Presentamos un método novedoso para investigar la regulación del flujo sanguíneo cerebral (CBF) in vivo mediante la combinación de nanoinyección precisa de magna cisternal con imágenes de contraste de moteado láser (LSCI). Este enfoque permite la administración precisa del fármaco en el líquido cefalorraquídeo (LCR) al tiempo que permite la monitorización en tiempo real del CBF, lo que facilita la evaluación de la reactividad vascular cerebral.
La manipulación farmacológica y las técnicas de administración de fármacos son fundamentales para estudiar el CBF y la reactividad vascular cerebral in vivo. Los métodos tradicionales para la aplicación de fármacos, como el uso de vasodilatadores o constrictores, a menudo requieren la extirpación del cráneo, lo que puede dañar las leptomeninges e incluso el parénquima cerebral 9,10,18. Estas técnicas invasivas pueden alterar el microambiente cerebral, particularmente al causar daño vascular y hemorragia, por lo que no logran replicar las condiciones fisiológicas reales. Por el contrario, nuestro método ofrece cuatro ventajas significativas.
En primer lugar, nuestro enfoque para la aplicación de fármacos no es invasivo y preserva las condiciones fisiológicas. En segundo lugar, los métodos clásicos de inyección de ICM suelen basarse en jeringas o cánulas, que pueden provocar fugas de fármacos o trazas y líquido cefalorraquídeo debido al gran tamaño de las puntas. Estos métodos tradicionales a menudo requieren grandes cantidades de fármaco o trazas, generalmente 5 μL o más, lo que puede alterar la presión intracraneal. Por el contrario, nuestra inyección ICM guiada por nanoinyectores requiere solo un pequeño volumen de tan solo 1,5 μL o menos. Además, la velocidad de inyección se puede controlar con precisión en un amplio rango, desde 1 nL/s hasta 100 nL/s. Por lo general, utilizamos una velocidad de 5 nL/s (300 nL/min), ya que esta velocidad no afecta la presión intracraneal. En tercer lugar, a diferencia de las inyecciones de fármacos guiadas por pipeta en el parénquima cerebral o la perfusión de fármacos en la superficie cortical, nuestra administración de fármacos basada en inyecciones cisternales de magna sigue el flujo natural del LCR, imitando de cerca las condiciones fisiológicas. Finalmente, dado que nuestro método preserva la integridad del cráneo y las meninges, podemos realizar mediciones en el mismo grupo de ratones en diferentes puntos de tiempo, lo que permite comparaciones longitudinales, algo que no es factible con otros métodos de aplicación de medicamentos. Para los estudios de supervivencia y las comparaciones longitudinales, se deben seguir técnicas asépticas estrictas, incluida la preparación adecuada de la piel, el uso de instrumentos y materiales estériles y el cumplimiento de las pautas institucionales de cuidado animal. Se debe permitir un período de recuperación de dos semanas para la cicatrización de la herida.
El método de anestesia puede tener un impacto significativo en el CBF. Por ejemplo, la anestesia con ketamina-xilacina puede elevar el CBF en más de un 50% por encima de los niveles basales, mientras que el isoflurano puede duplicar el nivel basal de CBF. En nuestros experimentos, optamos por el uretano y la cloralosa debido a sus efectos mínimos sobre el sistema cardiovascular, lo que ayuda a mantener los niveles fisiológicos de CBF, comúnmente utilizado en el campo26,27. Además, omitimos la canulación intraarterial para que la gasometría repetida no fuera invasiva, aunque estos procedimientos pueden combinarse con nuestro método26.
Nuestro enfoque integra dos sistemas: el sistema de inyección ICM basado en nanoinyección28 y el sistema de imágenes de contraste de moteado láser (LSCI)29. Los experimentadores deben estar entrenados en ambos sistemas para realizar el procedimiento con éxito. Dado que el sistema LSCI ocupa todo el espacio por encima de la cabeza del ratón, inclinar el brazo45º no sólo facilita la inyección de ICM, sino que también garantiza la compatibilidad entre los dos sistemas. Esta configuración es fundamental para el éxito del experimento.
Para los principiantes que utilizan la inyección ICM guiada por nanoinyectores, se requiere una amplia práctica para dominar la coordinación de separar los músculos con pinzas en una mano mientras se maniobra el micromanipulador para guiar la pipeta de vidrio con la otra. Una buena luz láser y un microscopio estereoscópico de brazo articulado son esenciales para una visualización óptima durante el procedimiento.
Utilizando este método, evaluamos cómo los vasodilatadores clásicos como la DHPG, la acetilcolina y la adenosina afectan al CBF. Como se anticipó, los tres vasodilatadores aumentaron el CBF; sin embargo, indujeron dinámicas diferentes. La DHPG provocó un fuerte aumento del CBF, seguido de un lento decaimiento, mientras que la acetilcolina provocó un aumento gradual. Por el contrario, la adenosina solo produjo un aumento transitorio de CBF.
Este método también debería ser aplicable a los modelos de ratas. Sin embargo, dado que el grosor del cráneo de la rata es de aproximadamente 0,5-1 mm, será necesario adelgazarlo para obtener imágenes de contraste con manchas láser. Además, si bien el método actual se puede adaptar para ratones despiertos con la cabeza fija, requiere un entrenamiento extenso para minimizar el movimiento de los animales durante los experimentos. Utilizamos un número limitado de ratones para demostrar nuestro método; Por lo tanto, nuestro estudio está estadísticamente limitado, y se debe tener precaución al sacar conclusiones generales de nuestros hallazgos.
Para obtener mediciones consistentes y confiables de CBF, es importante que los experimentadores reconozcan que otros parámetros fisiológicos, como la temperatura corporal, la presión arterial y los niveles de CO2 , juegan un papel crítico en la evaluación fisiológica integral y deben considerarse cuidadosamente en estudios futuros. En resumen, presentamos un nuevo método in vivo para estudiar la regulación del CBF en ratones. Este enfoque es preciso y mínimamente invasivo, lo que lo hace muy adecuado para investigar la dinámica del CBF inducida por fármacos.