Method Article

Visualización bidimensional de superresolución de la microvasculatura cerebral de rata mediante microscopía de localización por ultrasonido

DOI:

10.3791/67813

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March 28th, 2025

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1Department of Biomedical Engineering, Fudan University, 2Academy for Engineering and Technology, Fudan University, 3School of Information Science and Technology, Fudan University, 4State Key Laboratory of Medical Neurobiology, Fudan University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

En este trabajo, describimos un protocolo para la microscopía de localización por ultrasonido (ULM), que logra una resolución espacial de 12,5 μm para obtener imágenes de la microvasculatura cerebral en ratas. Permite una visualización detallada de la dirección y la velocidad del flujo sanguíneo, lo que ofrece una poderosa herramienta para avanzar en los estudios de la circulación cerebral y los trastornos vasculares.

Abstract

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La microvasculatura cerebral forma una compleja red de vasos esenciales para mantener la función cerebral. Enfermedades como el accidente cerebrovascular, la enfermedad de Alzheimer, los gliomas y la demencia vascular pueden alterar profundamente el sistema microvascular. Desafortunadamente, las modalidades actuales de imágenes médicas solo ofrecen observaciones indirectas a esta escala. Inspirada en la microscopía óptica, la microscopía de localización por ultrasonido (ULM) supera el compromiso clásico entre la profundidad de penetración y la resolución espacial. Mediante la localización y el seguimiento de microburbujas inyectadas individuales (MB) con precisión de sublongitud de onda, se pueden generar mapas vasculares y de velocidad a escala micrométrica. Aquí, presentamos un protocolo robusto para la obtención de imágenes de superresolución de la microvasculatura cerebral in vivo en ratas utilizando una plataforma de ultrasonido comercial. Este método logra una resolución espacial de 12,5 μm, reconstruyendo la arquitectura microvascular y proporcionando información detallada sobre la dirección y la velocidad del flujo sanguíneo, mejorando en gran medida nuestra comprensión de la microcirculación cerebral. El protocolo puede extenderse a modelos de enfermedad de ratas, ofreciendo una poderosa herramienta para el diagnóstico temprano y el tratamiento de enfermedades neurovasculares.

Introduction

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La microvasculatura cerebral, que comprende capilares, arteriolas y vénulas, es esencial para mantener la función cerebral al facilitar el suministro de nutrientes, el intercambio de oxígeno y la eliminación de desechos 1,2. Las interrupciones en esta red están implicadas en trastornos neurológicos como el accidente cerebrovascular3, la enfermedad de Alzheimer4, los gliomas5 y la demencia vascular6, lo que conduce a deficiencias en la fisiología cerebral. Los cambios microvasculares....

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Protocol

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Todos los experimentos con animales realizados en este trabajo están aprobados por el Comité de Ética de la Universidad de Fudan (Número de aprobación: 2022JS-004). El protocolo sigue estrictamente las pautas de cuidado animal de la Universidad de Fudan para garantizar el trato humanitario de los animales. Antes del inicio experimental, se debe permitir a las ratas un período de 1 semana para la aclimatación ambiental, durante el cual se les proporciona suficiente alimento y agua. El fotoperiodo se regula cuidadosamente de acuerdo con sus ritmos biológicos para garantizar el mantenimiento de los estados fisiológicos normales. Al final....

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Results

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La Figura 1 ilustra la configuración detallada de las imágenes microvasculares ULM cerebrales in vivo en ratas, con cada elemento cuidadosamente diseñado para minimizar la variabilidad experimental y garantizar una adquisición de datos precisa para obtener resultados fiables de imágenes de superresolución.

La Figura 2A muestra la estructura reconstruida por ULM de la microvasculatura en el cerebro de rata, colocada a -1 mm de.......

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Discussion

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Este protocolo utilizó con éxito ULM para realizar imágenes de superresolución de la microvasculatura cerebral de rata in vivo. En comparación con otras modalidades de obtención de imágenes, ULM se adapta simultáneamente a la resolución espacial y a la profundidad de penetración. Se tomaron imágenes del cerebro de rata expuesto en lugar de a través del cráneo, evitando la atenuación y la distorsión causadas por la presencia de hueso. Bajo un transductor con una frecuencia central de 15,6.......

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Disclosures

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Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgements

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Este trabajo fue apoyado en parte por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China bajo la Subvención 2023YFC2410903, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Subvenciones 12274092, 12034005), el Programa de Exploradores de Shanghái (Subvención 21TS1400200), el Programa de Cooperación Internacional en Ciencia y Tecnología de Shanghái (Subvención 24490710400) y la Fundación de IA para la Ciencia de la Universidad de Fudan (Subvención FudanX24AI016).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AlcoholDICHANGhttps://www.dehsm.com/goods-17187.html75%
Programa de formación de hacesInstituto de Ingeniería Biomédica de la Universidad de MontrealMatlab Ultrasound Toolbox 3.4 versión
Dispositivo de mantenimiento de la temperatura corporalRWD Life Science Co., Ltd.69026
Instrumento estereotáxico cerebralRWD Life Science Co., Ltd.71000-RAdaptable a la máscara de respiración
Kit de instrumentos quirúrgicos de microinyección cranealRWD Life Science Co., Ltd.SP0005-R
Microscopio digitalRWD Life Science Co., Ltd.DOM-1001
Catéter de administración de fármacosRWD Life Science Co., Ltd.
Ungüento de eritromicinaRenhe PharmaH360200181% x 15 g
Máquina de anestesia con gasRWD Life Science Co., Ltd.R500IEIncluye máscara de respiración
Cortadora eléctrica de manoGUAZHOUMUMJD-DTJ02
Mini taladro craneal de manoRWD Life Science Co., Ltd.78001
Aguja permanenteKindly EnterpriseDevelopment Group Co., LTDModelo de presión positiva26 gramos
Solución de yodoHYNAUThttps://www.hainuocn.com/index/detail/524.html4.5– Programa de demodulación IQ de 5,5 g/L
Instituto de Ingeniería Biomédica de la Universidad de MontrealMatlab Ultrasound Toolbox 3.4 versión
IsofluraneRWD Life Science Co., Ltd.R510-22-10
Software de MATLABMathWorksVersión R2021a
Bomba de microinyecciónRWD Life Science Co., Ltd.R462
Inyección de cloruro de sodioSHENG'AO animales farmacéuticos Co., Ltd.2700714600.90%
SonoVueBracco https://www.bracco.com/en-se/product/sonovue
Broca esféricaRWD Life Science Co., Ltd.HM1027 / HM1010
Software de posicionamiento compatibleRWD Life Science Co., Ltd.V2.0.0.30400
JeringaKindly EnterpriseDevelopment Group Co., Ltd.RWLB1 mL
Programa de seguimientoJean-Yves Tinevezversión
Gel de ultrasonidoJunkang Medical Equipment Co., Ltd.Sonda de ultrasonido modelo DS-1
VERASONICS, INC.L22-14vX LF
SISTEMA DE ULTRASONIDO VERASONICSVERASONICS, INC.Plataforma de ultrasonidoVantage-256
https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/administration/draw-blood2016

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sweeney, M. D., Ayyadurai, S., Zlokovic, B. V. Pericytes of the neurovascular unit: Key functions and signaling pathways. Nat Neurosci. 19 (6), 771-783 (2016).
  2. Wardlaw, J. M., Smith, C., Dichgans, M. Mechanisms of sporadic cerebral small vessel disease: Insig....

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