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Neuroscience

マウス脳からの毒素のリンパ管除去の刺激のための睡眠の脳波制御下での光生体調節

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

この研究は、自然な深い睡眠中に老化した麻酔を受けていないBALB/c雄マウスの脳からの毒素(例えば、可溶性アミロイドベータ)の刺激リンパ除去のための脳波制御下での経頭蓋光生体調節の非侵襲的でポータブルな技術を示しています。

Abstract

髄膜リンパ管(MLV)は、脳からの毒素の除去に重要な役割を果たします。MLV機能を刺激する革新的な技術の開発は、アルツハイマー病やパーキンソン病、脳腫瘍、外傷性脳損傷、頭蓋内出血など、MLV異常に関連するさまざまな脳疾患の治療の進行において有望な方向です。睡眠は、脳のドレナージプロセスが最も活発な自然な状態です。したがって、睡眠中の脳のドレナージとMLVの刺激は、最も顕著な治療効果をもたらす可能性があります。しかし、そのような商用技術は現状では存在しません。

この研究は、老化したBALB/cマウスの脳からの毒素(可溶性アミロイドベータ(Aβ)など)の除去を光刺激するように設計された睡眠の脳波(EEG)制御下での経頭蓋光生体調節(tPBM)の新しいポータブル技術を提示します。この技術は、麻酔なしで家庭用ケージの自然な状態で使用でき、マウスの運動活動を維持します。これらのデータは、MLV機能と脳のドレナージプロセスの加齢に伴う変化を補正し、代謝物や毒素から脳組織を効果的に浄化するための、非侵襲的で臨床的に有望な光技術の開発に新たな展望を開きます。この技術は、睡眠中の脳の機能に関する前臨床研究と、睡眠関連脳疾患の臨床的に適切な治療法の開発の両方を目的としています。

Introduction

髄膜リンパ管(MLV)は、脳組織からの毒素および代謝産物の除去に重要な役割を果たします1,2,3。腫瘍、外傷性脳損傷、出血、神経変性過程など、さまざまな脳疾患におけるMLVの損傷は、MLV機能の低下を伴い、これらの病状の進行につながります1,2,3,4,5,6 .したがって、MLVを刺激する方法の開発は、脳疾患の治療のための効果的な技術の出現に新たな地平を切り開きます。最近、MLVを刺激し、脳から血液やAβなどの毒素を除去するための効果的な経頭蓋光生体調節(tPBM)のための非侵襲的技術が提案されている5,7,8,9,10,11,12。深い睡眠が脳内のリンパドレナージプロセスの活性化の自然な要因であることに注意するのは興味深いことです13,14。この事実に基づいて、睡眠中のMLVのtPBMは、覚醒時よりも効果的な治療効果を有する可能性があると仮定することは論理的である9,11,12,15。しかし、現在、睡眠中のtPBMの商用技術はありません16。また、tPBMの治療効果を調べるための動物実験は、脳に正確に光を届けるために必要な麻酔下で行われます。しかし、麻酔は脳のドレナージに大きく影響し、研究結果の質を低下させます17。

Aβは正常な神経活動の代謝産物である18。培養ラット皮質ニューロンで確立されたため、Aβはそれらから細胞外空間(Aβの場合は2-4分子/ニューロン/s)に高速度で放出されます19。細胞外および血管周囲腔に位置するAβの溶解型は、ニューロンおよびシナプスに対して最も毒性が高いという証拠がある20。可溶性Aβは、1〜2.5時間の間にヒトの脳から急速に除去される21。MLVは、加齢とともに減少する可溶性Aβを脳1,7から除去するためのトンネルであり、老化した脳1,22にAβが蓄積する。脳内のAβレベルの細胞外異常は、老化における認知能力と相関し、アルツハイマー病(AD)の発症と関連しているという証拠があります23,24。したがって、老化したげっ歯類と古いげっ歯類は、AD25,26 を含むアミロイドーシスの研究のためのトランスジェニック モデルの代替手段と見なされます。

この研究は、脳から末梢リンパ系(深部頸部リンパ節、dcLN)へのAβのリンパクリアランスを刺激するために、さまざまな年齢の異なる年齢の無麻酔雄BALB/cマウスの深部または非急速眼球運動(NREM)睡眠の脳波(EEG)制御下での独自の移植可能なtPBM技術を示しています。

Protocol

すべての手続きは、「実験動物の世話と使用に関するガイド」、科学的目的で使用される動物の保護に関する指令2010/63/EU、およびサラトフ州立大学の生命倫理委員会によって承認されたロシア連邦科学高等教育省のガイドライン(1984年11月13日から第742号)に従って行われました(プロトコルNo.7、 22.09.2022). 1.ハードウェアの組み立て 厚さ1.5mmのホイルtext…

Representative Results

最初のステップでは、この研究は、覚醒した成人(生後2〜3か月、26〜29 g)の男性BALB / cマウスの脳からの蛍光Aβのリンパ管除去を刺激するための有効な光量(1050 nm LED)を確立することに焦点を当てています。光線量は、脳からのさまざまな色素と赤血球の除去に対するtPBMの影響に関する以前の研究に基づいて、10 J/cm2、20 J/cm 2、および30 J/cm 2にランダムに選択さ?…

Discussion

MLVは、特にMLV機能が低下している高齢者において、脳のドレナージを調節し、脳からの細胞の破片や老廃物を除去するための革新的な技術の開発のための重要なターゲットです1,22。恒常性状態では、深い睡眠は脳組織の浄化の自然な活性化と関連しています13,14。したがって、深い睡眠中のMLVの刺激は、…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

本研究は、ロシア科学財団(No.23-75-30001)の助成を受けて行われました。

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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