הדמיה דו-ממדית ברזולוציה גבוהה של מיקרו-כלי דם במוח חולדה באמצעות מיקרוסקופ לוקליזציה של אולטרסאונד
March 28th, 2025
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.
היקף המחקר שלנו מתמקד בפיתוח פרוטוקול למיקרוסקופ לוקליזציה של אולטרסאונד כדי להשיג הדמיה ברזולוציה גבוהה של מיקרו-כלי דם במוח של חולדה. אנו שואפים להתמודד עם האתגרים של איזון בין רזולוציה מיוחדת ועומקי החדירה בהדמיית כלי דם קטנים, ולספק תובנות מפורטות לגבי מבנה כלי הדם ודינמיקת זרימת הדם במצבי בריאות וחולי.
הפרוטוקול שלנו מציע את היתרון של השגת רזולוציה מרחבית גבוהה של 12.5 מיקרומטר, תוך שמירה על עומק חדירה של עד 12 מילימטר, מעבר לשיטות קונבנציונליות, כמו MRI, CT ואולטרסאונד כפול. בניגוד לטכניקות אופטיות, הוא מאפשר הדמיה של אזורי מוח עמוקים, שחזור מבנים מיקרו-וסקולריים והדמיה של דינמיקת זרימת הדם בו זמנית.
התוצאות שלנו סוללות את הדרך לחקירת שינויים מיקרו-וסקולריים בהפרעות נוירולוגיות, כגון גידול גליובלסט ומחלת אלצהיימר. היכולת לדמיין את הדינמיקה של זרימת הדם ואת הארכיטקטורה המיקרו-וסקולרית ברזולוציה גבוהה פותחת הזדמנויות חדשות לחקור את התקדמות המחלה, יעילות הטיפול והקשר בין שינויים שריריים לתפקוד המוח.
[קריין] כדי להתחיל, מקם את החולדה המורדמת על שולחן הניתוחים. אבטח את החותכות העליונות של החולדה בחריץ של המוט החותך, ומקם את הלסת התחתונה מתחת למוט. מקם את מוטות האוזניים בשקע הגרמי, מעט קדמי ועדיף על תעלת האוזן, וודא שמשטח הגולגולת נשאר אופקי. הפעל כמות קטנה של לחץ על חלקים שונים של הראש כדי להעריך את היציבות. כוונן את גובה פלטפורמת ההדמיה והתאם את זווית ראש החולדה באמצעות חריץ המוט החותך כדי להבטיח נשימה ללא הפרעה. מרחו משחת אריתרומיצין או תמיסת גליצרין 30% על עיני החולדה כדי להגן עליהן מפני אורות כירורגיים ולשמור על לחות. בעזרת קוצץ חשמלי כף יד, גלחו את ראש החולדה כנגד כיוון צמיחת השיער, כסו את האזור שבין האוזניים ומהעיניים לצוואר. כעת, בצע חתך לאורך התפר הסגיטלי של גולגולת החולדה, התחל רק את עצם העורף ונמשך כארבעה סנטימטרים קדימה. השתמש בהמוסטטים כדי למשוך את העור משני הצדדים. לחלופין, כרתו את העור מעל הגולגולת לגישה רבה יותר. השתמש במספריים קטנים כדי להסיר את הפריאוסטאום מהגולגולת, תוך חשיפה מלאה של שכבת העצם הקשה. בצע את הגולגולת עם מקדחה מיני גולגולת כף יד, בעלת מקדחה כדורית של 2.5 מילימטר. הקש בעדינות כדי לקלוע את העצם, קדח במשך שתיים עד שלוש שניות בכל פעם, התחל במרכז והתקדם החוצה. הזרקו כמיליליטר אחד של תמיסת נתרן כלורי 0.9% כל שתי דקות לאזור הקידוח כדי לקרר ולשטוף פסולת. עבור למקדח עדין יותר של מילימטר אחד ברגע שרקמת העצם הלבנה כבר לא נראית מחוברת באופן עקבי. המשך הקידוח עד שכלי הדם העיקריים המרכזיים נראים בבירור כחום כהה כאשר הרקמה שמסביב נראית ורודה וכלי המיקרו מעט אדמדמים. להכנת חומר הניגוד, ממיסים גז SF6 ואבקת חומר ניגוד ליופיליזציה בחמישה מיליליטר של 0.9% נתרן כלורי. יש לנער את התערובת במרץ ליצירת מיקרו-בועה, או תרחיף MB, עם ריכוז SF6 סופי של שמונה מיקרוליטר למיליליטר. שאב 0.8 מיליליטר ממתלה ה-MB למזרק מיליליטר אחד המחובר למשאבת מיקרו-הזרקה. הכנס מחט בגודל 26 עם קטטר לווריד זנב החולדה והזריק. לפני ההדמיה, הרכיב בדיקה בתדר מרכזי של 15.625 מגה-הרץ על זרוע המניפולטור של המכשיר הסטריאוטקסי במוח המצויד במהדק. מקם את בדיקת האולטרסאונד ישירות מעל מוח החולדה החשוף, ומרח ג'ל צימוד על פני המוח החשוף כדי להבטיח העברת אות אופטימלית. פתח את הממשק הראשי של התוכנה, המשלב אטלס מוח מעטפת עם תוכניות בקרת תנועה מוטורית. הגדר את נקודת ה-BGMA כמקור, והשתמש בתצוגה בזמן אמת של התוכנה כדי לנטר את מסלול הגשושית ואת מיקום פרוסת המוח המתאימה של העכברוש. בחר את מישור הדמיית המטרה, כגון BGMA מינוס מילימטר אחד. הפעל את תוכנת MATLAB 2021a, והזן את סקריפט רכישת הנתונים ב-MATLAB 2021a. בספריית השורש, הקלד "הפעל" בחלון שורת הפקודה כדי להפעיל את סביבת זמן הריצה. לאחר מכן הגדר את עומק ההתחלה והסיום של איסוף הנתונים בחמישה ו-120 אורכי גל, בהתאמה, כדי ללכוד ביעילות את אזור העניין. הגדר את זוויות ההיגוי של שידור גל המישור ממינוס חמש מעלות לחמש מעלות במרווחים של 2.5 מעלות כדי לשפר את רזולוציית התמונה והניגודיות. מיקרוסקופ הלוקליזציה של האולטרסאונד חשף הדמיה ברורה של מיקרו-כלים בעומקים של עד 12 מילימטרים. ניתוח הרוחב המלא בחצי המקסימום הצביע על קוטר הכלי הקטן ביותר שניתן לזהות כ-13 מיקרומטר. מתאם טבעת פורייה אישר את הרזולוציה המרחבית של הדמיה מיקרו-וסקולרית כ-12.5 מיקרומטר. כיווני זרימת הדם בחתך רוחב של מוח החולדה הדגימו זרימה כלפי מטה בעורקים קליפת המוח הקטנים וזרימה כלפי מעלה בוורידים קטנים, המיוצגים על ידי צבעים כחולים ואדומים, בהתאמה. מפת מהירות הראתה קצבי זרימה גבוהים יותר בכלי שיט גדולים יותר, כאשר רוב המהירויות התרכזו בטווח של 10 עד 25 מילימטר לשנייה. הדמיה של מודל חולדת הגליובלסטומה הראתה התרחבות כלי דם חריגה, אי סדרים מבניים ליד הגידול, דפוסי זרימת דם משתנים באזור הגידול וזרימת כלי דם הטרוגנית בתוך הגידול וסביבו.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
סקירה
מאמר זה מציג פרוטוקול למיקרוסקופיה לוקליזציה באולטרה סאונד (ULM) שמשיג רזולוציה מרחבית של 12.5 µm לצורך הדמיה של המיקרו-וסקולאטורה במוח של חולדות. הטכניקה מאפשרת הדמיה מפורטת של כיוון ומהירות זרימת הדם, ומשפרת את ההבנה של זרימת הדם המוחית והפרעות וסקולריות.
רכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- נוירומדע
- טכניקות הדמיה
- ביולוגיה וסקולרית
רקע
- מיקרוסקופיה לוקליזציה באולטרה סאונד מספקת הדמיה ברזולוציה גבוהה.
- היא מתמודדת עם אתגרים בהדמיה של כלי דם קטנים.
- לשיטות קונבנציונליות כמו MRI ו-CT יש מגבלות ברזולוציה המרחבית.
- טכניקות אופטיות מתקשות להדמיה של אזורים עמוקים במוח.
מטרת המחקר
- לפתח פרוטוקול להדמיה ברזולוציה גבוהה של המיקרו-וסקולאטורה במוח של חולדה.
- לספק תובנות לגבי המבנה הוסקולרי ודינמיקה של זרימת הדם.
- לשפר את ההבנה של מצבי בריאות ומחלה בזרימת הדם המוחית.
שיטות ששימשו
- פיתוח פרוטוקול מיקרוסקופיה לוקליזציה באולטרה סאונד.
- הדמיה של המיקרו-וסקולאטורה במוח של חולדה.
- הערכת רזולוציה מרחבית ועומק חדירה.
- הדמיה של דינמיקת זרימת הדם.
תוצאות עיקריות
- הושגה רזולוציה מרחבית של 12.5 µm.
- שמרה על עומק חדירה של עד 12 מ"מ.
- עקפה שיטות הדמיה קונבנציונליות.
- אפשרה שחזור סימולטני של מבנים מיקרו-וסקולריים.
מסקנות
- ULM הוא כלי רב עוצמה לחקר זרימת הדם המוחית.
- הוא מציע תובנות מפורטות על הפרעות וסקולריות.
- הפרוטוקול יכול לשפר מחקרים עתידיים בנוירומדע.
