MRI-geführten Störung der Blut-Hirn-Schranke mit Hilfe der transkraniellen fokussiertem Ultraschall in einem Rattenmodell

Das allgemeine Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Blut-Hirn-Schranke lokal zu durchbrechen, um den Durchtritt von Molekülen in das Gewebe zu ermöglichen, die normalerweise auf die Hirngefäße beschränkt sind. Dies wird erreicht, indem zunächst das Tier präpariert und in Rückenlage auf ein Wasserbad über einem fokussierten Ultraschallwandler sowie einem Positioniersystem mit drei Achsen gebracht wird. Der zweite Schritt des Verfahrens besteht darin, MRT-Bilder aufzunehmen, um dem Positioniersystem Zielinformationen bereitzustellen.

Der dritte Schritt des Verfahrens besteht darin, die Mikrobläschenlösung herzustellen und zu injizieren. Der letzte Schritt des Verfahrens ist die Einstellung der Ultraschallparameter und die Applikation des Ultraschalls. Abschließend können Ergebnisse erzielt werden, die die Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke an den beschallten Stellen mittels kontrastverstärkter, T1-gewichteter MRT darstellen.

Die Implikationen dieser Technik reichen bis zur Therapie von Erkrankungen des Gehirns und des zentralen Nervensystems, da diese lokale und wiederholbare Störung der Blut-Hirn-Schranke die Untersuchung pharmakologischer Interventionen bei Erkrankungen ermöglicht, die bisher schlecht auf eine medikamentöse Therapie angesprochen haben. Im Allgemeinen werden Personen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten haben, da das Handhaben und Injizieren der Bläschen Geduld und Sorgfalt erfordert, um zu vermeiden, dass die Bläschen zerplatzen, bevor sie das Ziel erreichen. Die Tiervorbereitung wird in einer Fahrt gezeigt.

Ein Techniker aus unserem Labor wählt einen geeigneten kalibrierten Ultraschallwandler aus. Danach platziert er ein Wasserbad, das mit entgastem, demineralisiertem Wasser gefüllt ist, auf dem Tisch eines 1,5-Tesla- oder 3-Tesla-MRT-Geräts, und montiert den Ultraschallwandler im Tank auf einer für MRT kompatiblen Positioniervorrichtung mit drei Achsen oder einem entsprechenden System, ausgerichtet zur Wasseroberfläche. Das Wasserbad sollte eine obere Platte besitzen, um die Tiere nach der Anästhesie mit Isofluran-Gas zu lagern; außerdem ist das Fell von Kopf und Nacken zu rasieren.

Entfernen Sie anschließend das verbleibende Fell mit einer Enthaarungscreme. Führen Sie einen 22-Gauge-Katheter mit Dreiventil in die Schwanzvene ein und spülen Sie diesen mit einer Heparin-Salzlösungsmischung aus, um die Bildung von Gerinnseln im Katheter zu verhindern. Verabreichen Sie injizierbare Anästhetika mittels intramuskulärer Injektion und nehmen Sie das Tier vom Isofluran ab.

10 Minuten vor Versuchsbeginn eine kleine Menge Ultraschallgel auf die Kopfoberseite des Tieres auftragen, um die Gefahr eingeschlossener Luftblasen zu minimieren. Anschließend das anästhesierte Tier in Rückenlage auf das Ultraschall-Positionierungssystem bringen, sodass die Kopfoberseite über eine Öffnung in der oberen Platte mit dem Wasserbad in Kontakt steht.

Der Kopf kann entweder mithilfe einer Bisslatte, falls verfügbar, oder mit fest über das Kinn gezogenem Klebeband fixiert werden. Anschließend befestigen Sie die Beine mit Klebeband am Positioniersystem. Decken Sie das Tier mit einem Handtuch oder einer Decke ab, um es warm zu halten.

Während des Experiments. Erwerben Sie axiale T2-gewichtete und T1-gewichtete MRT-Bilder des Gehirns unter Verwendung der geeigneten Scanparameter. Wählen Sie das Zielgebiet aus den T2-gewichteten Aufnahmen aus, wobei die Ventrikel und die Mittellinie des Gehirns vermieden werden sollen, und wählen Sie eine Tiefe im Mittelhirn.

Bewegen Sie den Fokus des Wandlers an die Zielposition. Aktivieren Sie die definierten Mikrobläschen gemäß der Herstelleranweisung und ziehen Sie langsam ein kleines Volumen in eine Ein-Milliliter-Spritze auf. Entfernen Sie mit einer 18-Gauge-Nadel die eingeschlossene Luft aus der Spritze, indem Sie den Kolben vorsichtig hin und her bewegen, anstatt die Spritze anzuklopfen.

Da dies die Mikrobläschen zerstören kann, verdünnen Sie diese im Verhältnis 10 zu 1 (Salzlösung zu Mikrobläschen), indem Sie das erforderliche Volumen an Mikrobläschen langsam in eine Spritze mit Kochsalzlösung injizieren. Drehen Sie die Spritze vorsichtig um, um die Mikrobläschen und die Salzlösung gründlich zu vermischen, bis eine gleichmäßige Erscheinung erreicht ist. Berechnen Sie das erforderliche Dosisvolumen basierend auf 0,02 Milliliter pro Kilogramm Mikrobläschen oder 0,2 Milliliter pro Kilogramm der Lösung.

Bei einer Verdünnung von 10 zu eins. Stellen Sie die Beschallungsparameter mit niedrigen Tastverhältnis-Impulsen ein, anstatt mit Dauerton-Beschallung. Überprüfen Sie, ob der Kopf des Tieres weiterhin mit dem Wasser gekoppelt ist.

Beginnen Sie die Sonifikation, während Sie gleichzeitig langsam die Mikrobläschen in den Venenkatheter der Schwanzvene injizieren. Spülen Sie anschließend nach der Sonifikation mit 0,5 Milliliter physiologischer Kochsalzlösung durch. Injizieren Sie einen MRT-Kontrastmittel über den Venenkatheter der Schwanzvene, gefolgt von einer Spülung mit 0,5 Milliliter Kochsalzlösung.

Führen Sie eine T1-gewichtete Bildgebung durch, bis der Kontrastgipfel überschritten ist. Sonifikation. Stellen, die erfolgreich unterbrochen wurden, weisen eine stärkere Kontrastmittelaufnahme als das umgebende Gewebe auf. Führen Sie eine T2-gewichtete Bildgebung durch, um an den Sonifikationsstellen auf hohes Signal zu prüfen, das hier auf Ödeme hinweist.

Hier sind typische prä- und post-FUST-eingewichtete MR-Bilder dargestellt. Ein kontrastverstärktes T1-eingewichtetes Bild mit deutlichen fokalen Öffnungen. Vier sonifizierte Positionen, wobei die Positionen 1 und 2 eine besonders starke Kontrastverstärkung zeigen, sind abgebildet.

Die Standorte eins und zwei weisen ebenfalls eine hohe Signalintensität in der T2-gewichteten Bildgebung nach FUS auf, was auf Ödeme hinweist. Das Ausmaß des T2-gewichteten Ödems lässt sich manchmal im Sagittalschnitt besser darstellen, hier CET1-gewichtete und T2-gewichtete Sagittalschnitte durch die Sunation. Die Standorte eins und drei sind dargestellt; nach FUS ist Ödem am Standort eins sichtbar, jedoch nicht am Standorte drei.

Die spektrale Analyse der aufgezeichneten akustischen Emissionen kann harmonische sowie sub- und ultraharmonische Emissionen anzeigen, wenn stabile Kavitation auftritt. Daten, die während eines einzelnen 10-Millisekunden-Impulses bei 551,5 Kilohertz aufgezeichnet wurden, zeigen die Grundfrequenz sowie Harmonische und sowohl Sub- als auch Ultraharmonische. Die Verwendung höherer Sonikationsfrequenzen führt aufgrund der kleineren Fokusgröße, wie hier dargestellt, zu stärker lokalisierten Öffnungen.

Höhere Frequenzen können verwendet werden, um kleinere Öffnungsregionen zu erzeugen, was eine Untersuchung des Mittelhirns mit geringeren Effekten nahe dem Schädel ermöglicht. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig zu beachten, dass eine sorgfältige Handhabung der Mikrobläschen entscheidend ist, um gute Ergebnisse zu erzielen. Sobald diese Technik verfeinert ist, können Forscher beginnen, weitere Fragen zu beantworten, beispielsweise: Wie hoch ist die Wirksamkeit der gezielten Zufuhr eines therapeutischen Wirkstoffs zu einem bestimmten Ziel im Gehirn?