El ultrasonido enfocado con agentes de microburbuja puede abrir la barrera hematoencefálica de forma focal y transitoria. Esta técnica se ha utilizado para entregar una amplia gama de agentes a través de la barrera hematoencefálica. Este artículo proporciona un protocolo detallado para la entrega localizada al cerebro de roedores con o sin orientación de RMN.
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Artículo de método
Un enfoque de sobremesa para la ubicación específica de la barrera hematoencefálica que se abre con ultrasonido enfocado en un modelo de rata
En este artículo
Resumen
Resumen
La cirugía estereotáxica es el estándar de oro para la administración localizada de fármacos y genes en el cerebro de roedores. Esta técnica tiene muchas ventajas sobre la entrega sistémica, incluyendo la localización precisa a una región cerebral objetivo y la reducción de los efectos secundarios fuera del objetivo. Sin embargo, la cirugía estereotáxica es altamente invasiva que limita su eficacia traslacional, requiere largos tiempos de recuperación y proporciona desafíos cuando se dirige a múltiples regiones cerebrales. El ultrasonido enfocado (FUS) se puede utilizar en combinación con microburbujas circulantes para abrir transitoriamente la barrera hematoencefálica (BBB) en regiones del tamaño de un milímetro. Esto permite la localización intracraneal de agentes entregados sistémicamente que normalmente no pueden cruzar el BBB. Esta técnica proporciona una alternativa no invasiva a la cirugía estereotáxica. Sin embargo, hasta la fecha esta técnica aún no ha sido ampliamente adoptada en los laboratorios de neurociencia debido al acceso limitado a equipos y métodos estandarizados. El objetivo general de este protocolo es proporcionar un enfoque de sobremesa para la apertura de FUS BBB (BBBO) que sea asequible y reproducible y, por lo tanto, pueda ser adoptado fácilmente por cualquier laboratorio.
Introducción
A pesar de los muchos descubrimientos en neurociencia básica, el número de tratamientos emergentes para trastornos neurodesarrollo y neurodegenerativos sigue siendo relativamente limitado1,2. Una comprensión más profunda de los genes, moléculas y circuitos celulares involucrados en trastornos neurológicos ha sugerido tratamientos prometedores irrealizables en los seres humanos con técnicas actuales3. Los tratamientos eficaces a menudo están limitados por la necesidad de ser penetrables en el cerebro y específicos del sitio4,5,
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Protocolo
Todos los procedimientos experimentales se realizaron de acuerdo con las directrices del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (UAB).
1. Configuración del equipo de conducción de ultrasonido enfocado
- Utilice cables BNC coaxiales de 50 Ohmios para conectar (1) la entrada del transductor de ultrasonido a la salida del amplificador rf y (2) la entrada del amplificador rf a la salida del generador de funciones.
- Ajuste el modo generador de funciones a una ráfaga sinusoide una vez por segundo con un ciclo de trabajo del 1%.
- Para el transductor de inmersión de baja potencia amortiguado de 1 MHz con una dista....
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Resultados
Aquí, demostramos que el ultrasonido enfocado con microburbujas puede inducir la apertura BBB localizada utilizando los parámetros especificados anteriormente con el transductor de inmersión de baja potencia (Figura 3) y el transductor FUS (Figura 4). En primer lugar, en los primeros experimentos, el transductor de inmersión de baja potencia estaba dirigido a un hemisferio cerebral ya sea anterior(Figura 3b)o medial (
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Discusión
Aquí describimos un enfoque de sobremesa para la apertura fus BBB asistida por microburbuja con enfoques alternativos, incluyendo, dos transductores diferentes y métodos para la segmentación intracraneal con y sin orientación de RMN. Actualmente, con el fin de establecer la apertura FUS BBB guiada por RMN en el laboratorio, existe la opción de comprar excelentes dispositivos listos para usar que proporcionan resultados altamente estandarizados y reproducibles con interfaces fáciles de usar. Sin embargo, muchos laboratori.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Esta investigación fue apoyada en parte por una subvención de infraestructura de investigación EPSCoR del NSF a la Universidad de Clemson (1632881). Además, esta investigación fue apoyada en parte por el Civitan International Research Center, Birmingham, AL. Los autores reconocen con gratitud el uso de los servicios e instalaciones de la Universidad de Alabama en Birmingham Small Animal Imaging Shared Facility Grant [NIH P30 CA013148]. Los autores reconocen a Rajiv Chopra por su apoyo y orientación.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Agitador de burbujas | Lantheus Medical Imaging | VMIX | VIALMIX, dispositivo de activación utilizado para activar las microburbujas de Definity |
| Tapón de catéter / Tapón de inyección | Tecnologías de infusión SAI | Número de pieza: IC | Tapón de catéter / Tapón |
| de inyección Tinte azul Evans | Sigma | E2129-10G | Colorante azul Evans |
| Generador de funciones | Tektronix | AFG3022B | Doble canal, 250 MS/s, 25 MHz |
| Transductor FUS, 1,1 MHz | FUS Instruments | TX-110 | Transductor de ultrasonido esférico de 1 MHz compatible con resonancia magnética con hidrófono |
| Almohadilla térmica para ratones y ratas | Kent Scientific | PS-03 | Almohadilla térmica- PhysioSuite para ratones y ratas |
| Bomba de infusión | KD Scientific | 780100 | KDS 100 Legacy Bomba de infusión de jeringa única |
| Cinta Kapton | Gizmo Dorks | https://www.amazon.com/dp/B01N1GGKRC/ ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_GbR7Db56HKD91 | Gizmo Dorks Kapton Tape (Poliimida) para Impresoras 3D e Impresión, 8 x 8 pulgadas, 10 Hojas por Paquete |
| Transductor de inmersión de baja potencia, 1MHz | Olympus | V303-SU | , 1 MHz, 0.50 in. Diámetro del elemento, estilo de caja estándar, conector UHF recto, f = 0.80IN PTF |
| Juegos de imanes | WINOMO | https://www.amazon.com/dp/B01DJZQJBG/ ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_JYQ7DbM32E5QC | WINOMO 15mm Coser en Bolsa Magnética Cierres para Coser Álbum de recortes - 10 juegos |
| Amplificador RF | E& I | A075 | 75W |
| Catéter para venas de cola | BD | 382512/ Fisher Artículo: NC1228513 | 24g Catéteres intravenosos blindados BD Insyte Autoguard (sin alas)Microburbujas de |
| contraste para ultrasonidos | Lantheus Medical Imaging | DE4, DE16 | DEFINITY (Microesfera lipídica Perflutren) |
| Gel de ultrasonidos | Aquasonic | https://www.amazon.com/dp/B07FPQDM4F/ ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_D6Q7Db3J9QP7P | Gel de Ultrasonido Aquasonic 100 Transmisión 1 Litro Botella Exprimible |
| Sets de infusión con alas, 22ga. | Fisher Healthcare | 22-258087 | Terumo Surflo Winged Infusion Sets |
| software de controlador de motor | N/A | N/A | software personalizado escrito en LabView para controlar el entorno de tiempo de ejecución del controlador de motor Velmex |
| para el software del controlador de motor | National Instruments | LabView versión del motor 2017 o superior | https://www.ni.com/en-us/support/downloads/software-products/download.labview.html |
| Actuador de etapa lineal de 3 ejes (posicionador XYZ) | Pernos Velmex | ||
| MB-1 | Perno BiSlide 1/4-20x3/4" Tornillo de cabeza hueca (paquete de 10), Cantidad:3 | ||
| controlador de motor | Control Velmex | VXM-3 | , Control de motor paso a paso programable de 3 ejes, Cantidad:1 |
| tacos de montaje | Velmex | MC-2 | Taos, 2 orificios BiSlide, Cantidad:6 |
| tacos de montaje | Velmex | MC-2 | Taco, 2 orificios BiSlide, Cantidad:2 |
| Convertidor USB a serie | Velmex | VXM-USB-RS232 | Cable de comunicación serie USB a RS232 10 pies, cantidad:1 |
| etapa lineal del eje x | Velmex | MN10-0100-M02-21 | BiSlide, recorrido = 10 pulgadas, 2 mm / rev, límites, NEMA 23, cantidad: 1 |
| motor paso a paso del eje x | Velmex | PK266-03A-P1 | Vexta Tipo 23T2, Motor Paso a Paso de un Eje, Cantidad:1 |
| etapa lineal del eje Y | Velmex | MN10-0100-M02-21 | BiSlide, recorrido = 10 pulgadas, 2 mm/rev, límites, NEMA 23, Cantidad:1 |
| motor paso a paso del eje Y | Velmex | PK266-03A-P1 | Vexta Tipo 23T2, motor paso a paso de un solo eje, Cantidad:1 |
| amortiguador del eje z | Velmex | D6CL-6.3F | D6CL Amortiguador para paso a paso de doble eje Tipo 23 Motor, Cantidad:1 |
| etapa lineal del eje z | Velmex | MN10-0100-M02-21 | BiSlide, recorrido = 10 pulgadas, 2 mm / rev, límites, NEMA 23, Cantidad:1 |
| motor paso a paso del eje z | Velmex | PK266-03B-P2 | Vexta Tipo 23T2, motor paso a paso de doble eje, cantidad:1 |
| imprimibles | |||
| Montaje y puntero | de transductor de inmersiónhttps://www.tinkercad.com/things/cRgTthGXSRq | ||
| Marco estereotáxico | https://www.tinkercad.com/things/ilynoQcdqlH | ||
| marco estereotáxico | https://www.tinkercad.com/things/aZNgqhBOHAX | ||
| 9.4T resonancia magnética para animales de pequeño diámetro | Bruker | Bruker BioSpec 94/20 | ParaVision versión 5.1 |
| AAV9-hsyn-GFP | Addgene | ||
| Crema depiladora | Church & Dwight | Nair | |
| crema gadobutrol agente de contraste para resonancia magnética | Bayer | Gadavist (Gadobutrol, 1mM/mL) | |
| Marco estereotáctico | Stoelting | #51500 | no compatible con resonancia magnética |
| dispositivo de entrega llave en mano | de FUS FUS Instruments | RK-300 | listo para usar FUS compatible con resonancia magnética para roedores |
Referencias
- Markou, A., Chiamulera, C., Geyer, M. A., Tricklebank, M., Steckler, T. Removing obstacles in neuroscience drug discovery: the future path for animal models. Neuropsychopharmacology. 34 (1), 74-89 (2009).
- Schoepp, D. D. Where will new neuroscience therapi....
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Reimpresiones y permisos
