Resonancia magnética guiada por disrupción de la barrera sangre-cerebro con ultrasonido transcraneal Enfocado en un modelo de rata

El objetivo general de este procedimiento es interrumpir localmente la barrera hematoencefálica, permitiendo el paso de moléculas hacia el tejido, las cuales normalmente están confinadas al sistema vascular cerebral. Esto se logra primero preparando al animal y colocándolo en posición supina sobre un baño de agua encima de un transductor de ultrasonido focalizado y un sistema de posicionamiento del transductor de tres ejes. El segundo paso del procedimiento consiste en adquirir imágenes de resonancia magnética para proporcionar información de localización al sistema de posicionamiento.

El tercer paso del procedimiento consiste en preparar e inyectar la solución de microburbujas. El paso final del procedimiento es ajustar los parámetros de ultrasonido y aplicar el ultrasonido. En última instancia, se pueden obtener resultados que muestren la permeabilidad de la barrera hematoencefálica en las ubicaciones sonificadas mediante resonancia magnética ponderada en T1 con contraste.

Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la terapia de trastornos cerebrales y del sistema nervioso central, ya que esta interrupción local y repetible de la barrera hematoencefálica permite investigar intervenciones farmacológicas para condiciones que previamente han tenido una respuesta deficiente a la terapia con fármacos. En general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque manipular e inyectar las burbujas requiere paciencia y cuidado para evitar romperlas antes de que lleguen al objetivo. La preparación del animal será demostrada mediante una presentación práctica.

Un técnico de nuestro laboratorio selecciona un transductor de ultrasonidos calibrado adecuado. A continuación, coloca un baño de agua lleno con agua desionizada desgasificada sobre la camilla de un equipo de RM de 1,5 Tesla o tres Tesla, y monta el transductor de ultrasonidos en el tanque sobre una plataforma o sistema de posicionamiento de tres ejes compatible con RM, orientado hacia la superficie del agua. El baño de agua debe contar con una placa superior para sujetar a los animales tras anestesiarlos con gas isoflurano, y se debe afeitar el vello de la parte superior de la cabeza y del cuello.

Luego, elimine el vello restante utilizando una crema depilatoria. Introduzca un catéter de calibre 22 con llave de tres vías en la vena de la cola y lávelo con una mezcla de suero salino y heparina para prevenir la formación de coágulos en el catéter. Administre anestésicos inyectables mediante inyección intramuscular y retire al animal del isoflurano.

10 minutos antes del inicio del experimento, aplique una pequeña cantidad de gel de ultrasonido en la parte superior de la cabeza del animal para minimizar la posibilidad de burbujas de aire atrapadas. Luego, coloque al animal anestesiado en posición supina sobre el sistema de posicionamiento de ultrasonido, con la parte superior de la cabeza en contacto con el baño de agua a través de un orificio en la placa superior.

La cabeza puede mantenerse en su lugar utilizando una barra para morder, si está disponible, o cinta adhesiva colocada firmemente sobre la barbilla. Luego sujete las patas al sistema de posicionamiento con cinta. Cubra al animal con una toalla o manta para mantenerlo caliente.

En el transcurso del experimento, adquiera imágenes ponderadas en T2 y ponderadas en T1 axiales de referencia del cerebro utilizando los parámetros de escaneo adecuados. Seleccione el blanco a partir de las imágenes ponderadas en T2, evitando los ventrículos y la línea media del cerebro, y elija una profundidad en el mesencéfalo.

Mueva el enfoque del transductor a la ubicación objetivo. Active las microburbujas definitivas según el protocolo del fabricante y aspire lentamente un pequeño volumen a una jeringa de un mililitro. Utilizando una aguja de calibre 18, elimine el aire atrapado de la jeringa moviendo suavemente el émbolo hacia adelante y hacia atrás en lugar de golpearla.

Dado que esto puede romper las microburbujas, dilúyalas en suero fisiológico en una proporción de 10 a 1 de suero respecto a microburbujas, inyectando lentamente el volumen requerido de microburbujas en una jeringa de suero fisiológico. Invierta suavemente la jeringa para mezclar completamente las microburbujas y el suero hasta obtener una apariencia uniforme. Calcule el volumen de dosis necesario en función de 0,02 mililitros por kilogramo de microburbujas, o 0,2 mililitros por kilogramo de la solución.

En dilución de 10 a uno. Establezca los parámetros de sonicación utilizando ráfagas de bajo ciclo de trabajo en lugar de sonicación de onda continua. Verifique que la cabeza del animal siga acoplada al agua.

Inicie la sonicación mientras inyecta lentamente las microburbujas en el catéter de la vena caudal. Luego, realice una irrigación con 0,5 mililitros de solución salina normal tras la sonicación. Inyecte un agente de contraste para RM por el catéter de la vena caudal, seguido de una irrigación con 0,5 mililitros de solución salina.

Realice una imagen ponderada en T1 hasta que haya pasado el pico de contraste. Sonificación. Los sitios que se han interrumpido con éxito mostrarán una mayor potenciación que el tejido circundante. Realice una imagen ponderada en T2 para verificar la presencia de señal alta en los sitios de sonificación, lo cual indica edema en este caso.

Se muestran aquí imágenes típicas ponderadas en T1 antes y después de FUST. Una imagen ponderada en T1 con contraste, que presenta aberturas focales bien definidas. Se observan cuatro ubicaciones sonificadas, en las que las ubicaciones uno y dos muestran un realce de contraste particularmente intenso.

Las ubicaciones uno y dos también muestran una alta intensidad de señal mediante imágenes ponderadas en T2 tras la FUS, lo que indica edema. A veces, la extensión del edema ponderado en T2 puede visualizarse más fácilmente en cortes sagitales, como aquí, cortes sagitales ponderados en CET1 y en T2 a través de sunation. Las ubicaciones uno y tres se muestran tras la FUS: el edema es visible en la ubicación uno, pero no en la ubicación tres.

El análisis espectral de los datos de emisiones acústicas capturados puede mostrar emisiones armónicas y/o subarmónicas y ultraarmónicas cuando ocurre la cavitación estable. Los datos capturados durante un único impulso de 10 milisegundos a 551,5 kilohercios muestran la frecuencia fundamental, así como armónicos y tanto subarmónicos como ultraarmónicos. El uso de frecuencias de sonicación más altas provoca aperturas más localizadas debido al tamaño más pequeño del punto focal, como se muestra aquí.

Pueden utilizarse frecuencias más altas para crear regiones más pequeñas de apertura, lo que permite investigar el mesencéfalo con menos efectos cercanos al cráneo. Al realizar este procedimiento, es importante recordar que el manejo cuidadoso de las microburbujas es fundamental para obtener buenos resultados. Una vez perfeccionada esta técnica, los investigadores pueden comenzar a responder otras preguntas, como, ¿cuál es la eficacia de administrar un agente terapéutico a un objetivo específico en el cerebro?