文摘

我们先前已经表明,近红外光(NIr)治疗或photobiomodulation neuroprotects在黑质致密部多巴胺能细胞(SNc)引起的变性1-methyl-4-phenyl-1, 2, 3, 6-tetrahydropyridine在老鼠身上注射(MPTP药物)。本研究探讨了近红外光谱治疗变化是否丘脑下的地区安全系数表达的模式,即底丘脑核(STN)和带incerta(子);两组细胞异常活跃在帕金森情况下细胞。BALB / c小鼠注射了MPTP药物治疗(100 - 250毫克/公斤)或生理盐水30多个小时之后,两个小时或6天生存期(急性模型)或超过五周,后跟一个为期三周的生存期(慢性模型)。近红外光谱注射和MPTP药物同时应用。大脑被加工为Fos免疫化学提交,用体视学和细胞数量估计。我们的主要发现是,近红外光谱治疗降低安全系数的增加(30 - 45%)+在注射后STN和子MPTP药物细胞数量明显侮辱。这种减少并发与多巴胺的神经保护SNc细胞显示之前注射和明显MPTP药物模型(除了2小时生存期没有显示出细胞数量的变化)。总之,我们的研究结果表明,近红外光谱有持久影响细胞的活性坐落在大脑深处,修复部分帕金森毒素产生的异常活动。

1。介绍

暴露在近红外光治疗(NIr),也称为photobiomodulation,可以防止多巴胺能细胞变性引起1-methyl-4-phenyl-1, 2, 3, 6-tetrahydropyridine注射(MPTP药物)在体外(2,3),在活的有机体内(在黑质致密部;SNc) [4,5)的研究。这个神经保护可能是由于近红外光谱限制线粒体功能障碍和随后的氧化应激和自由基的生产注射造成的MPTP药物,导致Parkinson-like病理学(4,6]。近红外光谱可以改善线粒体功能和ATP(腺苷′三磷酸)生产通过增加呼吸链电子传递和photoacceptors激活,如细胞色素氧化酶(7,8]。虽然这些结果来自在体外研究[2,3),从疾病的动物模型4,5),结果可能是令人激动的;无创性治疗方式提供神经保护在帕金森病,一个特性,大多数当前的治疗形式,包括dopamine-replacement药物治疗,不做9]。

在这项研究中,我们试图扩展我们的解剖发现早些时候(4,5)通过检查细胞激活的模式与近红外光谱在帕金森情况下的神经保护作用。为此,我们研究了细胞活性在丘脑下的地区,即底丘脑核(STN)和带incerta(子)。我们选择这个地区的两个主要原因(我)STN和子细胞异常过度活跃在帕金森情况下(10- - - - - -13)和(2)两组细胞已经成为流行的手术治疗的目标,特别是脑深部电刺激(14- - - - - -16]。能够很好的接受,增加安全系数表达式,cfo基因激活后,反映了细胞活性的增加。这种方法已被用于研究全球细胞活动模式后,在许多大脑区域各种形式的刺激和疾病,包括帕金森症(17,18]。从本质上讲,我们测试了近红外光谱治疗是否能够影响细胞位于大脑深处的活动和反向异常活动引起的帕金森的侮辱。

2。材料和方法

2.1。主题

男性白化BALB / c小鼠(~ 20克;~ 8周旧; = 9 6 )被安置在12小时光/暗周期无限制地食物和水。所有实验动物伦理委员会批准的悉尼大学的。

2.2。实验设计

急性(4,19和慢性5注射]MPTP药物模型被用于这项研究。在每个模型有四个实验组,每组,老鼠注射收到的腹腔内注射MPTP药物或生理盐水,同时结合近红外光谱治疗。不同的组(1)生理盐水( = 2 4 ):生理盐水注射没有近红外光谱,(2)saline-NIr( = 2 4 与近红外光谱):生理盐水注射,(3)MPTP( = 2 4 与没有NIr注射):MPTP药物注射,(4)MPTP-NIr( = 2 4 与近红外光谱注射):MPTP药物注射。

对于急性模型,四个(25毫克/公斤打针;100毫克/公斤/老鼠注射)MPTP药物或在30小时内注射生理盐水。最后一次注射后,老鼠可以存活2小时( = 3 2 )或六天( = 3 2 )。对于慢性模型( = 3 2 ),老鼠注射有十个注射MPTP药物(20毫克/公斤/注射;200毫克/公斤/鼠标)或生理盐水结合丙磺舒(250毫克/公斤;降低注射肾排泄的MPTP药物,因此维护毒素注射间隔期间)的影响大约三天半,为期五周。最后一次注射后,老鼠可以存活三个星期。两种模型的剂量政权和生存期是由以前的研究同样适用(4,5,19]。生存期被选为,以确定是否有任何直接注射或持久安全系数变化表达式后MPTP药物(NIr)治疗。

近红外光谱治疗、老鼠MPTP-NIr和saline-NIr团体的每个模型(急性和慢性)处理670纳米光从发光装置(领导;量子设备经10)如前所述4,5]。简单地说,老鼠近红外光谱治疗(一个周期为90秒;估计0.5焦耳/厘米2到大脑(4注射)~ 15分钟后每个MPTP药物或注射生理盐水。因此,注射为每个MPTP药物侮辱几乎立即会有潜在的治疗应用。为模型,这些近红外光谱的治疗方法是类似于先前的研究,特别是那些报告经颅辐照后的变化(4,5,20.,21]。对于每个接触近红外光谱,用手轻轻鼠标是克制的,和上面的领导举行1 - 2厘米(4,5]。老鼠暴露期间倾向于放松,和可靠的交付的辐射是容易实现的。LED产生很少的热量,它并没有导致老鼠任何可见的不适。注射生理盐水和MPTP药物组小鼠如上所述的领导下举行了90秒,但设备不打开(4,5]。

基本上我们的实验范式,同时管理帕金森侮辱和治疗应用程序,类似于许多先前的研究在帕金森氏病疾病的动物模型4,5,19,22]。这种模式是不同于临床现实,大量的多巴胺能细胞损失发生前的治疗干预。然而,在我们的实验研究与上述之前我们希望探讨的最大影响近红外光谱治疗多巴胺能细胞的数量,从而确定系统的功能活动的影响(即。,安全系数表达式)。

2.3。免疫细胞化学

生存期后,老鼠犀牛的腹腔内注射戊巴比妥钠(60毫克/毫升)。然后他们被灌注transcardially 0.1磷酸盐(PBS);pH值7.4),其次是4%的缓冲甲醛。大脑在一夜之间被移除和后缀相同的解决方案。接下来,大脑被安置在PBS的30%蔗糖,直到块沉没。前脑是冠方,然后分段连续使用冷冻切片机。所有部分在PBS收集,然后沉浸在一个解决方案1% Triton(σ)和10%的正常山羊血清(σ)在室温下30分钟。部分被孵化在anti-cFos (SantaCruz;1:4000)48小时(在4°C),其次是生物素化的anti-rabbit免疫球蛋白(Bioscientific;1:200)三个小时(室温),然后streptavidin-peroxidase复杂(Bioscientific; 1 : 200) for two hours (at room temperature). To visualise the bound antibody, sections were reacted in nickel-Tris-buffered saline (pH 7.4)-3,3′-diaminobenzidine tetrahydrochloride (Sigma) solution. In between incubations, sections were washed in three changes of PBS. Sections were mounted onto gelatinised slides, air dried overnight, dehydrated in ascending alcohols, cleared in Histoclear, and coverslipped using DPX. Most of our immunostained sections were counterstained lightly with neutral red as well. For controls, sections were processed as described above, except that there was no primary antibody used. These control sections were immunonegative.

2.4。分析

下面列出的程序由先前的研究[4,5,19),安全系数的数量+细胞内的STN和子估计使用光学分馏器方法(StereoInvestigator MBF科学)。简而言之,系统随机抽样的网站在定义边界STN和子。帧内细胞进入重点都计算在内。数据4 (e)5 (e)给老鼠大脑的原理图,图中阴影区域显示的区域进行分析。安全系数的分布地图+细胞(数据4(一)- - - - - -4 (d),5(一个)- - - - - -5 (d))建立了使用StereoInvestigator计划。为对比组内每个模型(六天的生存生存和两小时的急性模型和慢性模型)、单向方差分析测试( 值)进行,结合Tukey-Kramer多重比较测试( 值)(使用GraphPad Prism项目)。原理图和数字图像构造使用Adobe Photoshop和微软PowerPoint项目。

3所示。结果

接下来,形态、数量和安全系数的分布+细胞在STN和子将会单独考虑。

3.1。形态

STN和子,Fos免疫反应性仅限于提交的核细胞(图1)。免疫反应性的强度不一致的跨细胞组织;细胞应用要么强烈(箭头,图1)或弱(箭头,图1)。这些模式很明显在STN(数字1(一)1 (b)),在每一个不同的子行业,即吻侧(图1 (c)),背(图1 (d)),腹侧(图1 (e)),尾(图1 (f))和相似实验两种注射急性和慢性MPTP药物模型组。

3.2。数量

在这项研究中,我们计算安全系数的数量+细胞STN和子应用强烈(见上图),大概因为他们经历了最激活(17,23]。细胞的数量在STN和子注射急性和慢性MPTP药物模型将会单独考虑。

3.2.1之上。丘脑核(STN)

图在图2 (b)显示了估计的安全系数+细胞STN的四个实验组,每组在注射急性MPTP药物模型中。在两个小时的生存期,有50 - 60%的安全系数+注射细胞saline-NIr, MPTP药物,比生理盐水组和MPTP-NIr团体。总的来说,使用方差分析测试,这些差异显著( = 6 2 ; < 0 0 0 1 )。使用Tukey-Kramer测试,总数显著差异被发现之间的生理盐水组和saline-NIr ( = 4 0 ; < 0 0 5 注射),MPTP药物( = 4 1 ; < 0 0 5 )和MPTP-NIr ( = 5 9 ; < 0 0 1 )组。没有注射saline-NIr组和MPTP药物之间的显著差异( = 0 1 ; > 0 0 5 )或MPTP-NIr ( = 1 9 ; > 0 0 5 )组织,还是注射之间的MPTP药物和MPTP-NIr组( = 1 8 ; > 0 0 5 )。在为期六天的生存期间,注射的MPTP药物组有更多的安全系数+细胞比MPTP-NIr (40%)、saline-NIr(80%),和盐(85%)组。特别相关的是MPTP-NIr组有更少的安全系数+注射细胞比MPTP药物组,表明近红外光谱治疗减少了注射引发的安全系数表达式MPTP药物的侮辱。此外,MPTP-NIr组有更多的安全系数+细胞比生理盐水组(65 - 75%),表明尽管减少注射的MPTP药物数量的侮辱,它并没有完全达到控制水平。总的来说,这些组织之间的差异都显著使用方差分析测试( = 6 5 7 ; < 0 0 0 0 1 )。使用Tukey-Kramer测试,注射之间的显著差异被发现总数MPTP药物组和生理盐水( = 1 7 6 ; < 0 0 0 1 ),saline-NIr ( = 1 6 0 ; < 0 0 0 1 ),值得注意的是,MPTP-NIr ( = 8 1 ; < 0 0 0 1 )组。还有MPTP-NIr组和生理盐水之间的显著差异( = 9 5 ; < 0 0 0 1 )和saline-NIr ( = 7 9 ; < 0 0 0 1 )组。总数量的差异之间的生理盐水和saline-NIr组不显著( = 1 6 ; > 0 0 5 )。

图在图2 (b)显示了估计的安全系数+细胞注射STN的四组慢性MPTP药物模型。安全系数的模式+细胞数量显示为这个模型类似于上面所述的六天生存急性模型。注射的MPTP药物组有更多的安全系数+细胞比MPTP-NIr (45%)、saline-NIr(75%),和盐(75%)组。MPTP-NIr组有更少的安全系数+细胞注射比MPTP药物组但更多的细胞比生理盐水组(55%)。总的来说,这些组织之间的差异都显著使用方差分析测试( = 3 4 2 ; < 0 0 0 0 1 )。使用Tukey-Kramer测试,注射之间的显著差异被发现总数MPTP药物组和生理盐水( = 1 2 4 ; < 0 0 0 1 ),saline-NIr ( = 1 2 3 ; < 0 0 0 1 )和MPTP-NIr ( = 7 1 ; < 0 0 0 1 )组。还有MPTP-NIr组和生理盐水之间的显著差异( = 5 4 ; < 0 0 1 )和saline-NIr ( = 5 2 ; < 0 0 1 )组。总数量的差异之间的生理盐水和saline-NIr组不显著( = 0 2 ; > 0 0 5 )。

应该注意的是,酪氨酸羟化酶(TH)的数量+细胞在黑质致密部(SNc),从相同的大脑作为Fos免疫细胞化学提交这些用在这里,也进行了分析,研究结果已发表的全部细节4,5]。简单地说,这些研究表明大量的TH+SNc在急性细胞损失(~ 60%,六天的生存;没有改变在+细胞数量在两小时的生存期)和慢性注射(~ 45%)MPTP药物模型。此外,还有更少的TH+终端在纹状体的主要终止区SNc的轴突,注射的MPTP药物组比别人。最后,MPTP-NIr两种模型组有更多的TH+注射细胞比MPTP药物组(30 - 35%),但是不需要那么多如生理盐水对照组(25 - 30%)。

3.2.2。带Incerta(子)

图在图3(一个)显示了估计的安全系数+子细胞注射四个实验组,每组的急性MPTP药物模型。在两个小时的生存期,有安全系数的数量之间没有显著差异+细胞在不同群体使用方差分析测试( = 2 4 ; > 0 0 5 )。使用Tukey-Kramer测试,没有显著差异被发现总数之间的生理盐水组和saline-NIr ( = 3 4 ; > 0 0 5 注射),MPTP药物( = 2 6 ; > 0 0 5 )和MPTP-NIr ( = 3 0 ; > 0 0 5 saline-NIr之间)组,注射组和MPTP药物( = 0 9 ; > 0 0 5 )和MPTP-NIr ( = 0 5 ; > 0 0 5 )组织,还是注射之间的MPTP药物和MPTP-NIr组( = 0 4 ; > 0 0 5 )。在为期六天的生存期间,注射的MPTP药物组更多的安全系数+细胞比MPTP-NIr (35%)、saline-NIr(55%),和盐(75%)组。特别相关的是MPTP-NIr组有更少的安全系数+细胞注射比MPTP药物组但比生理盐水(65%)和saline-NIr(35%)组。总的来说,这些组织之间的差异都显著使用方差分析测试( = 4 3 3 ; < 0 0 0 0 1 )。使用Tukey-Kramer测试,注射之间的显著差异被发现总数MPTP药物组和生理盐水( = 1 5 4 ; < 0 0 0 1 ),saline-NIr ( = 1 1 2 ; < 0 0 0 1 ),值得注意的是,MPTP-NIr ( = 6 8 ; < 0 0 0 1 )组。也有生理盐水组和saline-NIr之间的显著差异( = 4 2 ; < 0 0 5 )和MPTP-NIr ( = 8 6 ; < 0 0 0 1 )组和MPTP-NIr和Saline-NIr组( = 4 5 ; < 0 0 5 )。

图在图3 (b)显示了估计的安全系数+在四组的子细胞注射慢性MPTP药物模型。安全系数的模式+细胞数量显示为这个模型类似于上面所述的六天生存急性模型。注射的MPTP药物组有更多的安全系数+细胞比MPTP-NIr (30%)、saline-NIr(60%),和盐(80%)组。MPTP-NIr组有更少的安全系数+细胞注射比MPTP药物组但更多的细胞比生理盐水(70%)和saline-NIr(45%)组。总的来说,这些组织之间的差异都显著使用方差分析测试( = 6 6 8 ; < 0 0 0 0 1 )。使用Tukey-Kramer测试,注射之间的显著差异被发现总数MPTP药物组和生理盐水( = 1 8 5 ; < 0 0 0 1 ),saline-NIr ( = 1 4 4 ; < 0 0 0 1 ) 和MPTP-NIr ( = 7 0 ; < 0 0 0 1 )组。还有MPTP-NIr组和生理盐水之间的显著差异( = 1 1 5 ; < 0 0 0 1 )和saline-NIr ( = 7 4 ; < 0 0 0 1 )组和生理盐水和saline-NIr组( = 4 1 ; < 0 0 5 )。

注射总之,MPTP药物侮辱生成的数量大幅增加安全系数+细胞在STN和子,近红外光谱治疗减少显著增加。这些变化是并发TH的变化+细胞数量在SNc急性模型六天的生存期和慢性模型(4,5]。与STN,显著增加安全系数的数量+近红外光谱治疗后细胞子。

4所示。分布

4.1。丘脑核(STN)

4显示了安全系数的分布的原理图+细胞注射急性MPTP药物模型中的STN六天的生存期(慢性模型中的分布是相似的;在两小时的生存期,分布在所有的组都类似于生理盐水组)。在所有组中,安全系数+细胞往往分散在细胞核,没有明确的区域的浓度。有更多的安全系数+细胞明显MPTP-NIr,注射特别是MPTP药物组比生理盐水对照组(见上图)。

4.2。带Incerta(子)

5显示了安全系数的分布的原理图+子细胞及其部门(吻侧、背、腹侧和尾)注射急性MPTP药物模型中不同群体的六天的生存期(与STN,分布在其他类似的模型)。生理盐水组、安全系数+细胞被散布在每个incertal行业,但倾向于集中在背部门(图5(一个))。在saline-NIr(图5 (b)注射),MPTP药物(图5 (c)),和MPTP-NIr(图5 (d))组织,安全系数+细胞也发现有些分散,尽管较高的数字,在每一个领域。在这些群体中,同样的背行业集中度是显而易见的。

总之,安全系数+细胞STN没有显示出明显的地形模式在细胞核,在子,大多数细胞位于背部门。

5。讨论

我们有三个主要的发现。首先,与STN不同,有许多子细胞表达了Fos蛋白近红外光谱治疗后提交。注射第二,STN和子,MPTP药物侮辱生成的数量大幅增加安全系数+细胞。最后,也是最值得注意的是,近红外光谱治疗减少STN的增加和子”丛书+细胞注射后MPTP药物数量的侮辱;这种减少并发TH神经保护的+SNc的细胞。这些差异在安全系数+细胞数量明显的长期生存期(6天到三周)的急性和慢性模型,表明近红外光谱(注射和MPTP药物)治疗对神经功能有持久的影响。下面将探讨这些问题。首先,比较与先前的研究将被考虑。

5.1。与先前的研究相比

我们所知,没有其他的研究,研究了安全系数表达式在STN和子,确实也没有大脑,近红外光谱治疗后。几个以前的研究,使用不同的方法和帕金森病动物模型,已经报道了细胞活动的模式在STN和子。这些研究代谢标记和/或电生理方法用于6-OHDA-lesioned老鼠(10,11,13)或MPTP-treated猴子12]。我们确认这些先前的报道增加细胞活性的STN和子通过使用安全系数在MPTP-treated小鼠免疫细胞化学。应该注意的是,不同的结果在6-OHDA-lesioned老鼠使用已报告在这些核Fos免疫细胞化学提交。在这些研究中,很少有安全系数+细胞被认为在STN (24)或子(256-OHDA病变后)。这种差异的原因在我们的研究并不完全清楚,但可能与注射(6-OHDA对MPTP药物)——使用不同的动物有很多不同的报告结果使用不同模型[26同一个]的位置6-OHDA注射部位。在前面的研究中,6-OHDA马上被注入到内侧前脑束位于毗邻STN和子。可能是有一些从注射部位6-OHDA毒素蔓延到邻近的STN和子,这可能影响安全系数的表达在这些情况下。事实上,在这种情况下,6 odha直接注入SNc,地区远离STN和子,细胞STN和子活动明显增加(10- - - - - -13]。也许6-OHDA注入SNc或纹状体,远离STN和子区域,可能会产生的结果类似于MPTP-treated我们看到老鼠。

5.2。近红外光谱治疗诱导Fos表达桑娜Incerta提交

我们最引人注目之一,最意想不到的发现是增加安全系数表达式的子但不是STN单独应用近红外光谱治疗后。两种机制可以建议增加表达式。首先,近红外光谱可以激活一个兴奋传入通路,一个终止子和STN,触发安全系数表达式。这种途径可能来源于上丘,这有一个非常沉重的投影子(特别是其背部门),但不是STN (27- - - - - -29日]。上丘收到大量从视网膜和直接输入,可能是由近红外光谱直接激活的细胞。此外,视网膜有直接,虽然非常小,输入子而不是STN (27,29日]。这个小的输入,通过一个广泛的inter-ZI网络连接(29日),可能导致安全系数表达式的子。第二,近红外光谱可以直接激活线粒体内的子细胞,诱导安全系数表达式。子细胞可能是更容易photoacceptor(细胞色素氧化酶)激活比STN的细胞。还有待确定,其他两组细胞在中枢神经系统被激活仅通过近红外光谱治疗,以及它们如何可能与这里描述的激活子细胞。

5.3。注射后安全系数表达式MPTP药物治疗

我们报告注射,MPTP药物侮辱诱导”丛书STN和子表达式。事实上,注射的MPTP药物组有更多的安全系数+细胞在两种核比任何其他团体之一。这激活后可能出现的损失SNc多巴胺能细胞注射造成的MPTP药物(10- - - - - -13]。子,收到一个非常弱的直接SNc的投影,因此激活可能发生间接的通过,例如,PpT,活跃在帕金森情况下,沉重的预测子(29日]。STN,它接收更多实质性的SNc投影,一起重预测的PpT (27,28),因此这些预测可能都导致了核安全系数表达式。

因此,似乎有两种截然不同的触发器或机制,生成安全系数表达式。注射的MPTP药物组,安全系数表达式STN和子可能诱导多巴胺能细胞的损失后SNc(和活跃PpT预测),而在saline-NIr集团没有失去SNc的一群细胞,安全系数表达式的子通路引起的可能是刺激视网膜传入后(通过上丘)近红外光谱治疗。

5.4。近红外光谱治疗减少注射引起的异常安全系数表达式MPTP药物侮辱:持久的效果

我们的研究结果表明,神经保护或保存注射多巴胺能细胞在SNc MPTP药物毒性的近红外光谱治疗(4,5)导致减少异常过度活跃(增加安全系数表达式)在STN和子。有更少的安全系数+注射细胞相比MPTP-NIr MPTP药物组。MPTP-NIr组细胞的数量,但是,仍然高于saline-NIr(30 - 45%)和生理盐水对照组(60%),表明近红外光谱治疗完全没有减少注射产生的异常活动MPTP药物毒素;如果那样,那么MPTP-NIr和saline-NIr团体会有非常相似的细胞数量。然而,很明显减少和重大MPTP-NIr组和它可能代表了逆转,至少在某种程度上,注射所产生的异常电路MPTP药物。还有待确定这些神经活动的变化,近红外光谱在行为和临床研究治疗明显。

注射的MPTP药物和MPTP-NIr组织STN和子,子和saline-NIr集团,有许多安全系数+细胞在急性模型六天的生存和慢性模型(三周的生存)。先前的研究已经表明,尽管安全系数表达式的峰值发生大约两小时后某些形式的刺激(例如,外围有毒17,23),但它仍可能存在几周或几个月后其他人(例如,6-OHDA病变(25])。我们这里显示注射,MPTP药物治疗长期(三周6天)影响安全系数的表达式,大概由于异常基底神经节电路的触发和维护(见上图)。此外,我们表明,即使在最小的风险,近红外光谱治疗产生长期影响(6天到三周)细胞活性。这一发现是最鼓舞人心的在考虑治疗使用。最近在这种情况下,它已被证明,抑郁症患者显示改善抑郁和焦虑等级量表,单一剂量的近红外光谱治疗一个月后(20.]。

缩写

6-OHDA: 6-hydroxydopamine
ATP: 腺苷′三磷酸
集成电路: 内囊
格林: 外侧膝状体核
MG: 内侧膝状体核
MPTP: 6-tetrahydropyridine 1-methyl-4-phenyl-1 2 3
mt: Mammillothalamic束
近红外光谱: 近红外光治疗
PBS: 磷酸缓冲盐
PpT: Pedunculopontine盖的核
Rt: 丘脑网状核
SCol: 上丘
西门子数控(南京)有限公司: 黑质致密部
信噪比: 黑质pars网状
STN: 丘脑核
TH: 酪氨酸羟化酶
子: 带incerta
珠海: 尾部门带incerta
ZId: 背部门带incerta
ZIr: 喙的部门带incerta
齐夫: 腹侧部门带incerta。

格兰特赞助商

Tenix集团和Salteri家庭。

确认

作者永远都感激Tenix集团和Salteri家庭为他们的慷慨资助的实验室。作者把这项工作奉献给我们的朋友和同事,加里•贝克去世在论文的最后阶段准备。