Name: Resonancia magnética guiada por disrupción de la barrera sangre-cerebro con ultrasonido transcraneal Enfocado en un modelo de rata (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-03-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 42 s
Description: Aprende a disrumpir la barrera hematoencefálica con ultrasonido focalizado y microburbujas guiado por resonancia magnética en un modelo de rata. Este método permite la entrega localizada de fármacos al cerebro.

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Los autores desean agradecer a Shawna Rideout-Gros y Alexandra Garcés, por su ayuda con el cuidado de los animales, y Ping Wu por su asistencia técnica. El apoyo a este trabajo fue proporcionado por los Institutos Nacionales de Salud bajo la subvención núm. EB003268, y el Programa Canada Research Chairs.

1. La ecografía y la resonancia magnética de configuración Una resonancia magnética compatible con tres ejes del sistema de ultrasonido focalizado se utilizó en este estudio (FUS Instruments, Inc., Toronto, Ontario, Canadá). Dos transductores de ultrasonidos se utilizaron diferentes: uno en casa construida 551,5 kHz esféricamente centrada transductor (radio de curvatura = 60 mm, diámetro externo = 75 mm, diámetro interno = 20 mm), y un 1,503 MHz, 8-sector de matriz con integrado PZT hidrófono (Imasonic Inc., Voray-sur-L&#39;Orgnon, Francia), impulsados ​​como un solo elemento transductor esférico centrado (FN = 0.8, apertura = 10 cm). Una resonancia magnética compatible con PVDF receptor 8 se utiliza para grabar las emisiones acústicas cuando el transductor kHz 551,5 se utilizó. Si se utilizan diferentes equipos, se sugieren los siguientes: <ol><li> Seleccionar un transductor adecuado, calibrado ultrasonido con una frecuencia central en la gama MHz MHz 0,25 -1,5 y un número f (radio de curvatura / abertura) de 1 o menos. </li><li> Coloque un baño de agua filled con agua tibia, desgasificado, agua desionizada en la cama de un 1,5 o 3 T T resonancia magnética. El baño de agua debe tener una placa superior, que puede contener a los animales. Monte el transductor de ultrasonido en el tanque en una resonancia magnética compatible con la etapa de posicionamiento de tres ejes o el sistema 9, frente a la superficie del agua. </li><li> Ejecute el cable del transductor en el equipo de conducción de ultrasonido a través de un panel de la penetración. </li><li> Generar la señal de excitación del transductor mediante un generador de funciones y amplificador de potencia. Utilizar un circuito de adaptación externa para minimizar la potencia reflejada eléctrica. </li><li> Conociendo la longitud focal del transductor, situar el foco del transductor en la superficie del agua y sonicar la superficie del agua para generar una fuente de agua visible. Pasos 1.6 y 1.7 se describe cómo registrar el enfoque utilizando la fuente de agua generado. Un método más preciso para localizar el foco, que implica un tratamiento con ultrasonidos de absorción de calor de gel y de imagen resultante de la elevación de temperatura en el foco con la RM, se puede encontrar en 9 &lt;/ Sup&gt;. </li><li> Marcar la localización del foco utilizando un marcador que será visible en las imágenes de RM. Esto puede hacerse utilizando una placa con un agujero central que se llenará con agua cuando se coloca sobre el foco. El agujero lleno de agua será visible en la RM y proporcionará las coordenadas focales en dos planos, mientras que la coordenada en la dirección axial del transductor se puede determinar a partir de la superficie del agua. </li><li> Usando una secuencia localizador 3-plano, la imagen del marcador de enfoque y registrar la localización del foco en el sistema de coordenadas de MRI. </li><li> Para controlar las emisiones acústicas, montar un hidrófono 8 MR-compatible que se utiliza como un detector de cavitación pasiva (PCD) en el baño de agua dirigida en el foco del transductor, o utilizar un transductor con hidrófonos integrado. </li><li> Pase los cables de PCD en una tarjeta de alcance que es lo suficientemente rápida para capturar ráfagas de hasta 10 ms en el PRF de hasta 2 Hz (por ejemplo, ATS460, AlazarTech, Pointe-Claire, Quebec, Canadá). Los cables deben estar conectados a tierra a la penetracióntración del panel o una pantalla de radiofrecuencia para minimizar el ruido. </li></ol> 2. Preparación de Animales <ol><li> Se anestesia a los animales que utilizan gas isofluorano. Desde isofluorano tiene un efecto sobre la alteración BBB 10, los animales deben ser retirados los gases de 10 minutos antes del inicio del experimento. Ocular lugar lubricante pomada en cada ojo en el comienzo de la anestesia para proteger la córnea de la desecación u otras lesiones. </li><li> Utilizando una máquina de afeitar eléctrica afeitarse la piel de la parte superior de la cabeza del animal y el cuello, a continuación, retire la piel que queda con una crema depilatoria (por ejemplo, Nair, Church &amp; Dwight Co., Princeton, NJ, EE.UU.) y enjuague el cuero cabelludo con jabón suave y agua. </li><li> Preparar la cola con un lavado de la piel betadine seguido de un lavado bridine. Realizar una wipedown final con el alcohol con el fin de visualizar la vena de la cola. </li><li> Insertar un catéter de calibre 22 con llave de paso 3-camino en la vena de la cola y enjuague con una mezcla de heparina / solución salina (33 U / ml) para evitar la formación de coágulosen el catéter. </li><li> Entregar anestésicos inyectables ketamina (40-50 mg / kg, 10 mg / kg de xilazina) por vía intramuscular, y retirar al animal del isofluorano. </li><li> Coloque el supina animales anestesiados en el sistema de posicionamiento de ultrasonido con la parte superior de la cabeza en contacto con el baño de agua a través de un agujero en la placa superior (Fig. 1). Una pequeña cantidad de gel de ultrasonido puede ser aplicado a la parte superior de la cabeza del animal para minimizar la posibilidad de burbujas de aire atrapadas. </li><li> Tape las piernas para el sistema de posicionamiento. La cabeza puede ser mantenido en su lugar utilizando una barra de bocado, si está disponible, o la cinta colocada firmemente en el mentón. </li><li> Cubra el animal con una toalla y una manta que circula el agua con el fin de mantener el calor. </li></ol> 3. Selección del Objetivo <ol><li> Adquirir referencia axial en T2 y T1-imágenes de RM del cerebro. Si se utiliza una resonancia magnética 1,5 T y dedicado la cabeza del tamaño de RF-bobina de recepción de superficie, apto scun parámetros pueden ser: T 2 ponderada: FSE, TE = 60 ms, TR = 2000 ms T 1 ponderada: FSE, TE = 10 ms, TR = 500 ms </li><li> Seleccione el destino de la T-2 ponderados exploraciones, evitando los ventrículos y la línea media del cerebro, y la selección de una profundidad media del cerebro. </li><li> Mover el enfoque del transductor a la ubicación de destino. </li></ol> 4. Preparación de microburbujas Microburbujas DEFINITY (Lantheus Medical Imaging, MA, EE.UU.) son utilizados por varios grupos de FUS mediados de microburbujas inducidos BBBD 2,5,7. Las dosificaciones apropiadas para otros tipos de microburbujas se puede encontrar en la bibliografía 11,12. <ol><li> Activar las microburbujas Definity y poco a poco establecer un pequeño volumen con una jeringa de 1 ml con una aguja de calibre 18. </li><li> Quite el aire atrapado de la jeringa moviendo suavemente el émbolo hacia atrás y hacia adelante. No golpee la jeringa ya que esto puede romper las burbujas. </li><li> Diluir el Definity en condiciones normales<html> solución salina en una proporción de 10:1 salina para Definty lentamente inyectar el volumen requerido de Definity en una jeringa de solución salina. Si una entrega de infusión se utiliza, el Definity puede ser aún más diluida, a 50:1 o 100:1. </li><li> Invierta suavemente la jeringa para mezclar bien el Definity y solución salina hasta que un aspecto aún se consigue. Inversión suave de la jeringa inmediatamente antes de la inyección también puede ser necesaria si las burbujas han empezado a flotar fuera de la suspensión. </li><li> Calcular el volumen de la dosis requerida sobre la base de 0,02 ml / kg de Definity, o 0,2 ml / kg de la solución (menos 10:1 dilución). </li></ol> 5. Ultrasonido de entrega <ol><li> Establezca los parámetros de tratamiento con ultrasonidos, con ráfagas de bajo ciclo de trabajo, no sonicaciones de onda continua. Parámetros apropiados sonicación a 0,5 MHz son MPa 0,23 de la presión in situ, 10 ráfagas ms a 1 Hz PRF, 2 min. tiempo de sonicación total. En 1,5 MHz apropiado de las presiones situ caer alrededor de 0,45-0,5 MPa. </li></ol>_content &quot;&gt; presiones adecuadas a diferentes frecuencias pueden estimarse mediante un índice mecánico de 0,46 13. <ol start="2"><li> Comprobar que la cabeza del animal está todavía acoplado al agua. </li><li> Inyectar lentamente las microburbujas en el catéter vena de la cola y enjuague con 0,5 ml de solución salina normal. Comienza la sonicación simultáneamente con el inicio de la inyección. </li></ol> 6. Evaluación de resonancia magnética del resultado del tratamiento <ol><li> Tras la sonicación, inyectar un agente de contraste para RM (por ejemplo, 0,2 ml / kg Omniscan, GE Healthcare) a través del catéter vena de la cola seguida de una infusión 0,5 ml de solución salina. </li><li> Realizar en T1 imágenes hasta que el pico de contraste haya pasado. Sonicación sitios que han sido exitosamente interrumpió mostrarán una mayor mejora que el tejido circundante. </li><li> Realizar T2 imágenes para comprobar si hay edema. Señal alta en los sitios de sonicación es indicativo de edema. </li></ol> 7. RepresentanteResultados Los agentes de contraste de MRI puede ser entregado con éxito a través de la BHE mediante ultrasonidos enfocados y difusión de microburbujas. La Figura 2 muestra típica de pre y post-FUS T 1-w imágenes. La Figura 2B muestra un contraste mejorado (CE) T 1-w imagen con distintas aberturas de coordinación en cuatro lugares sonicadas. Sonicación lugares 1 y 2 muestran la mejora particularmente brillante. En Fig.3 lugares 1 y 2 también se puede ver que se corresponden con T 2-w señal alta, lo que indica el edema. El grado de T 2-w edema puede ser a veces más fácil de visualizar en rodajas sagitales. La figura 4 muestra CE-T-1 y T 2 w-w cortes sagitales a través de lugares de sonicación 1 y 3. El edema es visible en la posición 1, pero no la ubicación 3. El análisis espectral de los datos capturados de las emisiones acústicas (Fig. 5) puede mostrar las emisiones de armónicos y / o sub / ultra emisiones armónicas cuando la cavitación estable, se está produciendo. HarmonVA también puede surgir a partir de tejido no-linealidades, mientras que las emisiones y sub ultraharmonic sólo puede ocurrir como resultado de la actividad de burbujas 14. A presiones más altas emisiones de banda ancha que indican la cavitación inercial también puede ser detectada. Sin embargo, estos se han asociado con una mayor cantidad de rojo extravasación de células sanguíneas y que microdaño sonicaciones sin cavitación de inercia 11. El uso de frecuencias más altas de sonicación resultados en las aperturas más localizados, debido al tamaño de punto más pequeño focal. La Figura 6 muestra que las frecuencias más altas se pueden utilizar para crear pequeñas regiones de apertura. Esto permite la investigación de los efectos cerebrales mediados de los con menos cercanos a los efectos del cráneo. <img alt="Figura 1." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig1.jpg" /> Figura 1. Arreglo experimental. <spuna clase = &quot;pdflinebreak&quot;&gt; <img alt="Figura 2." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig2.jpg" /> Figura 2. Pre (izquierda) y después (derecha) del tratamiento T 1-w imágenes de un cerebro de rata que muestra la mejora en cuatro lugares de sonicación. <img alt="Figura 3." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig3.jpg" /> Figura 3. Pre (izquierda) y después (derecha) del tratamiento T 2-w imágenes de un cerebro de rata (el mismo animal, como la figura 2) que muestra T 2-w edema en los lugares de sonicación 1 y 2. <img alt="Figura 4." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig4.jpg" /> Figura 4. Tratamiento posterior sagital T 1-w (izquierda) y T-2-W (derecha) las imágenes del cerebro de rata lo mismo que las figuras. 2 y 3. La apertura en la posición 1 (izquierda) se correlaciona con la T-2 w edema (derecha). Ubicación 3 muestra edema de apertura (a la izquierda), pero no T-2 w. </p&gt; <img alt="Figura 5." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig5.jpg" /> Figura 5. Espectro de frecuencia de los datos capturados en una sola ráfaga de 10 ms a 551,5 kHz. La frecuencia fundamental (f 0), así como los armónicos (2 f 0) y sub / ultraharmonics (0,5 f 0, 1,5 f 0) son visibles. <img alt="Figura 6." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig6.jpg" /> Figura 6. Tratamiento posterior CE-T 1-w axial (izquierda) y sagital (derecha) las imágenes de un cerebro de rata con ultrasonidos en cuatro lugares en los 1.503 Mhz. Aberturas de BBB en esta frecuencia se observa que son más localizadas.

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</ol>

K. Hynynen Chopra y R. son co-fundadores de Instrumentos FUS, Inc. R. Chopra, Waspe A. y K. Hynynen son accionistas en instrumentos del FUS, Inc. K. Hynynen recibe apoyo a la investigación de la FUS Instruments, Inc.

Preparación de los animales y las microburbujas son los aspectos más críticos de este procedimiento. El pelo en la cabeza del animal debe ser totalmente eliminado para evitar la atenuación del haz de ultrasonidos. El BBB puede ser interrumpido bajo isofluorano anestésico, sin embargo, se hace más difícil de lograr apertura consistente. Las microburbujas siempre deben manipularse con cuidado y de pequeño calibre, agujas de gran diámetro debe ser utilizado en la elaboración, con el fin de evit...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nombre del reactivo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td></tr><tr><td> Pequeños Animales Sistema de Ultrasonido Enfocado </td><td> FUS Instruments, Inc. </td><td> RK-100 </td></tr><tr><td> Definity </td><td> Lantheus Medical Imaging </td><td></td></tr><tr><td> Omniscan </td><td> GE Healthcare </td><td></td></tr></tbody></table>

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

MRI-guided Disruption of the Blood-brain Barrier using Transcranial Focused Ultrasound in a Rat Model

El ultrasonido focalizado (FUS) disrupción de la barrera hematoencefálica (BBB) ​​es una técnica cada vez más investigado por eludir el 1-5 BBB. La BHE es un obstáculo importante para los tratamientos farmacéuticos de los trastornos cerebrales, ya que limita el paso de moléculas de la vasculatura en el tejido cerebral de las moléculas de menos de aproximadamente 500 Da de tamaño 6. FUS inducida interrupción BBB (BBBD) es temporal y reversible 4 y tiene una ventaja sobre medios químicos de inducir BBBD por ser altamente localizada. FUS inducida BBBD proporciona un medio para investigar los efectos de una amplia gama de agentes terapéuticos en el cerebro, que de otro modo no sería entregable al tejido en concentración suficiente. Mientras que una amplia gama de parámetros de ultrasonido han demostrado su eficacia a perturbar el BBB 2,5,7, hay varios pasos críticos en el procedimiento experimental para asegurar la interrupción exitosa con precisión en el blanco. Este protoccontornos ol cómo lograr guiada por RM FUS BBBD inducidas en un modelo de rata, con un enfoque en la preparación de los animales y los pasos críticos de microburbujas de manejo del experimento.

Microburbujas mediada por la interrupción ultrasonido focalizado de la barrera hemato-encefálica (BHE) es una técnica prometedora para no invasiva la entrega de fármacos en el cerebro<sup&gt; 1-3</sup&gt;. Este protocolo describe el procedimiento experimental para la resonancia magnética transcraneal guiada por disrupción de la BHE en un modelo de rata.

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

La disrupción de la barrera hematoencefálica (BHE) mediante ultrasonido focalizado (FUS) es una técnica cada vez más investigada para eludir la BHE1-5. La BHE es una...

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 investig

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Este video describe un método para interrumpir temporalmente la barrera hematoencefálica (BBB) mediante la creación de aberturas transitorias utilizando ultrasonido focalizado mediado por microburbujas (FUS). Estas aberturas locales transitorias de la BBB pueden utilizarse con el tiempo para administrar moléculas de fármacos de mayor tamaño directamente en el parénquima cerebral.

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

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.

Un enfoque de sobremesa para la ubicación específica de la barrera hematoencefálica que se abre con ultrasonido enfocado en un modelo de rata

La barrera hematoencefálica (BBB) se puede interrumpir temporalmente con ultrasonido enfocado mediado por microburbujas (FUS). Aquí, describimos un protocolo paso a paso para la apertura de BBB de alto rendimiento in vivo utilizando un sistema FUS modular accesible para expertos que no son de ultrasonido.

Un Alto Rendimiento De Imagen Guiada Por Neuronavegación Estereotáctica Y Sistema De Ultrasonido Enfocado Para La Apertura De La Barrera Hematoencefálica En Roedores

El objetivo del protocolo es proporcionar un método para producir lesiones neuronales no invasivas en el cerebro. El método utiliza ultrasonido focalizado guiado por resonancia magnética (MRgFUS) para abrir la barrera hematoencefálica de una manera transitoria y focal, con el fin de entregar una neurotoxina circulante al parénquima cerebral.

Lesión neuronal dirigida para la desconexión no invasiva del circuito cerebral

Este protocolo delinea los pasos necesarios para la administración de genes a través de la apertura de la barrera hematoencefálica (BBB) por ultrasonido focalizado, la evaluación de la expresión génica resultante y la medición de la actividad de neuromodulación de los receptores quimiogenéticos a través de pruebas histológicas.

Apertura de la barrera hematoencefálica inducida por ultrasonido focalizado para dirigirse a las estructuras cerebrales y evaluar la neuromodulación quimiogenética

Este protocolo describe los procedimientos quirúrgicos y técnicos que permiten imágenes de fluorescencia multifotónica in vivo en tiempo real del cerebro del roedor durante los tratamientos de ultrasonido enfocado y microburbujas para aumentar la permeabilidad de la barrera hematoencefálica.

Microscopía multifotónica intravital en tiempo real para visualizar ultrasonido enfocado y tratamientos de microburbujas para aumentar la permeabilidad de la barrera hematoencefálica

La disrupción de la barrera hemato-médula espinal (BSCB) puede lograrse con éxito con la administración intravenosa de microburbujas y la aplicación de ultrasonidos focalizados de baja intensidad (LIFU). Este protocolo detalla la apertura del BSCB utilizando LIFU en un modelo de roedores, incluida la configuración del equipo, la inyección de microburbujas, la localización del objetivo y la visualización de la interrupción del BSCB.

Alteración de la barrera hemato-médula espinal mediante ultrasonido focalizado de baja intensidad en un modelo de rata

Este estudio describe un protocolo combinado de imágenes de resonancia magnética (IRM) y ultrasonido focalizado pulsado (FUS) de baja intensidad, utilizando ratas vivas con cateterismo de venas yugulares para monitorear la apertura de la barrera hematoencefálica (BBB).

Monitorización de la apertura de la barrera hematoencefálica en ratas con un sistema de ultrasonido preclínico focalizado

En la patogénesis de las metástasis óseas, la angiogénesis es un proceso crucial y por lo tanto representa un objetivo de formación de imágenes y terapia. A continuación, presentamos un modelo de rata de sitio específico de metástasis de mama cáncer de huesos y describir las estrategias para la angiogénesis de la imagen de forma no...

Multimodal de imágenes de la angiogénesis en un modelo de rata desnuda de las metástasis óseas del cáncer de pecho utilizando imágenes de resonancia magnética, tomografía computarizada y la ecografía volumétrica

Hematoencefálica interrupción de la barrera ayuda a la entrega de ciertos medicamentos para el cerebro. Manitol entregado intraarterial células se contrae los vasos sanguíneos circundantes con el fin de perturbar físicamente la barrera.

Modelo de rata de ruptura de la barrera sangre-cerebro para permitir dirigida Therapeutics neurovascular

Aprende a disrumpir la barrera hematoencefálica con ultrasonido focalizado y microburbujas guiado por resonancia magnética en un modelo de rata. Este método permite la entrega localizada de fármacos al cerebro.

Resonancia magnética guiada por disrupción de la barrera sangre-cerebro con ultrasonido transcraneal Enfocado en un modelo de rata (Video) | JoVE Journal

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

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