Name: a protocol for transcranial photobiomodulation therapy in mice
Uploaded: 2018-11-18T15:00:00
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这项工作得到了塔布里斯医科大学向 s. s.-e 提供的赠款 (61019 赠款) 的支持。以及美国教育部纽瓦克 litecure 有限责任公司的出版赠款。作者要感谢塔布里斯医学大学免疫学系和教育发展中心 (edc) 的善意帮助。

所有这些程序都是按照《国家卫生研究院实验动物护理和使用指南》进行的;85-23 出版物, 1985年修订), 并得到塔布里斯医学大学区域伦理委员会的批准。
注意: 该协议包括3b 类激光仪器的应用, 需要经过适当的培训和遵守安全准则。3b 级激光会严重损害眼睛, 会使皮肤发热。3b 类激光不被认为是烧伤危险。操作激光设备时, 必须始终佩戴护目镜。
1. 激光透射?...

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	<li>Chung, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+nuts+and+bolts+of+low-level+laser+(light)+therapy.">The nuts and bolts of low-level laser (light) therapy.</a> Annals of Biomedical Engineering. 40 (2), 516-533 (2012).</li><li>Salehpour, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+Photobiomodulation+Therapy:+a+Narrative+Review.">Brain Photobiomodulation Therapy: a Narrative Review.</a> Molecular Neurobiology. , 1-36 (2018).</li><li>Hamblin, M. 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E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroprotection+of+midbrain+dopaminergic+cells+in+MPTP-treated+mice+after+near-infrared+light+treatment.">Neuroprotection of midbrain dopaminergic cells in MPTP-treated mice after near-infrared light treatment.</a> Journal of Comparative Neurology. 518 (1), 25-40 (2010).</li><li>Moro, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photobiomodulation+inside+the+brain:+a+novel+method+of+applying+near-infrared+light+intracranially+and+its+impact+on+dopaminergic+cell+survival+in+MPTP-treated+mice.">Photobiomodulation inside the brain: a novel method of applying near-infrared light intracranially and its impact on dopaminergic cell survival in MPTP-treated mice.</a> Journal of Neurosurgery. 120 (3), 670-683 (2014).</li><li>Reinhart, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+behavioural+and+neuroprotective+outcomes+when+670+nm+and+810+nm+near+infrared+light+are+applied+together+in+MPTP-treated+mice.">The behavioural and neuroprotective outcomes when 670 nm and 810 nm near infrared light are applied together in MPTP-treated mice.</a> Neuroscience Research. 117, 42-47 (2017).</li><li>Sadowski, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amyloid-&#946;+deposition+is+associated+with+decreased+hippocampal+glucose+metabolism+and+spatial+memory+impairment+in+APP/PS1+mice.">Amyloid-&#946; deposition is associated with decreased hippocampal glucose metabolism and spatial memory impairment in APP/PS1 mice.</a> Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 63 (5), 418-428 (2004).</li></ol>

我们描述了一种在小鼠体内进行经颅 pbmt 手术的方案。该协议专门针对神经科学实验室, 这些实验室以老鼠为重点进行光生物调节研究。然而, 该协议可以适应其他实验室动物, 经常用于神经科学领域, 如兔子, 猫, 狗, 或猴子。
目前, 人们对使用 red/nir 激光器和 led 研究经颅 pbmt 的兴趣越来越大。为了在啮齿类动物中成功地进行整个治疗过程, 有几个基本的步骤需要考虑。
<p c...

pbmt, 或低级激光光疗法 (lllt), 是一个通用术语, 指的是基于激光或发光二极管 (led) 的光能刺激生物组织的治疗方法。几乎所有 pbmt 处理都与红色近红外 (近红外) 光一起使用, 波长从600纳米到1100纳米, 输出功率从1至 500 mw不等, 流量从 & lt;1 到 gt;20 jcmcm 2 (见 chung 等人).
经颅 pbmt 是一种非侵入性光传递方法, 使用外部光源 (激光或 led)2 进行头部照射。对于动物应用, 这种方法包括在动物头部放置 led 或激光探头的接触或非接触位置。根据感兴趣的治疗区域, 可以将光探针放置在整个头部 (用于覆盖所有大脑区域) 或头部的特定部分, 如前额、额叶或顶叶区域。通过头皮、头骨和硬脑膜部分传输红色近红外光可以达到皮质表面水平, 并提供足够的光子能量, 以产生治疗效果。随后, 在皮质水平上传递的光流将传播到灰色和白色的大脑物质中, 直到它到达大脑的更深的结构3。
在红到远红色区域 (00-680 nm) 和早期近红外区域 (800-870 nm) 的光谱带中的光对应于细胞色素 c 氧化酶的吸收光谱, 细胞色素 c 氧化酶是线粒体呼吸链的末端酶4。据推测, 红能红外光谱中的 pbmt 会导致一氧化氮 (no) 与细胞色素 c 氧化酶的光解, 从而增加线粒体电子输运, 并最终增加 atp 第5代.关于神经元的应用, 在各种临床前研究中, 包括创伤性脑损伤 (tbi) 的啮齿动物模型6中, 报告了使用经颅照射方法的大脑 pbmt 的潜在神经刺激作用。急性中风7, 阿尔茨海默氏症 (ad)8, 帕金森病 (pd)9, 抑郁症10, 年龄 11。
大脑老化被认为是一种神经心理状况, 对学习和记忆等一些认知功能产生负面影响。线粒体是负责 atp 产生和神经元生物能量学的主要细胞器。线粒体功能障碍是已知的与年龄相关的缺陷, 在大脑区域, 与空间导航记忆, 如海马 13.由于用 red/nir 光治疗主要是通过调节线粒体生物能学来作用的, 足够的光剂量提供给海马体可以导致空间记忆结果的改善 14。
目前的协议的目的是证明经颅 pbmt 程序在小鼠使用低水平的红光。描述了通过老年小鼠头部组织所需的激光透射测量。此外, 巴恩斯迷宫, 作为海马依赖的空间学习和记忆任务, 和海马 atp 水平, 作为一个生物能量指数, 被用来评估治疗对动物的影响。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ketamine</td>
			<td>Alfasan</td>
			<td>#1608234-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylazine</td>
			<td>Alfasan</td>
			<td>#1608238-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>#A4679</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superglue</td>
			<td>Quickstar</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vibratome</td>
			<td>Campden Instruments</td>
			<td>#MA752-707</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical glass</td>
			<td>Sail Brand</td>
			<td>#7102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power meter</td>
			<td>Thor labs</td>
			<td>#PM100D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photodiode detector</td>
			<td>Thor labs</td>
			<td>#S121C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caliper</td>
			<td>Pittsburgh</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GaAlAs laser</td>
			<td>Thor Photomedicine</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Etho Vision</td>
			<td>Noldus</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Froilabo</td>
			<td>#SW14R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Earmuffs</td>
			<td>Blue Eagle</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital camera</td>
			<td>Visionlite</td>
			<td>#VCS2-E742H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterio amplifier</td>
			<td>Sony</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Hamonteb</td>
			<td>#665.128321</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Barnes maze</td>
			<td>Costom-made</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ATP assay kit</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>#MAK190</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Elisa reader</td>
			<td>Awareness</td>
			<td>#Stat Fax 2100</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a protocol for transcranial photobiomodulation therapy in mice

经颅光生物调节是一种潜在的创新非侵入性治疗方法, 可改善大脑生物能量学、大脑在各种神经和精神障碍中的功能以及在年龄相关认知能力下降方面的记忆增强和神经退行性疾病我们描述了一种小鼠经颅光折变疗法 (pbmt) 的实验室方案。老年 balb1 小鼠 (18个月大) 接受660纳米激光经颅治疗, 每天治疗一次, 为期2周。激光透射率数据显示, 头皮上大约1% 的入射红光从皮质表面到达1毫米深, 穿透海马背侧。治疗结果通过两种方法进行评估: 巴恩斯迷宫测试, 这是一种依赖海马的空间学习和记忆任务评估, 和海马 atp 水平的测量, 这是作为一个生物能量指数。巴恩斯任务的结果显示, 与年龄匹配的对照相比, 激光治疗的老年小鼠的空间记忆得到了增强。激光治疗后的生化分析表明海马 atp 水平升高。我们假设, 记忆性能的增强可能是由于改善海马能量代谢引起的红色激光治疗。小鼠的观察可以推广到其他动物模型, 因为该协议有可能适用于翻译神经科学中经常使用的其他物种, 如兔子、猫、狗或猴子。经颅光生物学是一种安全、经济高效的治疗方法, 可能是一种有前途的治疗年龄相关认知障碍的方法。

统计分析
采用双向方差分析对巴恩斯培训课程获得的数据进行了统计分析;其他对各组海马 atp 水平的行为测试和分析采用单向方差分析, 然后进行图基的临时后测试。所有数据表示为手段±均值 (sem) 的标准误差, 除了激光传输数据, 显示为手段±标准偏差 (sd)。显著性水平设置为p & lt; 0.05。
<p class="jove_conten...

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A Protocol for Transcranial Photobiomodulation Therapy in Mice

光生物调节疗法是一种创新的非侵入性治疗各种神经和精神障碍的方法, 也可以改善健康的大脑功能。该方案包括一个分步指南, 以执行大脑光调节小鼠经颅光传递, 可适用于其他实验室啮齿类动物。

小鼠经颅光生物调节治疗方案

Transcranial photobiomodulation is a potential innovative noninvasive therapeutic approach for improving brain bioenergetics, brain function in a wide ...

以下实验方案的总体目标是使用小鼠体内低水平的红色激光进行颅内光生物调节治疗。这是通过激光探针在鼠标头上的直接接触来完成的。作为第一步，为了评估激光的传输，仔细解剖从头骨的脑组织。然后测量通过头骨传输的光能加上头皮和脑组织的一毫米片。在治疗部分，直接接触头皮上的激光探针尖端。这种空间学习和记忆功能由巴恩斯迷宫任务评估。随后，海马ATP水平由分光光度测量方法确定。激光传输数据显示，头皮表面约1%的前光从皮质表面达到一毫米深。巴恩斯迷宫任务的结果表明，经过两周的颅内红色激光治疗后，老年小鼠的空间记忆有所改善。此外，研究结果表明，在经过激光治疗的老年小鼠中，海马的ATP水平有所提高。颅内光生物调节是一种非侵入性治疗方法，用于治疗各种神经和精神疾病，并改善健康的大脑功能。事实上，人们认为光生物调节疗法会导致线粒体中细胞色素c氧化酶的一氧化氮的光分离。这些反过来增加了三元电子传输，最终导致ATP产量的增加。这种方法是一种安全且经济高效的光传递方法，由头部的辐射使用外部光源（包括激光和发光二极管）进行。几乎所有的颅光生物调节程序都采用红色到近红外光，波长从600纳米到1100纳米不等，功率范围从1到500毫瓦，流量从1到20焦耳每厘米方不等。在一只麻醉深的老鼠中，小心地解剖头骨中的脑组织。首先，将完整的脑组织固定到阿加罗斯凝胶上，并准备所有必需的材料，包括氯化钠和胶水。然后，在振动器安装块的表面铺上一层薄薄的胶水。小心地连接加糖块并调整其位置。将振动器刀片与块的上表面稍微匹配，并记录计数器值。用冰冷普通盐水溶液向振动罐加注。调整振动器的速度和振动频率，并更改计数器以适当的值获得一毫米的切片厚度。打开振动器并按下启动按钮，将大脑横向切成厚度为一毫米的切片。首先，在光学玻璃表面添加一滴水。然后，把大脑片放在玻璃上。在它上加入一滴水，并小心地放置第二个光学玻璃。请注意，应将一滴水添加到样品和玻璃边界中，以防止组织干燥和粗糙表面的光线散射。将样品转移到光学实验室。设置光学设备并打开功率计。在开始使用激光设备操作之前，请戴上护目镜。打开激光，使光束聚焦在镜面上，以引导光束照射到光电二极管的活动区域。首先，在功率计表面放置两个空白光学眼镜，从显示屏上读取透光功率。取下空白眼镜，轻轻地将大脑样本放在功率计表面，将光束聚焦在组织各自的区域，并读取传输功率。这一次，在功率计表面放置一个空白光学玻璃，并读取透光功率。然后，取出空白玻璃，在功率计表面稍微放置一个光学玻璃，内有新鲜的头骨和头皮组织。将光束聚焦在梁上，读取传输功率。最后，关闭激光设备和功率计。当前协议的治疗部分包括 3B 类激光仪器的应用，这需要适当的培训和安全指南。为了让动物适应新的环境，在开始治疗前大约20分钟将老鼠从家中的笼子带到治疗室。首先，将激光装置插头插入电动保护器。用透明尼龙薄膜盖住激光探针的尖端，以防止对探头表面有任何刮伤。小心地将激光探针连接到设备的通道。在开始使用激光设备操作之前，请戴上护目镜。打开激光设备并等待几秒钟的预热。观察设备面板上的激光就绪标志后，调整处理参数，包括辐照时间和操作模式。在开始治疗之前，通过接触探头尖端到设备上功率计的有源区域来确定激光平均功率。在当前协议中，激光探针被放置在耳管区，面积约三毫米的足体，与耳朵前部底部之间的一条线。为了避免直接辐射到动物的眼睛，首先，将激光探针的尖端放在头部，然后，打开激光，稳定地按住探头，直到照射完成。然后，关闭激光设备，将探头与设备断开。在步骤结束时，使用适当的光学清洁剂清洁激光探头。空间学习和记忆任务在巴恩斯迷宫中执行。首先，请将不进入标志放在任务室门的外面。将视觉空间提示附加到周边墙。将摄像机放在迷宫平台上方。用 70% 乙醇清洁迷宫平台的表面，以去除不需要的嗅觉提示。将少量床上用品从动物的家笼中加入逃生箱，作为嗅觉提示。在开始任务之前，将每只老鼠放入新笼子，然后将笼子转移到巴恩斯迷宫室。要习惯，让动物在任务前在房间里保持30分钟。然后，将鼠标从笼子里取下，轻轻地将动物放在逃生箱中，并允许它在那里保留一分钟。一分钟后，轻轻地将鼠标从逃生箱中取下，将动物放在竞技场的中心，然后将启动室放在竞技场上。十秒钟后，抬起起动室，让动物在竞技场上探索三分钟。安静地移动到计算机区域，佩戴耳罩，并触发由响亮的白噪声组成的负听觉刺激。然后，开始录像，并在计算机监视器上观察动物的行为。请注意，黑色迷宫应用于测试白鼠。此外，在案例跟踪系统软件中，应将黑色垫子放置在迷宫下。设置视频跟踪软件程序，并从录制的视频中提取感兴趣的参数。对于生化评估，解剖海马组织，在样品缓冲液中均匀化，将其离心，然后使用分光光度测量方法评估其ATP水平。660纳米激光通过老小鼠的头骨和头皮传输约16%，约10%的值被测量为激光传输通过一毫米片的老年脑组织。所有实验组在开放场试验中运动活动日志无统计学显著差异。来自巴恩斯迷宫任务的数据表明，在训练的第三天和第四天，对照动物的延迟时间明显比年轻对照组的延迟时间长。然而，红色激光治疗显著缩短了第四天的延迟时间。在道具试验环节中，与年轻的对照动物相比，年龄控制动物在目标象限中花费的时间要短得多。然而，与年龄对照小鼠相比，经过激光治疗的老年小鼠在目标象限中花费的时间要长得多。海马生物能量数据显示，老年控制动物的ATP水平下降。另一方面，红色激光治疗显著增加老年小鼠海马体中平均ATP含量。我们描述了在小鼠中进行颅内光生物移植治疗程序的实验室方案。我们的协议可以适应任何其他实验室动物，经常使用在转化神经科学领域，如兔子，狗，猴子等。根据我们的调查，低水平的红光可以通过提高ATP的产生来恢复老年大脑中的海马功能，这反映在增强的空间记忆功能中。在这种方法中，根据哪些大脑区域受病理学影响，需要优化调整几个物理和治疗参数，包括照射时间、治疗间隔、应用辐射和荧光，以达到更好的效果。颅内光生物调节疗法被提出，作为改善大脑新陈代谢和认知增强的有希望的方法，可能是年龄相关的认知衰退和神经退行性疾病的潜在策略。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)

Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound fTCD

儿童使用功能经颅多普勒超声评估大脑偏侧（fTCD）

There are many unanswered questions about cerebral lateralization.  In particular, it remains unclear which aspects of language and nonverbal ability are ...

科研

神经科学

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

结合经颅磁刺激和功能磁共振成像检查默认模式网络

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

A Simple and Inexpensive Method for Determining Cold Sensitivity and Adaptation in Mice

测定冷灵敏度和适应小鼠一种简单廉价的方法

Cold hypersensitivity is a serious clinical problem, affecting a broad subset of patients and causing significant decreases in quality of life.  The cold ...

Limbal Approach-Subretinal Injection of Viral Vectors for Gene Therapy in Mice Retinal Pigment Epithelium

病毒载体的基因治疗的小鼠视网膜色素上皮缘方针，视网膜下注射

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Online Transcranial Magnetic Stimulation Protocol for Measuring Cortical Physiology Associated with Response Inhibition

在线经颅磁刺激测量与反应抑制相关的皮质生理

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The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb

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Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of ...

Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) in Mice

Transcranial Direct Current Stimulation tDCS in Mice

经颅直流电刺激 (tDCS) 在小鼠中的作用

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Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation

导航经颅磁刺激踝关节脊椎通路的双边评价

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Analysis of Cerebral Vasospasm in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage with High Frequency Transcranial Duplex Ultrasound

高频颅内双体超声波的苏巴拉赫诺德出血的穆林模型脑血管痉挛分析

Cerebral vasospasm that occurs in the weeks after subarachnoid hemorrhage, a type of hemorrhagic stroke, contributes to delayed cerebral ischemia. A ...

Whole-Brain 3D Activation and Functional Connectivity Mapping in Mice using Transcranial Functional Ultrasound Imaging

使用经颅功能超声成像的小鼠全脑3D激活和功能连接映射

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ...