Ouverture de la barrière hémato-encéphalique médiée par des microbulles à base d’ultrasons Focus : une technique pour créer des ouvertures transitoires localisées dans la barrière hémato-encéphalique de souris par sonoporation

La barrière hémato-encéphalique ou BHE est constituée de cellules endothéliales étroitement disposées reliées par des jonctions serrées. Cela forme un joint compact qui limite le mouvement des molécules vers le cerveau. Pour imprégner la BHE, préparez une souris anesthésiée en la fixant en position couchée sur une unité stéréotaxique.

Ensuite, insérez un cathéter dans la veine de la queue et rincez-le avec une solution anticoagulante pour éviter la coagulation du sang. Prenez une suspension de microbulles - des microsphères de gaz enfermées dans une couche de lipides. Injectez les microbulles dans la veine latérale de la queue. Ces microbulles pénètrent dans la circulation sanguine et finissent par atteindre le cerveau.

Par la suite, identifiez l’emplacement du cerveau et appliquez du gel à ultrasons à l’endroit correspondant sur la tête pour une meilleure conduction des ondes. Implantez un transducteur à ultrasons sur la zone désignée de la tête de la souris. Utilisez le transducteur pour appliquer des ondes ultrasonores fortes et ciblées.

En raison de la pression acoustique des ondes ultrasonores, les microbulles se dilatent rapidement et se contractent plusieurs fois. Ces oscillations provoquent une sonoperméation - perturbation des jonctions serrées endothéliales - générant des ouvertures localisées dans la BHE. Ces ouvertures facilitent la livraison de microbulles au cerveau.

Enfin, injectez la solution contenant le colorant par voie intravasculaire. Les molécules de colorant extravasent des vaisseaux à travers les ouvertures transitoires de la BHE. La présence de colorant dans le cerveau de la souris indique une sonoporation réussie.

Pour l’administration de microbulles pour l’ouverture de la BHE, insérez un cathéter de veine caudale de la queue de calibre 26 à 30 et rincez la veine avec un petit volume de solution d’héparine. Fixez le cathéter avec du ruban adhésif pour éviter le détachement. Si le cathétérisme réussit, remplissez le cathéter avec la solution d’héparine pour éviter la coagulation du sang.

Placez l’animal sur la plate-forme stéréotaxique à température régulée pour éviter l’hypothermie. Fixez la tête de l’animal à l’aide d’une barre de morsure et de barres d’oreille et collez la queue et le cathéter sur la plate-forme. Fixez le corps de la souris à l’aide d’une sangle.

Placez la plate-forme stéréotaxique avec la souris montée dans la modalité d’imagerie et prenez des images de l’animal. Déterminez si l’animal est correctement placé sur la plate-forme. Marquez la position de l’animal à l’aide des repères multimodalités, en combinaison avec le pipeline de traitement d’image, en fonction du point focal de la sonde. Déterminez la zone cible en plaçant un contour cérébral sur l’image radiographique acquise, ou en utilisant des images BLI pour déterminer le centre de la tumeur.

Avant de positionner le transducteur, protégez les narines et la bouche de l’animal avec du ruban adhésif pour éviter que le gel à ultrasons n’interfère avec la respiration. Appliquez du gel à ultrasons sur le dessus de la tête de la souris pour une bonne conduction du son. Enregistrez la cavitation des microbulles à l’aide de l’hydrophone à aiguille, qui est placé à proximité directe de l’os occipital.

En fonction des valeurs d’étalonnage, guidez le transducteur dans la bonne position au-dessus de l’animal. Appliquez des paramètres préconfigurés à tous les appareils connectés pour cibler la région cérébrale d’intérêt. Une fois que le transducteur est placé dans la bonne position, dissolvez et activez les microbulles comme décrit par le fabricant.

Avant l’injection de microbulles, rincez le cathéter de la veine de la queue avec une solution saline pour confirmer l’accès à la veine de la queue. Démarrez la trajectoire d’insonication et injectez simultanément les microbulles. Dans le même temps, l’hydrophone à aiguille détectera et vérifiera la cavitation des microbulles en temps réel. Si vous le souhaitez, administrer un produit de contraste intravasculaire ou un médicament après l’échographie. Surveillez l’animal jusqu’à un moment prédéterminé.

• 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.