Summary

Лечение иглоукалыванием на мышиной модели хронической когнитивной дисфункции, вызванной гипоксией

Published: December 08, 2023
doi:

Summary

В этой статье мы опишем протокол применения мягкой анестезии и иглоукалывания на мышиной модели с хронической гипоксией и проведения поведенческих тестов для оценки когнитивных изменений после лечения.

Abstract

Лечение центральных нервных расстройств неизменно ставит перед медициной серьезные задачи. Иглоукалывание, нефармакологическая практика, уходящая корнями в традиционную китайскую медицину, включает в себя введение тонких игл в точные точки на теле и обычно используется для лечения различных заболеваний. В последнее время иглоукалывание стало многообещающим терапевтическим вмешательством при ряде неврологических заболеваний, включая тревожные и респираторные расстройства. Тем не менее, потенциал иглоукалывания в лечении когнитивной дисфункции, вызванной хронической гипоксией, еще не изучен. В данной работе представлен комплексный протокол для создания мышиной модели хронических когнитивных нарушений, вызванных гипоксией, введения мягкой анестезии, проведения лечения иглоукалыванием и оценки поведенческих изменений и способностей памяти с использованием тестов в открытом поле и водных лабиринтов. Пошаговый протокол содержит подробные инструкции по точному нахождению и позиционированию акупунктурных точек и игл для улучшения когнитивных функций. Используя этот протокол, исследователи могут проводить систематические исследования для тщательной оценки терапевтического потенциала иглоукалывания при когнитивной дисфункции.

Introduction

В настоящее время население планеты сталкивается с серьезной проблемой старения, что приводит к быстрому росту распространенности когнитивных расстройств. Распространенность когнитивных нарушений во всем мире составляет приблизительно 53,97 на 1000 человеко-лет1. Хроническая церебральная гипоксия, вызванная сосудистой дисфункцией или нарушениями кровообращения/дыхания, остается одним из основных факторов риска возрастной деменции2. Предыдущие исследования показали, что церебральная гипоксия может увеличивать отложение амилоидных β путем модификации экспрессии BACE13. Кроме того, гипоксия ассоциировалась с дисрегуляцией глиальных клеток и нейровоспалением 4,5. Несмотря на растущие масштабы этой проблемы, эффективных западных лекарств для предотвращения хронического снижения когнитивных функций, вызванных гипоксией, в настоящее время не существует. Нефармакологическая традиционная китайская медицина, в частности иглоукалывание, использовалась на протяжении тысячелетий для лечения когнитивных расстройств и показала многообещающие результаты в облегчении нейродегенеративныхзаболеваний. Акупунктурные точки Байхуэй, Шэньтин и Цзусанли являются эффективными точками для лечения когнитивной дисфункции 8,9. Клинические исследования показали, что электроакупунктурная терапия значительно улучшает показатели Монреальского когнитивного теста (MoCA) и мини-обследования психического состояния (MMSE) у пациентов с сосудистыми когнитивными нарушениями и эффективно улучшает когнитивную дисфункцию8. Несмотря на то, что исследования показали, что иглоукалывание может значительно улучшить способность к запоминанию у крыс с артериальной перевязкой (острая церебральная гипоксия, модель острой церебральной гипоксии), нет никаких сообщений о влиянии иглоукалывания ни на одной модели грызунов с хроническими когнитивными расстройствами, вызванными гипоксией. Отсутствие исследований этого механизма значительно затруднило его клиническое применение.

Предыдущие исследования показали, что воздействие на крыс гипоксической среды в течение 8 недель может значительно повысить уровень окислительного стресса и воспаления в головном мозге, что приводит кснижению функции памяти. Настоящее исследование направлено на изучение влияния иглоукалывания на модели грызунов с целью углубления нашего понимания. Однако стоит отметить, что анестезия, как правило, требуется во время лечения иглоукалыванием у грызунов из-за возможности возбуждения при повторной стимуляции. Длительная анестезия может значительно повлиять на когнитивные функции у мышей, поскольку большинство анестетиков могут подавлять нейронную активность и препятствовать обработке информации, что приводит кповеденческим нарушениям. Несколько исследований показали, что введение 2,5% севофлурана в течение 6 часов может заметно ухудшить пространственную память, способность к обучению и внимание у мышей13. Кроме того, данные свидетельствуют о том, что высокие дозы анестезии могут привести к гибели нейронов или повреждению нервов у мышей14. Поэтому крайне важно определить подходящий подход, чтобы свести к минимуму общий объем используемой анестезии. В этом исследовании мы представляем эффективный метод иглоукалывания для лечения мышей с когнитивными нарушениями, а также поведенческие тесты для оценки их способностей к памяти. Важно отметить, что мы представляем модифицированную технику анестезии перед лечением, которая позволяет эффективно снизить общую дозу анестезии, вводимой во время эксперимента.

Protocol

Эксперименты на животных проводились с одобрения Комитета по исследованиям и этике на животных Хэбэйского медицинского научно-исследовательского института Илина (номер разрешения: N2022148). Самцы мышей C57BL/6J массой 18-22 г (см. таблицу материалов) были размещены в новом центре оцен?…

Representative Results

Характеристика траекторий передвижения мышей в эксперименте в открытом полеКарта траектории показывает, что мыши в нормальной группе демонстрируют глубокую склонность к исследованиям в незнакомой среде. Траектории их активности в основном сосредоточены в углах, охватыва…

Discussion

Иглоукалывание, нефармакологическая медицинская практика, возникшая в Китае более 2000 лет назад, включает в себя введение тонких игл в определенные точки на теле, известные как акупунктурные точки. Считается, что эти точки соединены каналами или меридианами, покоторым течет</su…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Научно-технической программой провинции Хэбэй (No E2020100001 и No 22372502D), Проектом высокого уровня по инновациям в области науки и технологий и предпринимательству Шицзячжуана (No 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