Apertura de la barrera hematoencefálica mediada por microburbujas basada en ultrasonidos Focus: una técnica para crear aberturas transitorias localizadas en la barrera hematoencefálica de ratones mediante sonoporación

La barrera hematoencefálica o BBB consiste en células endoteliales estrechamente dispuestas conectadas a través de uniones estrechas. Esto forma un sello compacto que restringe el movimiento de moléculas al cerebro. Para permear la BBB, prepare un ratón anestesiado asegurándolo en posición prona en una unidad estereotáctica.

A continuación, inserte un catéter en la vena de la cola y enjuáguelo con una solución anticoagulante para evitar la coagulación de la sangre. Tome una suspensión de microburbujas, microesferas de gas encerradas dentro de una capa lipídica. Inyecte las microburbujas en la vena lateral de la cola. Estas microburbujas ingresan al torrente sanguíneo y finalmente llegan al cerebro.

Posteriormente, identifique la ubicación del cerebro y aplique gel de ultrasonido en el punto correspondiente de la cabeza para una mejor conducción de las ondas. Implante un transductor de ultrasonido sobre el área designada en la cabeza del ratón. Utilice el transductor para aplicar ondas de ultrasonido fuertes y específicas.

Debido a la presión acústica de las ondas de ultrasonido, las microburbujas se expanden y contraen rápidamente varias veces. Estas oscilaciones causan sonopermeación, interrupción de las uniones estrechas endoteliales, generando aberturas localizadas en BBB. Estas aberturas facilitan la entrega de microburbujas al cerebro.

Finalmente, inyecte la solución que contiene colorante por vía intravascular. Las moléculas de colorante se extravasan de los vasos a través de las aberturas transitorias en BBB. La presencia de tinte en el cerebro del ratón indica una sonoporación exitosa.

Para la administración de microburbujas para la apertura de la BBB, inserte un catéter de vena de cola de calibre 26 a 30 y enjuague la vena con un pequeño volumen de solución de heparina. Asegure el catéter con cinta de tejido para evitar el desprendimiento. Si el cateterismo es exitoso, llene el catéter con la solución de heparina para evitar la coagulación de la sangre.

Coloque al animal en la plataforma estereotáctica con temperatura regulada para evitar la hipotermia. Fije la cabeza del animal con una barra de mordida y barras para los oídos y pegue la cola y el catéter a la plataforma. Fije el cuerpo del mouse con una correa.

Coloque la plataforma estereotáctica con el mouse montado en la modalidad de imágenes y tome imágenes del animal. Determine si el animal está colocado correctamente en la plataforma. Marque la posición del animal utilizando los marcadores de referencia multimodales en combinación con la tubería de procesamiento de imágenes de acuerdo con el punto de enfoque del transductor. Determine el área objetivo colocando un contorno cerebral sobre la imagen de rayos X adquirida o usando imágenes BLI para determinar el centro del tumor.

Antes de colocar el transductor, proteja las fosas nasales y la boca del animal con cinta adhesiva para evitar que el gel de ultrasonido interfiera con la respiración. Aplique gel de ultrasonido en la parte superior de la cabeza del mouse para una conducción adecuada del sonido. Registre la cavitación de microburbujas con el hidrófono de aguja, que se coloca en las inmediaciones del hueso occipital.

Según los valores de calibración, guíe el transductor a la posición correcta sobre el animal. Aplique ajustes preconfigurados a todos los dispositivos conectados para dirigirse a la región cerebral de interés. Después de colocar el transductor en la posición correcta, disuelva y active las microburbujas como lo describe el fabricante.

Antes de la inyección de microburbujas, enjuague el catéter de la vena de la cola con solución salina para confirmar el acceso de la vena de la cola. Inicie la trayectoria de insonicación e inyecte simultáneamente las microburbujas. Al mismo tiempo, el hidrófono de aguja detectará y verificará la cavitación de microburbujas en tiempo real. Si lo desea, administre un agente de contraste intravascular o un fármaco después de la sonoporación. Monitoree al animal hasta un punto de tiempo predeterminado.

• Blood-brain barrier (BBB) - Compact seal formed by endothelial cells restricting molecule movement to the brain.
• Transient Barrier - Temporary openings generated in the BBB facilitating molecule delivery to the brain.
• Sedazine - An anesthetic used in the preparation of animals for procedures like BBB opening.
• Sonoporation - Disruption of endothelial tight junctions via ultrasound, resulting in BBB openings.
• Hydrophone Ultrasound - Ultrasound transducer used for precise application of waves for BBB opening.

• Introduce Blood-brain barrier – Endothelial cells form a restricting seal for molecule movement to the brain (e.g., blood brain barrier).
• Key Concepts – Interactive character of ultrasound and the biological environment (e.g., sonoporation).
• Underlying Mechanisms – Ultrasound bubble reaction causes disruption of endothelial tight junctions.
• Connect to Experiment – Successful sonoporation indicated by dye presence in the mouse brain.

• What is the blood-brain barrier and how can it be temporarily opened (include Sedazine and sonoporation)?
• What is the role of a hydrophone ultrasound in the BBB opening?
• What indicates successful sonoporation in the applied experiment?

• Practical Applications – Applying ultrasounds for drug delivery to the brain (e.g., sonoporation).
• Industry Impact – Significant impact on neurological research and healthcare industry.
• Societal Importance – Enhances treatment options for brain-related illnesses (e.g., Alzheimer's).
• Link to Scientific Advancements – Development of new techniques for non-invasive drug delivery.