Nicht-invasiver Hochfrequenz-Ultraschall und Doppler-Bildgebung der Hämodynamik des Rattenhirns

Zusammenfassung

Quelle: Giustetto, P., et. al., Nicht-invasiver parenchymaler, vaskulärer und metabolischer Hochfrequenz-Ultraschall und photoakustische Tiefenhirnbildgebung von Ratten. J. Vis. Exp. (2015)

In diesem Video demonstrieren wir den Einsatz von Hochfrequenzultraschall und photoakustischer Bildgebung zur Untersuchung des Gefäßsystems und des Hämoglobingehalts im Rattengehirn. Diese Methode liefert detaillierte Einblicke in die zerebrale Perfusion und die Sauerstoffversorgung des Blutes und ermöglicht eine nicht-invasive Analyse der Gefäßstrukturen und der Sauerstoffverteilung des Gehirns.

Protokoll

Alle Verfahren, an denen Tiermodelle beteiligt sind, wurden vom örtlichen institutionellen Tierpflegeausschuss und dem Tierprüfungsausschuss von JoVE überprüft.

1. Vorbereitung

1. Anästhesie
   1. Setzen Sie das Tier in die entsprechende Isoflurankammer, um es zu betäuben.
   2. Die Kammer wird mit gemischtem O₂- und Isoflurangas für den Veterinärgebrauch in einer Konzentration von 2,5 % in einer 2-l-Gaskammer gefüllt und etwa 3 Minuten gewartet, bis die Ratte eingeschlafen ist. Überprüfen Sie, ob die Anästhesie durch ein Zehenkneifen wirkt.
   3. Sobald die Narkose wirkt, entfernen Sie die Ratte und wiegen Sie sie.
   4. Verteilen Sie eine dünne Schicht wasserlösliches ophthalmisches Gel auf die Augen des Tieres, um sie zu schützen und die physiologische Hydratation des Auges zu erhalten.
   5. Legen Sie die Ratte auf eine Arbeitsplatte einer Ultraschall- und Photoakustik-Bildgebungsstation. Um die Anästhesiewirkung aufrechtzuerhalten, positionieren Sie die Nase schnell in der entsprechenden Maske, um einen konstanten Anästhesiefluss zu gewährleisten (Isofluran 2%-2,5% in Sauerstoff 1 L/min).
2. Rasieren des Tieres
   1. Tragen Sie eine gleichmäßige Schicht Haarentfernungscreme auf der Kopfoberfläche auf und achten Sie darauf, die Bereiche um die Ohren und den Hals herum zu bedecken. Lassen Sie die Creme einige Minuten einwirken und nehmen Sie sie vorsichtig mit einem Spatel heraus. Entfernen Sie alle Cremereste vorsichtig mit einem feuchten Schwamm, um die Haut genau zu reinigen.
      ANMERKUNG: Das Tierfell schließt Luft ein, die sich negativ auf die ultraschallbasierte Bildaufnahme auswirkt, daher muss es notwendigerweise so weit wie möglich entfernt werden.
3. Positionieren des Tieres
   1. Ordnen Sie das Tier in einer gespreizten Adlerposition an. Überwachen Sie die Vitalparameter mit Hilfe entsprechender Vitalparametersensoren auf der Arbeitsplatte (sofern vorhanden). Stützen Sie die Pfoten auf die Sensoren, nachdem Sie einige Tropfen Elektrodencreme für den professionellen Gebrauch aufgetragen haben.
      ANMERKUNG: Während der Anästhesie ist darauf zu achten, dass die Vitalparameter folgende Werte haben: Die Körpertemperatur der Ratte ≈ 37,5 °C, die Herzschläge pro Minute (BPM) variieren zwischen 250 und 350 und die Atemfrequenz liegt im Bereich von 40-80 Atemzügen pro Minute.
   2. Zum Schluss befestigen Sie die Gliedmaßen mit einem hypoallergenen Kunstseidenpflaster. Bei Bedarf erneut eine dünne Schicht wasserlösliches Augengel auftragen, um die Augen des Tieres zu schützen.

2. Bildaufnahme aus zeitlicher Sicht

1. Positionierung des Tieres
   1. Halten Sie das Tier in Bauchlage, drehen Sie seinen Körper leicht zur Seite, mit einem Neigungswinkel von ca. 45° in Bezug auf die sagittale Körperachse. Verwenden Sie kleine Baumwollgazerollen als Ständer, um die Entsorgung richtig zu arrangieren (Abbildung 1a).
   2. Hebe den Kopf des Tieres an und drehe ihn leicht auf eine Seite (Abbildung 1a). Verwenden Sie eine Watterolle als Ständer, um die Schnauze gut in die Anästhesiemaske einzuführen.
   3. Neigen Sie die Arbeitsplatte in einem Winkel von ca. 30° zur horizontalen Ebene.
   4. Drehen Sie den bildgebenden Schallkopf in einem Winkel von ca. 30° zur vertikalen Ebene.
2. Ultraschall und photoakustische anatomische und vaskuläre Bildaufnahme
   1. Schalten Sie den bildgebenden Scan ein, schalten Sie die Bildaufnahme im B-Modus ein und stellen Sie alle Bildaufnahmeparameter richtig ein, um den gegebenen Anforderungen des Experiments gerecht zu werden (Abbildung 2a).
      HINWEIS: Stellen Sie die Sendemittenfrequenz so niedrig wie möglich ein (16 MHz, Abbildung 2b), um die maximal mögliche Eindringtiefe für den Wandler zu erreichen.
   2. Eine gleichmäßige Schicht (ca. 1 cm dick) hypoallergenes wasserlösliches Ultraschall-Transmissionsgel auf den Kopf des Tieres auftragen (Abbildung 1b). Decken Sie den Schallkopfkopf mit einer dünnen Schicht desselben Gels ab und bringen Sie es in Kontakt mit der Schicht auf der Ratte. Verwenden Sie warmes Gel, um eine lokale Unterkühlung zu minimieren.
   3. Starten Sie die Bildaufnahme im B-Modus und passen Sie die Positionierung des Schallkopfs in Echtzeit an, indem Sie anatomische Referenzen identifizieren und den interessierenden Bereich auf den Mittelpunkt des Monitors zentrieren. Stellen Sie sicher, dass Luftblasen auf jeder Ebene, die in der Gelschicht eingeschlossen sind, entfernt werden, da sie sich negativ auf die Aufnahme auswirken.
   4. Platzieren Sie den Schallkopf so, dass er an der virtuellen Achse ausgerichtet ist, die das Ohr mit dem Auge verbindet (Abbildung 3a), um eine optimale Strahlfokussierung zu erhalten. Erfassen Sie verschiedene Ansichten des internen Gehirnvolumens durch Drehung im oder gegen den Uhrzeigersinn (Abbildung 3b und c).
   5. Befestigen Sie schließlich den Wandler auf einem mechanischen Ständer, um die Position stabil zu sichern und die Ausrichtung fein abzustimmen.
   6. Stellen Sie sicher, dass die zerebrale Region of Interest in einer Tiefe von 10 mm in Bezug auf die US-LASER-Schallkopfquelle lokalisiert ist, um ein optimales photoakustisches Antwortsignal zu erhalten (Abbildung 4). Platzieren Sie dann den Indikator der Fokussierung der US-Welle genau in der Mitte des analysierten Bereichs.
      HINWEIS: Vermeiden Sie bei der Erforschung von Interessengebieten die Aktivierung der Respirationsgate-Option, um den Positionierungsprozess zu beschleunigen.
   7. Wechseln Sie in den Farbdoppler-Modus, um die inneren Blutgefäße des Gehirns auf hochempfindliche Weise zu visualisieren.
   8. Sobald die Positionierung so eingestellt ist, dass die gewünschten Regionen sichtbar werden, aktivieren Sie die Option "Respiration Gate", um unerwünschte Effekte im Zusammenhang mit der Bewegung zu vermeiden (Abbildung 5a).
   9. Wählen Sie den gewünschten Erfassungsparameter, der im Farbdoppler-Modus eingestellt ist (Abbildung 5b) und nehmen Sie Bilder in dieser Modalität auf, um die Geschwindigkeiten und Richtungen des Blutstroms bis zu einer Eindringtiefe von mehreren Millimetern zu unterscheiden.

Ergebnisse

Abbildung 1: Entsorgung von Tieren für die zeitliche Bildaufnahme. (a) Die Anordnung des Tieres auf der Arbeitsplatte für die Bildaufnahme: Nach der Kopfrasur wird das Tier in Bauchlage gebracht, wobei der Körper auf einer Seite leicht geneigt ist,...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Hochfrequenz-Ultraschall- und photoakustische Bildgebungsstation (VEVO LAZR 2100 System)	FUJIFILM VisualSonics Inc.
Vevo Compact Dual Anesthesia System (Tischversion)	FUJIFILM VisualSonics Inc.		http://www.visualsonics.com/anesthesiasystem#sthash.opODtSht.dpuf
Ultraschall-Transmissionsgel (Aquasonic 100)	PARKER LABORATORIES INC.	01-08	http://www.parkerlabs.com/aquasonic-100.asp
Sprague-Dawley-Ratten	Charles River Laboratories		Drei 6 Wochen alte Sprague-Dawley-Ratten wurden von den Charles River Laboratories gekauft und in Standardhaltung gehalten (12 h B. Hell-Dunkel-Zyklen) mit einem Standard-Nagetierfutter und Wasser, das ad libitum zur Verfügung steht. Bereitgestellt von: http://www.criver.com/