Fotobiomodulação sob controles eletroencefalográficos do sono para estimulação da remoção linfática de toxinas do cérebro de camundongos
Summary
Este estudo apresenta a tecnologia não invasiva e portátil de fotobiomodulação transcraniana sob controle eletroencefalográfico para estimulação da remoção linfática de toxinas (por exemplo, beta-amiloide solúvel) do cérebro de camundongos machos BALB/c idosos e não anestesiados durante o sono profundo natural.
Abstract
Os vasos linfáticos meníngeos (MLVs) desempenham um papel importante na remoção de toxinas do cérebro. O desenvolvimento de tecnologias inovadoras para a estimulação das funções do MLV é uma direção promissora no progresso do tratamento de várias doenças cerebrais associadas a anormalidades do MLV, incluindo doenças de Alzheimer e Parkinson, tumores cerebrais, lesões cerebrais traumáticas e hemorragias intracranianas. O sono é um estado natural quando os processos de drenagem do cérebro são mais ativos. Portanto, a estimulação da drenagem cerebral e dos MLVs durante o sono pode ter os efeitos terapêuticos mais pronunciados. No entanto, essas tecnologias comerciais não existem atualmente.
Este estudo apresenta uma nova tecnologia portátil de fotobiomodulação transcraniana (tPBM) sob controle eletroencefalográfico (EEG) do sono, projetada para fotoestimular a remoção de toxinas (por exemplo, beta amilóide solúvel (Aβ)) do cérebro de camundongos BALB/c envelhecidos com a capacidade de comparar a eficácia terapêutica de diferentes recursos ópticos. A tecnologia pode ser usada na condição natural de uma gaiola doméstica sem anestesia, mantendo a atividade motora dos camundongos. Esses dados abrem novas perspectivas para o desenvolvimento de fototecnologias não invasivas e clinicamente promissoras para a correção de alterações relacionadas à idade nas funções do MLV e nos processos de drenagem do cérebro e para a limpeza eficaz dos tecidos cerebrais de metabólitos e toxinas. Esta tecnologia destina-se tanto a estudos pré-clínicos das funções do cérebro adormecido quanto ao desenvolvimento de tratamentos clinicamente relevantes para doenças cerebrais relacionadas ao sono.
Introduction
Os vasos linfáticos meníngeos (MLVs) desempenham um papel importante na remoção de toxinas e metabólitos dos tecidos cerebrais 1,2,3. O dano dos MLVs em várias doenças cerebrais, incluindo tumores, lesões cerebrais traumáticas, hemorragias e processos neurodegenerativos, é acompanhado por uma diminuição nas funções do MLV, levando à progressão dessas patologias 1,2,3,4,5,6 . Portanto, o desenvolvimento de métodos para a estimulação de MLVs abre novos horizontes no surgimento de tecnologias eficazes para o tratamento de doenças cerebrais. Recentemente, a tecnologia não invasiva para fotobiomodulação transcraniana eficaz (tPBM) foi proposta para estimular MLVs e remover toxinas como sangue e Aβ do cérebro 5,7,8,9,10,11,12. É interessante notar que o sono profundo é um fator natural para a ativação dos processos de drenagem linfática no cérebro 13,14. Com base nesse fato, é lógico supor que o tPBM dos MLVs durante o sono possa ter efeitos terapêuticos mais eficazes do que durante a vigília 9,11,12,15. No entanto, atualmente não existem tecnologias comerciais para tPBM durante o sono16. Além disso, experimentos com animais para estudar os efeitos terapêuticos do tPBM são realizados sob anestesia, o que é necessário para fornecer luz com precisão ao cérebro. No entanto, a anestesia afeta significativamente a drenagem do cérebro, o que reduz a qualidade dos resultados da pesquisa17.
Aβ é um produto metabólico da atividade neural normal18. Como foi estabelecido em neurônios corticais de ratos cultivados, Aβ é liberado deles em altas taxas para o espaço extracelular (2-4 moléculas/neurônio/s para Aβ)19. Há evidências de que a forma dissolvida de Aβ, localizada nos espaços extracelular e perivascular, é mais tóxica para os neurônios e sinapses20. O Aβ solúvel é rapidamente eliminado do cérebro humano durante 1-2,5 h21. Os MLVs são os túneis para a remoção do Aβ solúvel do cérebro 1,7 que diminui com a idade, levando ao acúmulo de Aβ no cérebro envelhecido 1,22. Há evidências de que anormalidades extracelulares dos níveis de Aβ no cérebro se correlacionam com o desempenho cognitivo no envelhecimento e estão associadas ao desenvolvimento da doença de Alzheimer (DA)23,24. Portanto, roedores idosos e idosos são considerados alternativas aos modelos transgênicos para o estudo da amiloidose, incluindo a DA25,26.
Este estudo apresenta uma tecnologia tPBM original e portátil sob controle eletroencefalográfico (EEG) do sono profundo ou de movimento ocular não rápido (NREM) em camundongos BALB/c machos não anestesiados de diferentes idades para estimular a depuração linfática de Aβ do cérebro para o sistema linfático periférico (os linfonodos cervicais profundos, dcLNs).
Protocol
Representative Results
Discussion
Os MLVs são um alvo importante para o desenvolvimento de tecnologias inovadoras para modulação da drenagem cerebral e remoção de detritos e resíduos celulares do cérebro, especialmente em idosos cuja função MLV diminui 1,22. Em um estado homeostático, o sono profundo está associado à ativação natural da limpeza do tecido cerebral13,14. Portanto, é óbvio esperar que a estimulação de MLVs …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada por uma bolsa da Fundação Russa de Ciência (nº 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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