Method Article

הדמיה דו-ממדית ברזולוציה גבוהה של מיקרו-כלי דם במוח חולדה באמצעות מיקרוסקופ לוקליזציה של אולטרסאונד

DOI:

10.3791/67813

⸱

March 28th, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Fudan University, 2Academy for Engineering and Technology, Fudan University, 3School of Information Science and Technology, Fudan University, 4State Key Laboratory of Medical Neurobiology, Fudan University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כאן, אנו מתארים פרוטוקול למיקרוסקופ לוקליזציה של אולטרסאונד (ULM), שמשיג רזולוציה מרחבית של 12.5 מיקרומטר כדי לדמות את המיקרו-כלי דם במוח בחולדות. הוא מאפשר הדמיה מפורטת של כיוון ומהירות זרימת הדם, ומציע כלי רב עוצמה לקידום מחקרים על זרימת המוח והפרעות בכלי הדם.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כלי הדם המיקרו-מוחיים יוצרים רשת מורכבת של כלי דם החיוניים לשמירה על תפקוד המוח. מחלות כמו שבץ מוחי, מחלת אלצהיימר, גליומות ודמנציה וסקולרית עלולות לשבש באופן עמוק את המערכת המיקרו-וסקולרית. למרבה הצער, שיטות ההדמיה הרפואיות הנוכחיות מציעות רק תצפיות עקיפות בקנה מידה זה. בהשראת מיקרוסקופיה אופטית, מיקרוסקופ לוקליזציה אולטרסאונד (ULM) מתגבר על הפשרה הקלאסית בין עומק חדירה לרזולוציה מרחבית. על ידי לוקליזציה ומעקב אחר מיקרו-בועות מוזרקות בודדות (MBs) עם דיוק תת-אורכי גל, ניתן ליצור מפות כלי דם ומהירות בקנה מידה מיקרומטרי. כאן, אנו מציגים פרוטוקול חזק להדמיה ברזולוציה גבוהה של המיקרו-כלי דם במוח in vivo בחולדות באמצעות פלטפורמת אולטרסאונד מסחרית. שיטה זו משיגה רזולוציה מרחבית של 12.5 מיקרומטר, משחזרת את הארכיטקטורה המיקרו-וסקולרית ומספקת מידע מפורט על כיוון ומהירות זרימת הדם, מה שמשפר מאוד את הבנתנו את המיקרו-סירקולציה המוחית. ניתן להרחיב את הפרוטוקול למודלים של מחלות חולדות, ולהציע כלי רב עוצמה לאבחון מוקדם וטיפול במחלות נוירו-וסקולריות.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המיקרו-כלי דם במוח, המורכב מנימים, עורקים וורידים, חיוני לשמירה על תפקוד המוח על ידי הקלה על אספקת חומרים מזינים, חילופי חמצן ופינוי פסולת 1,2. שיבושים ברשת זו מעורבים בהפרעות נוירולוגיות כגון שבץ מוחי3, מחלת אלצהיימר4, גליומות5 ודמנציה וסקולרית6, מה שמוביל לליקויים בפיזיולוגיה של המוח. שינויים מיקרו-וסקולריים מקדימים לעתים קרובות את הופעת התסמינים הקליניים, מה שהופך אותם למטרה קריטית להתערבויות אבחנתיות וטיפוליות 7,8. הבנה ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל הניסויים בבעלי חיים המבוצעים בעבודה זו מאושרים על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת פודאן (מספר אישור: 2022JS-004). הפרוטוקול עוקב בקפדנות אחר הנחיות הטיפול בבעלי חיים של אוניברסיטת פודאן כדי להבטיח יחס הומני לבעלי חיים. לפני תחילת הניסוי, יש לאפשר לחולדות תקופה של שבוע להתאקלמות סביבתית, במהלכה הן מקבלות מספיק מזון ומים. הפוטופריוד מווסת בקפידה בהתאם למקצבים הביולוגיים שלהם כדי להבטיח שמירה על מצבים פיזיולוגיים תקינים. בסיום הניסוי מתבצעת המתת חסד באמצעות מנת יתר של איזופלורן בשאיפה.

הערה: מערך הניסוי מוצג באיור 1A-H.

1. הכנת ב....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

איור 1 ממחיש את המערך המפורט להדמיית ULM מיקרו-וסקולרית במוח in vivo בחולדות, כאשר כל אלמנט תוכנן בקפידה כדי למזער את השונות הניסויית ולהבטיח רכישת נתונים מדויקת לתוצאות הדמיה אמינות ברזולוציה גבוהה.

איור 2A מציג את המבנה המשוחזר של כלי הדם במוח של חולדה, הממוקם במרחק של -1 מ"מ מנקודת ברגמה, עם עומק הדמיה המתקרב ל-12 מ"מ. עובי הפרוסה האפקטיבי על פני מישור ההדמיה נע בין 0.1 מ"מ ל-0.3 מ"מ. גם מיקרו-כלים רדודים יותר וגם עמוקים י.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה השתמש בהצלחה ב-ULM כדי לבצע הדמיה ברזולוציה גבוהה של מיקרו-כלי דם במוח של חולדות in vivo. בהשוואה לשיטות הדמיה אחרות, ULM מתאים בו זמנית הן לרזולוציה מרחבית והן לעומק החדירה. מוח החולדה החשוף צולם ולא דרך הגולגולת, ונמנע הנחתה ועיוות הנגרמים על ידי נוכחות עצם. תחת מתמר בתדר מרכזי של 15.625 מגה-הרץ, נלכדו מבנים וסקולריים בעומק של כ-12 מ"מ, ברזולוציה מרחבית של עד 12.5 מיקרומטר. כיוון זרימת הדם הקל על התמיינות של אזורים ספציפיים בעורקים ובוורידים קטנים. בנוסף, הטכניקה תומכת במגו.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי תוכנית המחקר והפיתוח הלאומית של סין במסגרת מענק 2023YFC2410903, הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענקים 12274092, 12034005), תוכנית האקספלורר של שנחאי (מענק 21TS1400200), התוכנית הבינלאומית לשיתוף פעולה במדע וטכנולוגיה של שנחאי (מענק 24490710400), וקרן AI למדע של אוניברסיטת פודאן (מענק FudanX24AI016).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
אלכוהולDICHANGhttps://www.dehsm.com/goods-17187.html75%
תוכנית עיצוב קרןהמכון להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת מונטריאולMatlab Ultrasound Toolbox גרסת
מכשיר לתחזוקת טמפרטורת הגוףRWD Life Science Co., Ltd.69026
מכשיר סטריאוטקסי מוחRWD מדעי החיים ושות', בע"מ71000-Rניתן להתאמה למסכת נשימה
ערכת מכשירים כירורגיים מיקרו-הזרקה גולגולתיתRWD מדעי החיים ושות', בע"מSP0005-R
מיקרוסקופ דיגיטליRWD מדעי החיים ושות', בע"מDOM-1001
קטטר לאספקת תרופותRWD Life Science Co., Ltd.
משחת אריתרומיציןRenhe PharmaH360200181% x 15 גרם
מכונת הרדמת גזRWD Life Science Co., Ltd.R500IEכולל מסכת נשימה
קוצץ חשמלי כף ידGUAZHOUMUMJD-DTJ02
מקדחה מיני גולגולת כף ידRWD Life Science Co., Ltd.78001
מחט שוכנתKind EnterpriseDevelopment Group Co., Ltdמודל לחץ חיובי 26 גרם
תמיסת יודHYNAUThttps://www.hainuocn.com/index/detail/524.html4.5– 5.5 גרם/ליטר
תוכנית דמודולציה IQהמכון להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת מונטריאולMatlab Ultrasound Toolbox 3.4 גרסה
IsofluraneRWD Life Science Co., Ltd.R510-22-10
תוכנת MATLABMathWorksגרסה R2021a
משאבת מיקרו-הזרקהRWD מדעי החיים ושות', בע"מR462
הזרקת נתרן כלוריSHENG'AO בעלי חיים פרמצבטיקה ושות', בע"מ2700714600.90%
SonoVueBraccohttps://www.bracco.com/en-se/product/sonovue
מקדח כדוריRWD Life Science Co., Ltd.HM1027 / HM1010
תומך בתוכנת מיצובRWD מדעי החיים ושות', בע"מV2.0.0.30400
מזרקKindly EnterpriseDevelopment Group Co., Ltd.תוכנית מעקב RWLB1 מ"ל
ז'אן-איב טינבז2016
ג'ל אולטרסאונדג'נקנג ציוד רפואי ושות', בע"מדגם DS-1
בדיקת אולטרסאונדVERASONICS, INC.L22-14vX LF
Verasonics מערכת אולטרסאונדVERASONICS, INC.פלטפורמת אולטרסאונדVantage-256
3.4https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/administration/draw-blood גרסת

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sweeney, M. D., Ayyadurai, S., Zlokovic, B. V. Pericytes of the neurovascular unit: Key functions and signaling pathways. Nat Neurosci. 19 (6), 771-783 (2016).
  2. Wardlaw, J. M., Smith, C., Dichgans, M. Mechanisms of sporadic cerebral small vessel disease: Insig....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Ultrasound Localization MicroscopySuper Resolution ImagingBrain MicrovasculatureRat Brain ImagingMicrobubble TrackingBlood Flow DynamicsCraniotomy ProcedureVelocity MappingMicrovascular ArchitectureNeurovascular Disease Models

Related Articles