Lésion neuronale ciblée pour la déconnexion non invasive des circuits cérébraux

Wilson Wang; Yanrong Zhang; Matthew J. Anzivino; Edward H. Bertram; James Woznak; Alexander Klibanov; Erik Dumont; Max Wintermark; Kevin S. Lee

doi:10.3791/61271

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Article de méthode

Lésion neuronale ciblée pour la déconnexion non invasive des circuits cérébraux

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DOI :

10.3791/61271

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27 septembre 2020

Wilson Wang^*¹ , Yanrong Zhang^*² , Matthew J. Anzivino¹ , Edward H. Bertram³ , James Woznak¹^,⁴ , Alexander Klibanov⁵ , Erik Dumont⁶ , Max Wintermark^*² , Kevin S. Lee^*¹^,⁷^,⁸

¹Department of Neuroscience, University of Virginia, ²Department of Radiology, Stanford University, ³Department of Neurology, University of Virginia, ⁴Global Internship Program, Focused Ultrasound Foundation, ⁵Department of Medicine, University of Virginia, ⁶Image Guided Therapy, ⁷Department of Neurosurgery, University of Virginia, ⁸Center for Brain, Immunology, and Glia, University of Virginia

^* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

Le but du protocole est de fournir une méthode pour produire des lésions neuronales non invasives dans le cerveau. La méthode utilise l’échographie focalisée guidée par résonance magnétique (MRgFUS) pour ouvrir la barrière hémato-encéphalique d’une manière transitoire et focale, afin de fournir une neurotoxine circulante au parenchyme cérébral.

Résumé

L’intervention chirurgicale peut être très efficace pour traiter certains types de maladies neurologiques médicalement insolubles. Cette approche est particulièrement utile pour les troubles dans lesquels les circuits neuronaux identifiables jouent un rôle clé, tels que l’épilepsie et les troubles du mouvement. Les modalités chirurgicales actuellement disponibles, bien qu’efficaces, impliquent généralement une intervention chirurgicale invasive, qui peut entraîner des blessures chirurgicales aux tissus non ciblés. Par conséquent, il serait utile d’élargir la gamme des approches chirurgicales pour inclure une technique à la fois non invasive et neurotoxique.

Ici, une méthode est présentée pour produire des lésions neuronales focales dans le cerveau d’une manière non invasive. Cette approche utilise des ultrasons focalisés de faible intensité ainsi que des microbulles intraveineuses pour ouvrir de façon transitoire et focale la barrière hémato-encéphalique (BBB). La période d’ouverture transitoire de BBB est alors exploitée pour fournir focalement une neurotoxine systémiquement administrée à une zone ciblée de cerveau. L’acide quinolinique neurotoxine (QA) est normalement imperméable à la BBB, et est bien toléré lorsqu’il est administré intrapéritoneally ou par voie intraveineuse. Cependant, lorsque l’aq gagne un accès direct aux tissus cérébraux, il est toxique pour les neurones. Cette méthode a été utilisée chez les rats et les souris pour cibler des régions spécifiques du cerveau. Immédiatement après MRgFUS, l’ouverture réussie du BBB est confirmée à l’aide d’une imagerie t1 améliorée par contraste. Après la procédure, l’imagerie T2 montre des blessures limitées à la zone ciblée du cerveau et la perte de neurones dans la zone ciblée peut être confirmée post-mortem en utilisant des techniques histologiques. Notamment, les animaux injectés avec la solution saline plutôt que l’aq démontrent l’ouverture de la BBB, mais point ne présentent pas de blessure ou de perte neuronale. Cette méthode, appelée chirurgie guidée non invasive intracérébrale précise (PING) pourrait fournir une approche non invasive pour traiter les troubles neurologiques associés aux perturbations dans les circuits neuronaux.

Introduction

Le but de cette méthode est de fournir un moyen de produire des lésions neuronales non invasives dans une région ciblée du cerveau. La raison d’être du développement d’une telle approche est de déconnecter les circuits neuronaux contribuant aux troubles neurologiques. Par exemple, la chirurgie peut être très efficace dans le traitement de certains troubles neurologiques médicalement insolubles, tels que l’épilepsie pharmacorésistante (DRE)¹. Cependant, chacune des modalités chirurgicales disponibles possèdent des limitations en termes de production de dommages collatéraux indésirables au cerveau. La chirurgie résécrétive traditionnelle peut êtr....