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使用显微计算机断层扫描成像观察小鼠脑血栓

June 17th, 2025

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Abstract

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来源: Kim, D., et.al. 结合近红外荧光成像和显微计算机断层扫描直接可视化脑血栓栓塞。J. Vis. Exp. (2016)

该视频演示了使用显微计算机断层扫描 (micro-CT) 成像对小鼠脑血栓的可视化。脑血栓小鼠模型注射了作为造影剂的纤维蛋白靶向金纳米颗粒。将鼠标放在显微 CT 机器的床上,从多个角度获取图像。使用适当的软件,对图像进行重建和处理。

Protocol

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所有涉及动物模型的程序均已由当地机构动物护理委员会和 JoVE 兽医审查委员会审查。

1. 用荧光标记标记的外源性凝块的制备(图 1)

  1. 使用 3% 异氟醚与 30% 氧气(1.5 L/min,100% 氧气)混合,在诱导室中麻醉小鼠。通过观察肌肉张力并确认没有脚趾捏反射,确保足够的麻醉深度。
  2. 将动物俯卧放在无菌窗帘上,并使用吸入面罩和 2% 异氟醚与 30% 氧气混合保持麻醉状态。使用无菌技术和无菌防护服/口罩/手套/器械执行以下程序。通过在作前后用 70% 酒精清洁和消毒实验区域来保持无菌条件。
  3. 心脏穿刺后收集约 300 ~ 1,000 μl 动脉血。将 70 μl 全血与 30 μl C15 探针(浓度 20 μmol/L)混合,C15 探针是一种对活化因子 XIII (FXIIIa) 凝血酶的纤维蛋白交联活性敏感的 Cy5.5 荧光探针,以荧光标记凝块(图 1A)。使用 3 ml 注射器(23 号针头)将混合血液注射到 20 cm 长的聚乙烯管(PE-50,内径 0.58 mm)中。PE 管必须经过消毒(或由制造商认证为无菌),并且血凝块必须在组织培养罩中无菌制备。
  4. 通过观察缺乏呼吸和心跳来验证动物的死亡。
  5. 将载血管在室温下放置 2 小时,然后在 4 °C 下放置 22 小时,并执行以下程序,如前所述。
  6. 将含血栓的试管切成 1.5 厘米长的小块。使用装有磷酸盐缓冲盐水 (PBS) 的 3 ml 注射器,通过将 PBS 轻轻注入每根试管中,将血栓排出到含有 PBS 的 6 孔板上。用 PBS 洗涤血栓 3 次(图 1B)。
  7. 小心抽取洗涤过的血栓,同时避免气泡,使用充满盐水的 1 ml 注射器和 30 号针头,将 1.5 cm 长的血栓加载到 15 cm 长的 PE-10 管(内径 0.28 mm)的远端部分插入管的近端插入管的近端。
  8. 将载有血栓的 PE-10 管与经修饰为锥形端(内径 200 μm)的 3 cm 长 PE-50 管(内径 0.58 mm)连接,该管将放置在大脑中动脉 (MCA) - 大脑前动脉 (ACA) 颈内动脉 (ICA) 分叉区域在栓塞性中风的小鼠模型中(图 1C)。

2. 血栓栓塞性中风小鼠模型建模(图 2)

  1. 使用 3% 异氟醚与 30% 氧气 (1.5 L/min) 混合,在诱导室中麻醉要卒中的不同小鼠。皮下注射美洛昔康 (5 mg/kg) 以缓解术后疼痛。通过观察肌肉张力并确认没有脚趾捏反射,确保足够的麻醉深度。
  2. 在每只眼睛上涂抹少量兽用软膏,以防止麻醉时干燥。使用无菌技术和无菌防护服/口罩/手套/器械进行以下外科手术。通过在手术前、手术中和手术后用 70% 的酒精清洁和消毒手术区域来保持无菌条件。
  3. 将鼠标移动到手术台上。将动物置于俯卧位的无菌窗帘上,并使用吸入面罩和 2% 异氟醚保持麻醉状态。然后,使用带有直肠温度计反馈的恒温毯将体温夹在 36.5 °C。
  4. 用 betadine 和 70% 酒精进行手术准备后,用手术刀在左耳和眼睛之间的头皮上做一个 1 厘米的垂直切口。将激光多普勒流量计光纤的远端粘合到暴露的左颞骨表面(前囟左侧 1 毫米和下方 4 毫米)上。然后,开始多普勒血流监测(图 2A)。
  5. 放下动物。用一根连接在销钉上的绳子拉动上门牙,拉直颈部,然后剃掉颈部区域。然后,做一个 3 cm 的垂直中线切口,张开,解剖血管周围软组织,露出左颈动脉球区域。小心不要伤到迷走神经。
  6. 使用无菌 6-0 黑丝缝合线结扎左近端颈总动脉 (CCA),并使用无菌 7-0 黑丝缝合线结扎左 ICA 和左翼腭动脉 (PPA)。
  7. 使用单极电灼烧灼左甲状腺上动脉,它是左颈外动脉的一个分支,并使用无菌 7-0 黑丝缝合线松散地结扎左近端颈外动脉 (ECA) 和更远端的部位。
  8. 使用微型剪刀,在 ECA 的连接部位之间打一个小孔(直径约 0.2 ~ 0.25 μm)。
  9. 将含血栓的导管插入 ECA 的孔中,同时松开近端 ECA 结扎。将导管推进 CCA 后,再次收紧近端 ECA 结扎,以便将导管收紧到位。
  10. 烧灼以切割远端连接部位远端的 ECA 远端部分,并顺时针旋转游离近端 ECA 以使其与 ICA 的方向对齐,同时从 CCA 中撤回导管。然后,在松开 ICA 结扎后立即将导管推进至远端 ICA 的 MCA-ACA 分叉区域约 9 毫米。然后,收紧 ICA 结扎。
  11. 轻轻按压注射器 1 ml 以注射血栓,将血栓放入分叉区域。检查多普勒脑血流量 (CBF) 的减少情况,如果血栓成功阻塞血管,与基线相比,多普勒脑血流量 (CBF) 应降低 30% 或更低(图 2B)。
  12. 拔除导管,并立即紧紧结扎 ECA 近端部位。此外,取消 CCA 和 PPA 的连接。
  13. 使用 6-0 丝缝合线闭合切口部位。在所需的时间范围内继续多普勒监测后停止麻醉(此处为血栓注射后 30 分钟)。将鼠标放回空笼子里,用加热灯保持温暖。在鼠标获得足够的意识以维持胸骨卧位之前,不要让鼠标无人看管。

3. 脑血栓的体内 MicroCT 成像(图 3)

  1. 如步骤 2.1 中所述,在栓塞性中风发作后(此处为 1 小时)用 2% 异氟醚重新麻醉小鼠由于血栓位于脑动脉中。通过确认没有脚趾捏反射,确保足够的麻醉深度。在每只眼睛上涂抹少量兽用软膏,以防止麻醉时干燥。
  2. 10 mM PBS 中以 10 mg Au/ml 的浓度重悬纤维蛋白靶向金纳米颗粒 (fib-GC-AuNP4),并对血栓显像剂超声处理 30 分钟,以确保纳米颗粒的溶解和分散。将 300 μl fib-GC-AuNP (10 mg/ml) 注射到静脉中。
  3. 将动物放在 microCT 机器的床上,用一根连接到销钉上的绳子拉动上门牙,拉直脖子,以减少运动伪影。
  4. 注射 fib-GC-AuNP 后 5 分钟,开始获得脑的显微 CT 图像。对于此处描述的实验,使用以下成像参数:65 kVp、60 μA、26.7 x 26.7 x 27.9 毫米3 视野、0.053 x 0.053 x 0.054 毫米3 体素大小、每帧 100 毫秒、一个平均、360 个视图、512 x 512 重建矩阵、600 个切片、64 秒扫描时间。
  5. 将鼠标放回空笼子中,并用加热灯保持温暖。在鼠标获得足够的意识以维持胸骨卧位之前,不要让鼠标无人看管。
  6. 使用安装在显微 CT 扫描仪上的软件包中"重建"面板的"开始"命令,将原始图像数据转换为医学数字成像和通信 (DICOM) 格式。
  7. 对于图像的定量分析(在步骤 6 中),根据制造商的说明使用市售软件包将 DICOM 数据转换为 TIFF 格式。
  8. 为了以更简单、更快速的方式进行定性分析和定量分析,请使用软件包和 DICOM 格式的原始 0.054 毫米厚图像生成一组新的轴向和冠状度图像,这些图像的厚度为 1 或 2 毫米(此处为 2 毫米),如下所示。
    1. 在 'Data Source' 树上选择 DICOM 文件夹,单击鼠标右键,然后将该文件夹导入 'MasterDB' 或 'PrivateDB'。
    2. 单击 'Data Source' 树中的 'MasterDB' 或 'PrivateDB',然后选择导入的文件夹。单击最左侧面板上的"3D"选项卡后,当弹出"加载选项"窗口时,按"确定"将文件夹中的图像序列作为堆栈导入。
    3. 通过在轴向和冠状图像窗口中单击"MRP"一词,然后在弹出菜单中选择"MIP",将图像表示更改为最大强度投影 (MIP) 格式。然后,在同一窗口中单击"TH : 0 [mm]"后,将图像厚度更改为 2 mm。
    4. 使用 2 mm 宽的 3D 导航器杆,允许探索图像堆栈并以适当的角度和位置对其进行切片,准备 2 mm 厚的轴向切片图像,完全覆盖包含血栓的 Willis (COW) 圆。单击 'Output' 面板上的捕获按钮(相机图标)。以 TIFF 格式存储图像。
  9. 然后,准备五个 2 毫米厚的冠状切片图像,这些图像从额叶到小脑连续覆盖。
    1. 首先,通过小心地将导航杆对准轴向图像来准备第二个切片,以便冠状图像可以最好地可视化 MCA-ACA 血栓。

接下来,以连续的方式准备其他四片。单击 'Output' 面板上的捕获按钮(相机图标)。以 TIFF 格式存储图像。

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Results

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figure-results-1

图 1:荧光标记血凝块的制备概述。(A) 新鲜全血与 Cy5.5 近红外荧光 (NIRF) 探针 (C15) 混合,该探针在凝块成熟过程中通过活化凝血因子 XIIIa 的纤维蛋白交联酶作用与血栓的纤维蛋白链共价连接。将混合血液注射到聚乙烯 (PE)-50 管中,放置 24 小时,以使凝块形成和成熟。(B) NIRF 成像以确认 C15 探针对血栓的光学标记。注意洗涤从 PE 管中取出的血栓后的持续荧光。(C) 载有血栓的 PE-10 管,其中 PE-50 管经过修饰,具有锥形端(...

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
机器
microCTNanoFocusRay,韩国全州NFR Polaris-G90
激光多普勒流量计Perimed,瑞典斯德哥尔摩PeriFlux 系统5000
手术显微镜徕卡显微系统公司,韩国首尔EZ4HD
吸入麻醉机珀金埃尔默,马萨诸塞州,美国XGI-8
软件
NFR 控制NanoFocusRay,韩国全州NFR Polaris-G90microCT 控制软件
LucionInfinitt,韩国首尔Lucion3D 渲染成像软件
实验室图表 7ADInstruments,美国科罗拉多实验室图表 7rCBF
Image J 软件Wanye Rasband,NIH,美国1.49d成像分析
设备/仪器
输液泵马萨诸塞州哈佛22(55-2226)
恒温毯Panlab,西班牙巴塞罗那HB101
袖珍烧灼韩国首尔大宗DJE-39
脑基质Ted pella,CA,USA15003冠状切片
PE-50 管Natsume,日本东京SP-45(PE-50)内径 0.58 mm 外径 0.96 mm
PE-10 管夏目,东京,日本SP-10(PE-10)内径 0.28毫米外径 0.61
30规格针头成心-医疗,首尔,韩国
CPL-医疗,安山,韩国 1 & 3 cc
纱布Panamedic,天安,韩国
胶带苏格兰威士忌,首尔,韩国3M-810
镊子精细科学工具,加拿大温哥华11253-27Dumont #L5
微型剪刀精细科学工具,加拿大温哥华15000-03Vannas 弹簧
剪刀精细科学工具,加拿大温哥华14084-088.5 厘米
黑丝缝合Ailee,釜山,韩国SK6071,SK7286-0 和 7-0
试剂
美洛昔康Yuhan 韩国首尔
兽医软膏诺华,瑞士
10% 聚维酮碘 (betadine)Firson, Cheon-an, 韩国
氯化铁Sigma, 密苏里州, 美国157740-5G
TTCAmresco, 俄亥俄州,美国0765-100g
异氟醚Hana-Pham,韩国京畿Ifran100 mL
PBSWelgene,韩国大邱LB001-02500 mL
金纳米颗粒 合成
生理盐水 DahanPham,韩国首尔48N3AF320 mL
州 美国泵 毫米 注射器微型线 巴塞尔道

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