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Neuroscience

Photobiomodulation sous contrôles électroencéphalographiques du sommeil pour la stimulation de l’élimination lymphatique des toxines du cerveau de souris

Published: June 28, 2024
doi:
10.3791/67035
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1Department of Biology,Saratov State University, 2Institute of Physics, Department of Optics and Biophotonics,Saratov State University, 3Institute of Biochemistry and Physiology of Plants and Microorganisms,Saratov Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences

Summary

Cette étude présente la technologie non invasive et portable de photobiomodulation transcrânienne sous contrôle électroencéphalographique pour la stimulation lymphatique élimination des toxines (par exemple, la bêta-amyloïde soluble) du cerveau de souris mâles BALB/c âgées et non anesthésiées pendant le sommeil profond naturel.

Abstract

Les vaisseaux lymphatiques méningés (MLV) jouent un rôle important dans l’élimination des toxines du cerveau. Le développement de technologies innovantes pour la stimulation des fonctions du MLV est une direction prometteuse dans le progrès du traitement de diverses maladies cérébrales associées à des anomalies du MLV, notamment les maladies d’Alzheimer et de Parkinson, les tumeurs cérébrales, les lésions cérébrales traumatiques et les hémorragies intracrâniennes. Le sommeil est un état naturel lorsque les processus de drainage du cerveau sont les plus actifs. Par conséquent, la stimulation du drainage cérébral et des MLV pendant le sommeil peut avoir les effets thérapeutiques les plus prononcés. Cependant, de telles technologies commerciales n’existent pas à l’heure actuelle.

Cette étude présente une nouvelle technologie portable de photobiomodulation transcrânienne (tPBM) sous contrôle électroencéphalographique (EEG) du sommeil, conçue pour photostimuler l’élimination des toxines (par exemple, la bêta-amyloïde soluble (Aβ)) du cerveau de souris BALB/c âgées, avec la possibilité de comparer l’efficacité thérapeutique de différentes ressources optiques. La technologie peut être utilisée dans l’état naturel d’une cage domestique sans anesthésie, en maintenant l’activité motrice des souris. Ces données ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement de phototechnologies non invasives et cliniquement prometteuses pour la correction des modifications liées à l’âge des fonctions MLV et des processus de drainage du cerveau, ainsi que pour le nettoyage efficace des tissus cérébraux des métabolites et des toxines. Cette technologie est destinée à la fois aux études précliniques des fonctions du cerveau endormi et au développement de traitements cliniquement pertinents pour les maladies cérébrales liées au sommeil.

Introduction

Les vaisseaux lymphatiques méningés (MLV) jouent un rôle important dans l’élimination des toxines et des métabolites des tissus cérébraux 1,2,3. Les dommages causés par les MLV dans diverses maladies cérébrales, y compris les tumeurs, les lésions cérébrales traumatiques, les hémorragies et les processus neurodégénératifs, s’accompagnent d’une diminution des fonctions MLV conduisant à la progression de ces pathologies 1,2,3,4,5,6 . Par conséquent, le développement de méthodes de stimulation des MLV ouvre de nouveaux horizons dans l’émergence de technologies efficaces pour le traitement des maladies du cerveau. Récemment, une technologie non invasive de photobiomodulation transcrânienne efficace (tPBM) a été proposée pour stimuler les MLV et éliminer les toxines telles que le sang et l’Aβ du cerveau 5,7,8,9,10,11,12. Il est intéressant de noter que le sommeil profond est un facteur naturel pour l’activation des processus de drainage lymphatique dans le cerveau13,14. Sur la base de ce fait, il est logique de supposer que le tPBM des MLV pendant le sommeil peut avoir des effets thérapeutiques plus efficaces que pendant l’éveil 9,11,12,15. Cependant, il n’existe actuellement aucune technologie commerciale pour le tPBM pendant le sommeil16. De plus, des expériences sur des animaux pour étudier les effets thérapeutiques du tPBM sont effectuées sous anesthésie, qui est nécessaire pour fournir avec précision de la lumière au cerveau. Cependant, l’anesthésie affecte considérablement le drainage du cerveau, ce qui réduit la qualité des résultats de recherche17.

Aβ est un produit métabolique de l’activité neuronale normale18. Comme il a été établi dans les neurones corticaux de rat en culture, Aβ est libéré à des taux élevés dans l’espace extracellulaire (2-4 molécules/neurones/s pour Aβ)19. Il existe des preuves que la forme dissoute de Aβ, située dans les espaces extracellulaires et périvasculaires, est la plus toxique pour les neurones et les synapses20. L’Aβ soluble est rapidement éliminé du cerveau humain en 1 à 2,5 h21. Les MLV sont les tunnels d’élimination de l’Aβ soluble du cerveau 1,7 qui diminue avec l’âge, conduisant à l’accumulation d’Aβ dans le cerveau âgé 1,22. Il existe des preuves que les anomalies extracellulaires des niveaux d’Aβ dans le cerveau sont corrélées avec les performances cognitives au cours du vieillissement et sont associées au développement de la maladie d’Alzheimer (MA)23,24. Par conséquent, les rongeurs âgés et âgés sont considérés comme des alternatives aux modèles transgéniques pour l’étude de l’amylose, y compris AD25,26.

Cette étude présente une technologie tPBM originale et portable sous contrôle électroencéphalographique (EEG) du sommeil profond ou à mouvements oculaires non rapides (NREM) chez des souris BALB/c mâles non anesthésiées d’âges différents pour stimuler la clairance lymphatique de Aβ du cerveau vers le système lymphatique périphérique (les ganglions lymphatiques cervicaux profonds, dcLNs).

Protocol

Toutes les procédures ont été effectuées conformément au « Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire », à la Directive 2010/63/UE sur la protection des animaux utilisés à des fins scientifiques, et aux directives du Ministère des Sciences et de l’Enseignement supérieur de la Fédération de Russie (Nº 742 du 13.11.1984), qui ont été approuvées par la Commission de bioéthique de l’Université d’État de Saratov (Protocole n° 7, 22.09.2022). …

Representative Results

Dans un premier temps, l’étude s’est concentrée sur l’établissement de la dose lumineuse efficace (une LED de 1050 nm) pour la stimulation de l’élimination lymphatique de l’Aβ fluorescent du cerveau vers les dcLNs chez des souris BALB/c mâles adultes éveillées (2-3 mois, 26-29 g). Les doses de lumière ont été sélectionnées au hasard comme 10 J/cm2, 20 J/cm2 et 30 J/cm2 sur la base de nos études précédentes sur les effets du tPBM sur l’élimination de…

Discussion

Les MLV sont une cible importante pour le développement de technologies innovantes pour la modulation du drainage cérébral et l’élimination des débris et des déchets cellulaires du cerveau, en particulier chez les sujets âgés dont la fonction MLV décline 1,22. Dans un état homéostatique, le sommeil profond est associé à l’activation naturelle du nettoyage des tissus cérébraux13,14. Par …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Cette recherche a été soutenue par une subvention de la Fondation russe pour la science (n° 23-75-30001).

Materials

0.1% Tween20 Helicon,  Russia SB-G2009-100ML
Catheter Scientific Commodities Inc., USA PE-10, 0.28 mm ID × 0.61 mm OD
CO2 chamber Binder, Germany CB-S 170
Confocal microscop Nikon, Japan A1R MP
Dental acrylic Zermack, Poland-Russia Villacryl S, V130V4Z05
Drill Foredom, Russia SR W-0016
Dumont forceps Stoelting, USA 52100-07
Evans Blue dye Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA 206334
Hamilton Hamilton Bonaduz AG, Switzerland 29 G needle
Ibuprofen Sintez OJSC, Russia N/A  Analgesic drug
Insulin needle INSUPEN, Italy 31 G, 0.25 mm x 6 mm
Micro forceps Stoelting, USA 52102-02P
Microcentrifuge Gyrozen, South Korea GZ-1312
Microinjector Stoelting, USA 53311
Non-sharp tweezer Stoelting, USA 52108-83P
PINNACLE system Pinnacle Technology, USA 8400-K3-SL System for recording EEG (2 channels) and EMG (1 channel) of mice
Shaving machine Braun Series 3310s
Single and multi-channel pipettes Eppendorf, Austria Epp 3120 000.020, Epp 3122 000.019
Sodium chloride Kraspharma, Russia N/A
Soldering station AOYUE, China N/A
Stereotaxic frame Stoelting, USA 51500
Straight dissecting scissors Stoelting, USA 52132-10P
Tetracycline JSC Tatkhimfarmpreparaty, Russia N/A Eye ointment
Tweezer Stoelting, USA 52100-03
Ultrasonic cell disrupter Biobase, China USD-500
Wound retractor Stoelting, USA 52125
Xylanit Nita-Farm, Russia N/A Muscle relaxant
Zoletil 100 Virbac Sante Animale, France N/A General anesthesia
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Blokina, I., Iluykov, E., Myagkov, D., Tuktarov, D., Popov, S., Inozemzev, T., Fedosov, I., Shirokov, A., Terskov, A., Dmitrenko, A., Evsyukova, A., Zlatogorskaya, D., Adushkina, V., Tuzhilkin, M., Manzhaeva, M., Krupnova, V., Dubrovsky, A., Elizarova, I., Tzoy, M., Semyachkina-Glushkovskaya, O. Photobiomodulation Under Electroencephalographic Controls of Sleep for Stimulation of Lymphatic Removal of Toxins from Mouse Brain. J. Vis. Exp. (208), e67035, doi:10.3791/67035 (2024).
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