Medición de la oxigenación sanguínea cerebral basada en el oxígeno-dependiente de enfriamiento de fosforescencia

Resumen

Se presenta un procedimiento experimental para la medición de la presión parcial de oxígeno (pO2) en la vasculatura cerebral basada en el oxígeno-dependiente de extinción de la fosforescencia. Preparación de animales y los procedimientos de imagen se describe, tanto para el campo visual amplio CCD basado en imágenes de la pO2 de las ratas y 2-fotones de imágenes basado en la excitación de la pO2 de ratones.

Resumen

Seguimiento de las características espacio-temporales de la sangre cerebral y la oxigenación tisular es crucial para una mejor comprensión de la relación neuro-metabólico-vasculares. Desarrollo de nuevas modalidades de medición pO2 con un control simultáneo de pO2 en grandes campos de visión con mayor resolución espacial y / o temporal que permitirá una mayor penetración en el funcionamiento del cerebro normal y también tendrá un impacto significativo en el diagnóstico y el tratamiento de las enfermedades neurovasculares como accidente cerebrovascular, la enfermedad de Alzheimer, y lesiones en la cabeza.

Modalidades de imágenes ópticas han demostrado un gran potencial para proporcionar alta resolución espacio-temporal y de imagen cuantitativa de pO2 basado en la absorción de la hemoglobina en el rango visible e infrarrojo cercano del espectro óptico. Sin embargo, la medición multiespectral de la oxigenación sanguínea cerebral se basa en la migración de fotones a través del tejido cerebral de alta dispersión. Estimación de parámetros y modelado de tejidos ópticos, que pueden sufrir cambios dinámicos durante el experimento, que normalmente se requiere una estimación precisa de la oxigenación de la sangre. Por otro lado, la estimación de la presión parcial de oxígeno (pO2) basada en el oxígeno-dependiente de extinción de la fosforescencia no debe verse afectado significativamente por los cambios en los parámetros ópticos de los tejidos y proporciona una medida absoluta de pO2. Sistemas experimentales que utilizan tintes sensibles al oxígeno se ha demostrado en estudios in vivo del tejido perfundido, así como para monitorear el contenido de oxígeno en cultivos de tejidos, demostrando que la fosforescencia de enfriamiento es una tecnología potente capaz de obtener imágenes precisas de oxígeno en el rango fisiológico pO2.

Aquí se demuestra con dos modalidades de imágenes diferentes de cómo realizar la medición de la pO2 en la vasculatura cortical sobre la base de imágenes de toda la vida fosforescencia. En la primera demostración se presenta amplio campo de visión de imágenes de la pO2 en la superficie cortical de una rata. Esta modalidad de imagen tiene la configuración experimental relativamente simple basado en una cámara CCD y un láser pulsado verde. Un ejemplo de control de la propagación de la depresión cortical sobre la base de toda la vida fosforescencia de tinte R3 Oxyphor fue presentado. En segunda manifestación se presenta una alta resolución de dos fotones pO2 imagen en la vasculatura cortical micro de un ratón. El dispositivo experimental incluye una hecha a la medida de 2 fotones con microscopio láser de femtosegundo, modulador electro-óptico, y el fotón-contando tubo foto multiplicador. Se presenta un ejemplo de imagen de la heterogeneidad pO2 en la microvasculatura corticales incluyendo capilares, utilizando un nuevo punto a punto-C343 colorante con una mejora de dos fotones sección transversal de excitación.

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Protocolo

1. Amplio campo de visión de imágenes de la pO2 en la vasculatura cortical de una rata

1. Las ratas (250 g -350 g) son inicialmente anestesiados con isoflurano, y la arteria femoral y la vena se cateteriza para controlar la frecuencia cardiaca, presión arterial y los gases en sangre, así como para la infusión intravenosa. La temperatura corporal se mantiene a 37 ± 0,1 ° C. Traqueotomía se realiza, y las ratas son ventilados con una mezcla de aire y oxígeno.
2. Las muestras de sangre para medir los gases en sangre se toman cada 30-45 minutos y la ventilación y la anestesia se ajustan para mantener los gases de la sangre dentro del rango fisiológico norm....

Discusión

Hemos demostrado dos aplicaciones de la medición de pO2 en la microvasculatura cortical basada en el oxígeno-dependiente de extinción de la fosforescencia. Aunque el primer método basado en imágenes CCD ofrece amplio campo de vista del control pO2, la medición de la presión parcial de oxígeno en la microvasculatura cortical sobre la base de dos fotones microscopía capilar ofrece una resolución de imagen y permite en profundidad. Ambos métodos proporcionan alta velocidad y las mediciones de relación señal-ruido. Además, .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Glicopirrolato	Reactivo	American Regent Inc.	NDC 0517-4605-25	Se utiliza para controlar las secreciones faríngeas, traqueales y bronquiales.
Lidocaína HCL	Reactivo	Hospira Inc.	NDC 0409-4277-01	Se utiliza como anestesia local durante cirugías.
Isoflurano	Reactivo	Baxter Internationl Inc.	NDC 10019-360-40	Se utiliza como anestésico inhalatorio general durante cirugías y como anestesia general durante experimentos con ratones.
Alfa-cloralosa	Reactivo	Sigma-Aldrich	C0128	Se utiliza como anestesia general durante experimentos con ratas.
Dextrano marcado con isotiocianato de fluoresceína–	Reactivo	Sigma-Aldrich	FD2000S	Se administra para obtener una concentración de ~ 500 nM en sangre.