Un système de neuronavigation stéréotaxique et d’ultrasons focalisés guidé par image à haut débit pour l’ouverture de la barrière hémato-encéphalique chez les rongeurs

Les gliomes de haut grade tels que le gliome pontique intrinsèque diffus sont des tumeurs très invasives avec une mortalité élevée. Malgré des années de recherches approfondies, la barrière hémato-encéphalique est un aspect important car la chimiothérapie n’est pas en mesure d’atteindre efficacement le cerveau. Heureusement, les ultrasons focalisés sont capables d’ouvrir temporairement et localement la barrière hémato-encéphalique pour des traitements efficaces.

Nous avons mis au point un système d’échographie focalisée neuro-navigée petit et rentable pour la perturbation de la barrière hémato-encéphalique. Ce système est construit avec des composants disponibles dans le commerce et, avec un haut degré d’automatisation, il permet des études précliniques d’évaluation des médicaments. La médecine de précision est définie comme le bon médicament à la bonne dose pour le bon patient et au bon moment.

Pour y parvenir, de nombreux médicaments présélectionnés doivent être dépistés. C’est exactement ce que nous permet de faire avec notre système d’échographie focalisée compact à haut débit pour la perturbation de la barrière hémato-encéphalique. Rianne Haumann et Elvin t Hart, deux doctorants de mon groupe de recherche, feront la démonstration de la procédure.

Le flux de travail pour l’échographie focalisée de neuronavigation stéréotaxique guidée par l’image comprend l’imagerie interventionnelle et le couplage acoustique pour la sonoporation sur la plate-forme d’échographie. Par la suite, une imagerie de suivi peut être effectuée. Sélectionnez une sonde appropriée en fonction des exigences de l’expérience prévue.

Placez-le dans un cône imprimé en 3D rempli d’eau dégazée et fermé au fond par une membrane Mylar acoustiquement transparente. Connectez le transducteur à un générateur de fonctions et à un amplificateur de puissance. Montez le transducteur sur une platine linéaire motorisée pour un positionnement vertical automatique et connectez-le à l’amplificateur de puissance.

Utilisez une plate-forme stéréotaxique amovible qui comprend un chauffage régulé en température, des barres d’occlusion et d’oreille, une anesthésie et des marqueurs de repère multimodal. Fixez la plate-forme à la platine linéaire 2D. Avant de pouvoir utiliser le système FUS, étalonnez-le et déterminez le point focal du transducteur.

Le point focal correspond à la position verticale de l’animal sur la plate-forme stéréotaxique. Acclimatez l’animal à l’installation pendant au moins une semaine après son arrivée et pesez-le régulièrement. Le jour de l’expérience, administrez de la buprénorphine par injection sous-cutanée 30 minutes avant le traitement par EUF.

Après avoir anesthésié la souris, appliquez une pommade pour les yeux pour prévenir la sécheresse oculaire. Si nécessaire, retirez les poils sur le dessus de la tête de l’animal à l’aide d’un rasoir et d’une crème dépilatoire. Lavez la peau à l’eau pour éliminer tout résidu.

Pour des expériences avec des modèles de tumeurs BLI, injectez 150 microlitres de D-luciférine par voie intra-péritonéale avec une seringue à insuline de calibre 29. 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. La pression acoustique avec un indice mécanique de 0,4 en combinaison avec des microbulles a fourni un moyen très sensible et fiable de détection de cavitation stable par rapport à l’absence de détection de sous-harmoniques lorsqu’aucune microbulle n’a été injectée ou à l’observation de la cavitation inertielle lorsqu’un MI de 0,6 a été appliqué. Alors que la pression acoustique avec un IM allant jusqu’à 0,6 n’a entraîné aucun dommage macroscopique, les dommages microscopiques ont été mis en évidence histologiquement à un MI de 0,6.

Une amplitude de pression avec un IM de 0,8 a entraîné une hémorragie cérébrale macroscopique de gros vaisseaux et une lyse tissulaire généralisée avec extravasation d’érythrocytes. Du bleu d’Evans par voie intraveineuse a été injecté pour valider l’ouverture de la BHE dans la région pontine. Une extravasation de l’albumine conjuguée au bleu d’Evans a été observée au niveau des boutons et du cervelet chez la souris traitée avec du FUS et des microbulles, démontrant un ciblage précis de la région d’intérêt.

Les étapes les plus importantes de ce protocole sont le placement correct du cathéter de la veine de la queue, le positionnement et le ciblage de l’animal, et l’injection de microbulles avec ultrasons focalisés avec détection de la cavitation. Ce système d’échographie focalisée fabriqué par nos soins peut être adapté et repensé pour de multiples questions de recherche, tout en étant rentable et en disposant d’un flux de travail automatisé, ce qui le rend adapté aux chercheurs relativement inexpérimentés.