Visualisation bidimensionnelle en super-résolution de la microvascularisation du cerveau de rat à l’aide de la microscopie de localisation par ultrasons

La portée de notre recherche se concentre sur le développement d’un protocole de microscopie de localisation par ultrasons afin d’obtenir une imagerie à super résolution de la microvascularisation du cerveau du rat. Notre objectif est de relever les défis de l’équilibre entre la résolution spéciale et les profondeurs de pénétration dans l’imagerie des petits vaisseaux, en fournissant des informations détaillées sur la structure vasculaire et la dynamique du flux sanguin dans les états sains et pathologiques.

Notre protocole offre l’avantage d’atteindre une haute résolution spatiale de 12,5 micromètres, tout en maintenant des profondeurs de pénétration allant jusqu’à 12 millimètres, surpassant les méthodes conventionnelles, comme l’IRM, la TDM et les doubles ultrasons. Contrairement aux techniques optiques, il permet d’imager des régions cérébrales profondes, de reconstruire des structures microvasculaires et de visualiser simultanément la dynamique du flux sanguin.

Nos résultats ouvrent la voie à l’étude des changements microvasculaires dans les troubles neurologiques, tels que la tumeur glioblastique et la maladie d’Alzheimer. La capacité de visualiser la dynamique du flux sanguin et l’architecture microvasculaire avec une haute résolution ouvre de nouvelles possibilités pour étudier la progression de la maladie, l’efficacité du traitement et la relation entre les altérations musculaires et la fonction cérébrale.

[Narrateur] Pour commencer, positionnez le rat anesthésié sur la table d’opération. Fixez les incisives supérieures du rat dans l’encoche de la barre d’incisive, en positionnant la mâchoire inférieure sous la barre. Positionnez les barres auriculaires dans l’échancrure osseuse, légèrement en avant et au-dessus du conduit auditif, en veillant à ce que la surface crânienne reste horizontale. Appliquez une petite pression sur différentes parties de la tête pour évaluer la stabilité. Ajustez la hauteur de la plate-forme d’imagerie et ajustez l’angle de la tête du rat à l’aide de l’encoche de la barre incisive pour assurer une respiration sans obstruction. Appliquez une pommade à l’érythromycine ou une solution de glycérine à 30 % sur les yeux du rat pour les protéger des lumières chirurgicales et maintenir l’humidité. À l’aide d’une tondeuse électrique portative, rasez la tête du rat dans le sens inverse de la pousse des poils, en couvrant la zone entre les oreilles et des yeux vers le cou. Maintenant, faites une incision le long de la suture sagittale du crâne du rat, en commençant juste l’os occipital et en s’étendant d’environ quatre centimètres vers l’avant. Utilisez des hémostats pour rétracter la peau des deux côtés. En option, excisez la peau sur le crâne pour un meilleur accès. Utilisez de petits ciseaux pour retirer le périoste du crâne, exposant complètement la couche osseuse dure. Effectuez la craniotomie avec une mini perceuse crânienne portative, munie d’un foret sphérique de 2,5 millimètres. Tapotez doucement pour agrafer l’os, en forant pendant deux à trois secondes à la fois, en commençant au centre et en progressant vers l’extérieur. Injectez environ un millilitre de solution de chlorure de sodium à 0,9 % toutes les deux minutes dans la zone de forage pour refroidir et rincer les débris. Passez à un foret plus fin d’un millimètre une fois que le tissu osseux blanc n’apparaît plus constamment connecté. Poursuite du forage jusqu’à ce que les principaux vaisseaux sanguins centraux soient clairement visibles en brun foncé, les tissus environnants apparaissant en rose et les microvaisseaux légèrement rougeâtres. Pour préparer l’agent de contraste, dissolvez le gaz SF6 et la poudre d’agent de contraste lyophilisé dans cinq millilitres de chlorure de sodium à 0,9 %. Agitez vigoureusement le mélange pour former une microbulle, ou suspension MB, avec une concentration finale de SF6 de huit microlitres par millilitre. Prélevez 0,8 millilitre de la suspension MB dans une seringue d’un millilitre fixée à une pompe de micro-injection. Insérez une aiguille à demeure de calibre 26 avec un cathéter dans la veine de la queue du rat et injectez. Avant l’imagerie, montez une sonde avec une fréquence centrale de 15,625 mégahertz sur le bras manipulateur de l’instrument stéréotaxique cérébral équipé d’une pince. Positionnez la sonde à ultrasons directement au-dessus du cerveau de rat exposé et appliquez du gel de couplage sur la surface du cerveau exposée pour assurer une transmission optimale du signal. Ouvrez l’interface principale du logiciel, qui intègre un atlas cérébral enveloppé avec des programmes de contrôle du mouvement moteur. Définissez le point BGMA comme origine et utilisez l’affichage en temps réel du logiciel pour surveiller la trajectoire de la sonde et l’emplacement correspondant de la tranche de cerveau de rat. Sélectionnez le plan d’imagerie cible, tel que BGMA moins un millimètre. Lancez le logiciel MATLAB 2021a et saisissez le script d’acquisition de données dans MATLAB 2021a. Dans le répertoire racine, tapez « activate » dans la fenêtre de ligne de commande pour activer l’environnement d’exécution. Réglez ensuite les profondeurs de début et de fin de la collecte de données à cinq et 120 longueurs d’onde, respectivement, pour capturer efficacement la région d’intérêt. Réglez les angles de braquage de transmission d’ondes planes de moins cinq degrés à cinq degrés par incréments de 2,5 degrés pour améliorer la résolution et le contraste de l’image. La microscopie de localisation par ultrasons a révélé une visualisation claire des microvaisseaux à des profondeurs allant jusqu’à 12 millimètres. L’analyse de la largeur totale à mi-hauteur a indiqué que le plus petit diamètre de récipient détectable était de 13 micromètres. La corrélation en anneau de Fourier a confirmé la résolution spatiale de l’imagerie microvasculaire à 12,5 micromètres. Les directions du flux sanguin dans une coupe transversale du cerveau du rat ont montré un flux descendant dans les petites artères corticales et un flux ascendant dans les petites veines, représentés respectivement par les couleurs bleue et rouge. Une carte des vitesses a montré des débits plus élevés dans les grands navires, la majorité des vitesses étant concentrées dans la plage de 10 à 25 millimètres par seconde. L’imagerie du modèle de rat glioblastome a montré une dilatation vasculaire anormale, des irrégularités structurelles près de la tumeur, des schémas de flux sanguins modifiés dans la région tumorale et un flux vasculaire hétérogène à l’intérieur et autour de la tumeur.