmiddelenevaluatiecentrum van het Hebei Yiling Medical Research Institute. Ze kregen normaal voedsel en schoon water en werden dagelijks 12 uur blootgesteld aan kunstlicht. De kamers handhaafden een gecontroleerd tempera…

Representative Results

Karakteriseren van de bewegingstrajecten van muizen in het open veld experimentDe trajectkaart laat zien dat muizen in de normale groep een sterke neiging vertonen tot verkenning in onbekende omgevingen. Hun activiteitstrajecten zijn voornamelijk geconcentreerd in de hoeken en bestrijken het hele open veld (linkerpaneel). Daarentegen vertoont de langdurige hypoxie-modelgroep van muizen een significant verminderd verlangen om een nieuwe omgeving te verkennen. Ze blijven overwegend in de hoeken hangen …

Discussion

Acupunctuur, een niet-farmacologische medische praktijk die meer dan 2,000 jaar geleden in China is ontstaan, omvat het inbrengen van dunne naalden op specifieke punten op het lichaam die bekend staan als acupunctuurpunten. Aangenomen wordt dat deze punten met elkaar verbonden zijn door kanalen of meridianen waardoor de vitale energie van het lichaam, of ‘qi’, stroomt. Door deze punten te stimuleren, heeft acupunctuur tot doel het evenwicht en de harmonie in het lichaam te herstellen. Het is aange…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd ondersteund door het W&T-programma van Hebei (nr. E2020100001 en nr. 22372502D), het W&T-talentproject op hoog niveau van Shijiazhuang (nr. 07202203).

Materials

10% paraformaldehyde solution Bioroyee (Beijing) Biotechnology Co., Ltd RL3234
ANY-maze Science  SA201 Video tracking system
C75BL/6J mice BEIJING HFK BIOSCIENCE CO.,LTD No.110322220103041767 Gender: Male,  Weight: 18–22 g
Electroacupuncture device Great Wall KWD-808 I
Hwato acupuncture  needle Suzhou Medical Appliance Factory 2655519 
Isoflurane RWD Life Science Co.,Ltd R510-22
NanoZoomer Digital Pathology Hamamatsu Photonics K. K C9600-01
Small animal anesthesia machine RWD YL-LE-A106

References

  1. Pais, R., Ruano, L., Carvalho, O. P., Barros, H. Global cognitive impairment prevalence and incidence in community dwelling older adults- A systemic review. Geriatrics. 5 (4), 84 (2020).
  2. Tian, Z., Ji, X., Liu, J. Neuroinflammation in vascular cognitive impairment and dementia: Current evidence, advances, and prospects. International Journal of Molecular Sciences. 23 (11), 6224 (2022).
  3. Yuan, Y., et al. Activation of ERK-Drp1 signaling promotes hypoxia-induced Aβ accumulation by upregulating mitochondrial fission and BACE1 activity. FEBS open bio. 11 (10), 2740-2755 (2021).
  4. Zhu, X., et al. NLRP3 deficiency protects against hypobaric hypoxia induced neuroinflammation and cognitive dysfunction. Ecotoxicology and Environmental Safety. 255, 114828 (2023).
  5. Li, B., Dasgupta, C., Huang, L., Meng, X., Zhang, L. MiRNA-210 induces microglial activation and regulates microglia-mediated neuroinflammation in neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy. Cellular & Molecular Immunology. 17 (9), 976-991 (2020).
  6. Cai, M., Lee, J. H., Yang, E. J. Electro-acupuncture attenuates cognition impairment via anti-neuroinflammation in an Alzheimer’s disease animal model. Journal of Neuroinflammation. 16 (1), 264 (2019).
  7. Xie, L., et al. Electro-acupuncture improves M2 microglia polarization and glia anti-inflammation of hippocampus in Alzheimer’s disease. Frontiers in Neuroscience. 15, 689629 (2021).
  8. Huang, L., et al. Effects of acupuncture on vascular cognitive impairment with no dementia: A randomized controlled trial. Journal of Alzheimer’s Disease: JAD. 81 (4), 1391-1401 (2021).
  9. Xi, L., Fang, F., Yuan, H., Wang, D. Transcutaneous electrical acupoint stimulation for postoperative cognitive dysfunction in geriatric patients with gastrointestinal tumor: a randomized controlled trial. Trials. 22 (1), 563 (2021).
  10. Du, S. Q., et al. Acupuncture inhibits TXNIP-associated oxidative stress and inflammation to attenuate cognitive impairment in vascular dementia rats. CNS Neuroscience & Therapeutics. 24 (1), 39-46 (2018).
  11. Zhang, C. E., et al. Hypoxia-induced tau phosphorylation and memory deficit in rats. Neuro-Degenerative Diseases. 14 (3), 107-116 (2014).
  12. Liang, X., Zhang, R. Effects of minocycline on cognitive impairment, hippocampal inflammatory response, and hippocampal Alzheimer’s related proteins in aged rats after propofol anesthesia. Disease Markers. 2022, 4709019 (2022).
  13. Lee, J. R., et al. Effect of dexmedetomidine on sevoflurane-induced neurodegeneration in neonatal rats. British Journal of Anaesthesia. 126 (5), 1009-1021 (2021).
  14. Matsumoto, Y., Fujino, Y., Furue, H. Anesthesia and surgery induce a functional decrease in excitatory synaptic transmission in prefrontal cortex neurons, and intraoperative administration of dexmedetomidine does not elicit the synaptic dysfunction. Biochemical and Biophysical Research Communications. 572, 27-34 (2021).
  15. Kraeuter, A. K., Guest, P. C., Sarnyai, Z. The open field test for measuring locomotor activity and anxiety-like behavior. Methods in Molecular Biology. 1916, 99-103 (2019).
  16. Bromley-Brits, K., Deng, Y., Song, W. Morris water maze test for learning and memory deficits in Alzheimer’s disease model mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (53), e2920 (2011).
  17. Lin, W., et al. TNEA therapy promotes the autophagic degradation of NLRP3 inflammasome in a transgenic mouse model of Alzheimer’s disease via TFEB/TFE3 activation. Journal of Neuroinflammation. 20 (1), 21 (2023).
  18. Liu, S., et al. A neuroanatomical basis for electro-acupuncture to drive the vagal-adrenal axis. Nature. 598 (7882), 641-645 (2021).
  19. Jang, J. H., et al. Acupuncture inhibits neuroinflammation and gut microbial dysbiosis in a mouse model of Parkinson’s disease. Brain, Behavior, and Immunity. 89, 641-655 (2020).
  20. Dong, W., et al. Electro-acupuncture improves synaptic function in SAMP8 mice probably via inhibition of the AMPK/eEF2K/eEF2 signaling pathway. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine: eCAM. 2019, 8260815 (2019).
  21. Han, Y. G., et al. Electro-acupuncture prevents cognitive impairment induced by lipopolysaccharide via inhibition of oxidative stress and neuroinflammation. Neuroscience Letters. 683, 190-195 (2018).
  22. Zhang, Q., et al. Electro-acupuncture pre-treatment ameliorates anesthesia and surgery-induced cognitive dysfunction via inhibiting mitochondrial injury and neuroapoptosis in aged rats. Neurochemical Research. 47 (6), 1751-1764 (2022).
  23. Zheng, X., et al. Electro-acupuncture ameliorates beta-amyloid pathology and cognitive impairment in Alzheimer disease via a novel mechanism involving activation of TFEB (transcription factor EB). Autophagy. 17 (11), 3833-3847 (2021).
  24. Zhou, W., Benharash, P. Effects and mechanisms of acupuncture based on the principle of meridians. Journal of Acupuncture and Meridian Studies. 7 (4), 190-193 (2014).
  25. Sun, Y., et al. Efficacy of Acupuncture For Chronic Prostatitis/Chronic Pelvic Pain Syndrome : A Randomized Trial. Annals of Internal Medicine. 174 (10), 1357-1366 (2021).
  26. Jung, J., et al. Lipidomics reveals that acupuncture modulates the lipid metabolism and inflammatory interaction in a mouse model of depression. Brain, Behavior, and Immunity. 94, 424-436 (2021).
  27. Yang, N. N., et al. Electro-acupuncture ameliorates intestinal inflammation by activating α7nAChR-mediated JAK2/STAT3 signaling pathway in postoperative ileus. Theranostics. 11 (9), 4078-4089 (2021).
  28. Shetty, G. B., Shetty, B., Mooventhan, A. Efficacy of acupuncture in the management of primary dysmenorrhea: A randomized controlled trial. Journal of Acupuncture and Meridian Studies. 11 (4), 153-158 (2018).
  29. Nurwati, I., Purwanto, B., Mudigdo, A., Saputra, K., Prasetyo, D. H., Muthmainah, M. Improvement in inflammation and airway remodelling after acupuncture at BL13 and ST36 in a mouse model of chronic asthma. Acupuncture in Medicine. 37 (4), 228-236 (2019).
  30. Li, P., et al. Acupuncture can play an antidepressant role by regulating the intestinal microbes and neurotransmitters in a rat model of depression. Medical Science Monitor. 27, 929027 (2021).
  31. Ding, N., Jiang, J., Xu, A., Tang, Y., Li, Z. Manual acupuncture regulates behavior and cerebral blood flow in the SAMP8 mouse model of Alzheimer’s disease. Frontiers in Neuroscience. 13, 37 (2019).
  32. Yang, J. W., Wang, X. R., Ma, S. M., Yang, N. N., Li, Q. Q., Liu, C. Z. Acupuncture attenuates cognitive impairment, oxidative stress and NF-κB activation in cerebral multi-infarct rats. Acupuncture in Medicine. 37 (5), 283-291 (2019).
  33. Li, X., et al. Traditional Chinese acupoint massage, acupuncture, and moxibustion for people with diabetic gastroparesis: A systematic review and meta-analysis. Medicine. 101 (48), 32058 (2022).
  34. Yang, X. Y., et al. Effect of combined acupuncture-medicine anesthesia in thyroid nodule ablation and its effect on serum β-endorphin. Acupuncture Research. 45 (12), 1006-1009 (2020).
  35. Uchida, C., et al. Effects of Acupuncture Sensations on Transient Heart Rate Reduction and Autonomic Nervous System Function During Acupuncture Stimulation. Medical Acupuncture. 31 (3), 176-184 (2019).
  36. Liang, C., Wang, K. Y., Gong, M. R., Li, Q., Yu, Z., Xu, B. Electro-acupuncture at ST37 and ST25 induce different effects on colonic motility via the enteric nervous system by affecting excitatory and inhibitory neurons. Neurogastroenterology and Motility. 30 (7), 13318 (2018).
  37. Michelson, N. J., Kozai, T. Isoflurane and ketamine differentially influence spontaneous and evoked laminar electrophysiology in mouse V1. Journal of Neurophysiology. 120 (5), 2232-2245 (2018).
  38. Yu, X., Zhang, F., Shi, J. Sevoflurane anesthesia impairs metabotropic glutamate receptor-dependent long-term depression and cognitive functions in senile mice. Geriatrics & Gerontology International. 19 (4), 357-362 (2019).
  39. Jeong, J. H., et al. Investigation of combined treatment of acupuncture and neurofeedback for improving cognitive function in mild neurocognitive disorder: A randomized, assessor-blind, pilot study. Medicine. 100 (37), 27218 (2021).
  40. Lin, Y. K., Liao, H. Y., Watson, K., Yeh, T. P., Chen, I. H. Acupressure improves cognition and quality of life among older adults with cognitive disorders in long-term care settings: A clustered randomized controlled trial. Journal of the American Medical Directors Association. 24 (4), 548-554 (2023).
  41. Wu, W. Z., et al. Effect of Tongdu Tiaoshen acupuncture on serum GABA and CORT levels in patients with chronic insomnia. Chinese Acupuncture & Moxibustion. 41 (7), 721-724 (2021).
  42. Zhuo, P. Y., et al. Efficacy and safety of acupuncture combined with rehabilitation training for poststroke cognitive impairment: A systematic review and meta-analysis. Journal of Stroke and Cerebrovascular Diseases. 32 (9), 107231 (2023).
  43. Li, R. Y., Huang, R. J., Yu, Q. Comparison of different physical therapies combined with acupuncture for poststroke cognitive impairment: A network meta-analysis. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine: eCAM. 2021, 1101101 (2021).

Play Video

Cite This Article
Wan, F., Guo, Z., Wang, M., Hou, Y., Wang, L., Li, W., Kang, N., Zhu, P., Li, M. Acupuncture Treatment in a Mouse Model of Chronic Hypoxia-Induced Cognitive Dysfunction. J. Vis. Exp. (202), e65784, doi:10.3791/65784 (2023).

View Video