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Method Article
Qui, descriviamo la procedura per uno studio pilota per esplorare l'effetto della stimolazione magnetica transcranica ripetitiva con frequenze diverse (1 Hz / 20 Hz / 40 Hz) sul metabolismo Aβ e tau nel liquido cerebrospinale della scimmia rhesus.
Studi precedenti hanno dimostrato che un regime non invasivo di sfarfallio della luce e la stimolazione del tono uditivo potrebbero influenzare il metabolismo Aβ e tau nel cervello. Come tecnica non invasiva, la stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) è stata applicata per il trattamento delle malattie neurodegenerative. Questo studio ha esplorato gli effetti di rTMS sui livelli di Aβ e tau nel liquido cerebrospinale della scimmia rhesus (CSF). Questo è uno studio in singolo cieco, autocontrollato. Tre diverse frequenze (bassa frequenza, 1 Hz; alte frequenze, 20 Hz e 40 Hz) di rTMS sono state utilizzate per stimolare la corteccia prefrontale bilaterale-dorsolaterale (DLPFC) della scimmia rhesus. Un metodo di cateterizzazione è stato utilizzato per raccogliere il liquido cerebrospinale. Tutti i campioni sono stati sottoposti al rilevamento di chip liquidi per analizzare i biomarcatori del liquido di liquido (Aβ42, Aβ42 / Aβ40, tTau, pTau). I livelli dei biomarcatori del liquido cerebrospinale sono cambiati nel tempo dopo la stimolazione da parte di rTMS. Dopo la stimolazione, il livello di Aβ42 nel liquido cerebrospinale ha mostrato una tendenza al rialzo a tutte le frequenze (1 Hz, 20 Hz e 40 Hz), con differenze più significative per le alte frequenze (p < 0,05) che per la bassa frequenza.
Dopo rTMS ad alta frequenza, il livello totale di Tau (tTau) del liquido cerebrospinale è immediatamente aumentato al timepoint post-rTMS (p < 0,05) e gradualmente è diminuito di 24 ore. Inoltre, i risultati hanno mostrato che il livello di Tau fosforilato (pTau) è aumentato immediatamente dopo 40 Hz rTMS (p < 0,05). Il rapporto Aβ42/Aβ40 ha mostrato una tendenza al rialzo a 1 Hz e 20 Hz (p < 0,05). Non c'è stata alcuna differenza significativa nei livelli di tau con stimolazione a bassa frequenza (1 Hz). Pertanto, le alte frequenze (20 Hz e 40 Hz) di rTMS possono avere effetti positivi sui livelli di Aβ e tau nel liquido cerebrospinale della scimmia rhesus, mentre l'rTMS a bassa frequenza (1 Hz) può influenzare solo i livelli di Aβ.
L'amiloide-β (Aβ) e la tau sono importanti biomarcatori del liquido cerebrospinale. Aβ è costituito da 42 aminoacidi (Aβ1-42), che è il prodotto della proteina precursore dell'amiloide transmembrana (APP) idrolizzata da β e γ-secretasi1. Aβ1-42 può aggregarsi in placche amiloidi extracellulari nel cervello a causa delle sue caratteristiche di solubilità1,2. Tau è una proteina associata a microtubuli che è presente principalmente negli assoni ed è coinvolta nel trasporto assonale anterogrado3. L'iperfosforilazione anomala della tau è indotta principalmente dallo squilibrio tra chinasi e fosfatasi, con conseguente distacco della tau dai microtubuli e formazione di grovigli neurofibrillari (NFT)1. La concentrazione di tau aumenta nel liquido cerebrospinale perché tau e proteine tau fosforilate (pTau) vengono rilasciate nello spazio extracellulare durante il processo neurodegenerativo. Studi precedenti hanno dimostrato che i biomarcatori del liquido cerebrospinale sono rilevanti per i tre principali cambiamenti patologici del cervello della malattia di Alzheimer (AD): placche amiloidi extracellulari, formazione di NFT intracellulare e perdita di neuroni4. Concentrazioni anomale di Aβ e tau presenti nella fase iniziale dell'AD, consentendo così una diagnosi precoce dell'AD5,6.
Nel 2016, Tsai et al. hanno scoperto che lo sfarfallio della luce non invasivo (40 Hz) riduceva i livelli di Aβ1-40 e Aβ1-42 nella corteccia visiva dei topi pre-depositanti7. Recentemente, hanno inoltre riferito che la stimolazione del tono uditivo (40 Hz) ha migliorato il riconoscimento e la memoria spaziale, ridotto i livelli di proteina amiloide nell'ippocampo e nella corteccia uditiva (AC) dei topi 5XFAD e diminuito le concentrazioni di pTau nel modello di tauopatia P301S8. Questi risultati indicano che le tecniche non invasive potrebbero avere un impatto sul metabolismo Aβ e tau.
Come strumento non invasivo, la stimolazione magnetica transcranica (TMS) potrebbe stimolare elettricamente il tessuto neurale, compreso il midollo spinale, i nervi periferici e la corteccia cerebrale9. Inoltre, può modificare l'eccitabilità della corteccia cerebrale nel sito stimolato e nelle connessioni funzionali. Pertanto, la TMS è stata utilizzata nel trattamento delle malattie neurodegenerative e dei test prognostici e diagnostici. La forma più comune di intervento clinico nella TMS, rTMS, può indurre l'attivazione della corteccia, modificare l'eccitabilità della corteccia e regolare la funzione cognitiva / motoria.
È stato riportato che l'rTMS a 20 Hz ha avuto un effetto neuroprotettivo in vitro contro i fattori di stress ossidativo, tra cui glutammato e Aβ e ha migliorato la vitalità complessiva delle cellule HT22 ippocampali monoclonali nei topi10. Dopo la stimolazione rTMS a 1 Hz, l'enzima di scissione APP 1 del sito β, APP, e i suoi frammenti C-terminali nell'ippocampo sono stati notevolmente ridotti. In particolare, la compromissione del potenziamento a lungo termine, dell'apprendimento spaziale e della memoria nella CA1 ippocampale è stata invertita11,12. Bai et al. hanno studiato l'effetto di rTMS sulla disfunzione dell'oscillazione gamma indotta da Aβ durante un test di memoria di lavoro. Hanno concluso che rTMS potrebbe invertire la disfunzione indotta da Aβ, con conseguenti potenziali benefici per la memoria di lavoro13. Tuttavia, ci sono pochi rapporti sugli effetti di rTMS sul metabolismo tau e sui cambiamenti dinamici in Aβ e tau nel liquido cerebrospinale prima e dopo rTMS. Questo protocollo descrive la procedura per studiare gli effetti di rTMS a diverse frequenze (bassa frequenza, 1 Hz; alte frequenze, 20 Hz e 40 Hz) sui livelli di Aβ e tau nel liquido cerebrospinale della scimmia rhesus.
Tutti gli esperimenti sono stati condotti nell'ambito della Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio, formulata dal Ministero della Scienza e della Tecnologia della Repubblica Popolare Cinese, nonché dei principi della Dichiarazione di Basilea. L'approvazione è stata data dal Comitato per la cura degli animali del Sichuan University West China Hospital (Chengdu, Cina). La Figura 1 mostra il progetto di studio in cieco singolo e autocontrollato utilizzato qui.
1. Dispositivi rTMS
2. Animale
3. Metodo di campionamento della cisterna magna CSF seriale
4. Allenamento adattivo della sedia delle scimmie
5. Allenamento adattivo rTMS / stimolazione fittizia
6. Protocollo di trattamento
7. Biomarcatori del liquido cerebrospinale
8. Metodo di raccolta e rilevazione dell'indice del liquido cerebrospinale
9. Analisi statistica
I risultati hanno mostrato che rTMS potrebbe influenzare i livelli di Aβ e tau nel liquido cerebrospinale della scimmia rhesus. I livelli dei biomarcatori CSF sono cambiati nel tempo dopo la stimolazione rTMS a frequenze diverse (1 Hz, 20 Hz e 40 Hz).
Aβ42 e Aβ42/Aβ40
Come mostrato nella Figura 4A, dopo la stimolazione rTMS ...
Aβ1-42, un biomarcatore ben consolidato di AD, è un biomarcatore del nucleo del liquido cerebrospinale correlato al metabolismo dell'Aβ e alla formazione della placca amiloide nel cervello ed è stato ampiamente utilizzato negli studi clinici e nella clinica26. Studi recenti hanno dimostrato che il rapporto CSF Aβ42/Aβ40 è un biomarcatore diagnostico migliore dell'AD rispetto al solo Aβ42 perché è un indicatore migliore della patologia di tipo <...
Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.
Gli autori desiderano ringraziare Sichuan Green-House Biotech Co., Ltd per aver fornito la sedia scimmia e altri dispositivi correlati. Questa ricerca non ha ricevuto alcuna sovvenzione specifica da alcuna agenzia di finanziamento nei settori pubblico, commerciale o senza scopo di lucro.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anesthesia Puncture Kit for Single Use | Weigao, Shandong, China | ||
CCY-I magnetic field stimulator | YIRUIDE MEDICAL, Wuhan, China | ||
GraphPad Prism version 7.0 | GraphPad Software, Inc., San Diego, CA, USA | ||
Human Amyloid Beta and Tau Magnetic Bead Panel | EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 USA | liquid chip detection | |
MILLIPLEX Analyst 5.1 | EMD Millipore Corporation, Billerica, MA 01821 USA | ||
Monkey Chair HH-E-1 | Brainsight, Cambridge, MA 02140 USA | ||
Zoletil 50 | Virbac, France | zolazepam–tiletamine |
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