Method Article

Visualizzazione bidimensionale a super-risoluzione della microvascolarizzazione del cervello di ratto mediante microscopia di localizzazione ecografica

DOI:

10.3791/67813

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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

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

Qui, descriviamo un protocollo per la microscopia di localizzazione ecografica (ULM), che raggiunge una risoluzione spaziale di 12,5 μm per visualizzare la microvascolarizzazione cerebrale nei ratti. Consente la visualizzazione dettagliata della direzione e della velocità del flusso sanguigno, offrendo un potente strumento per far progredire gli studi sulla circolazione cerebrale e sui disturbi vascolari.

Abstract

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La microvascolarizzazione cerebrale forma una complessa rete di vasi essenziali per il mantenimento della funzione cerebrale. Malattie come l'ictus, il morbo di Alzheimer, i gliomi e la demenza vascolare possono interrompere profondamente il sistema microvascolare. Sfortunatamente, le attuali modalità di imaging medico offrono solo osservazioni indirette su questa scala. Ispirata alla microscopia ottica, la microscopia di localizzazione a ultrasuoni (ULM) supera il classico compromesso tra profondità di penetrazione e risoluzione spaziale. Localizzando e tracciando le singole microbolle iniettate (MB) con precisione inferiore alla lunghezza d'onda, è possibile generare mappe vascolari e di velocità su scala micrometrica. Qui, presentiamo un robusto protocollo per l'imaging a super-risoluzione della microvascolarizzazione cerebrale in vivo nei ratti utilizzando una piattaforma ecografica commerciale. Questo metodo raggiunge una risoluzione spaziale di 12,5 μm, ricostruendo l'architettura microvascolare e fornendo informazioni dettagliate sulla direzione e la velocità del flusso sanguigno, migliorando notevolmente la nostra comprensione della microcircolazione cerebrale. Il protocollo può essere esteso ai modelli di malattia del ratto, offrendo un potente strumento per la diagnosi precoce e il trattamento delle malattie neurovascolari.

Introduction

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La microvascolarizzazione cerebrale, che comprende capillari, arteriole e venule, è essenziale per il mantenimento della funzione cerebrale facilitando l'apporto di nutrienti, lo scambio di ossigeno e la rimozione dei rifiuti 1,2. Le interruzioni in questa rete sono implicate in disturbi neurologici come l'ictus3, il morbo di Alzheimer4, i gliomi5 e la demenza vascolare6, portando a menomazioni nella fisiologia del cervello. Le alterazioni microvascolari precedono frequentemente l'i....

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Protocol

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Tutti gli esperimenti sugli animali eseguiti in questo lavoro sono approvati dal Comitato Etico dell'Università di Fudan (Numero di approvazione: 2022JS-004). Il protocollo segue rigorosamente le linee guida per la cura degli animali dell'Università Fudan per garantire il trattamento umano degli animali. Prima dell'inizio della sperimentazione, ai ratti deve essere concesso un periodo di 1 settimana per l'acclimatazione ambientale, durante il quale viene fornita loro alimentazione e acqua sufficienti. Il fotoperiodo viene attentamente regolato in base ai loro ritmi biologici per garantire il mantenimento di normali stati fisiologici. ....

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Results

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La Figura 1 illustra la configurazione dettagliata per l'imaging ULM microvascolare cerebrale in vivo nei ratti, con ogni elemento accuratamente progettato per ridurre al minimo la variabilità sperimentale e garantire un'acquisizione accurata dei dati per risultati di imaging affidabili a super-risoluzione.

La Figura 2A mostra la struttura ricostruita ULM della microvascolarizzazione nel cervello di ratto, posizionata a -1 mm.......

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Discussion

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Questo protocollo ha utilizzato con successo l'ULM per eseguire l'imaging a super-risoluzione della microvascolarizzazione cerebrale di ratto in vivo. Rispetto ad altre modalità di imaging, l'ULM si adatta contemporaneamente sia alla risoluzione spaziale che alla profondità di penetrazione. Il cervello di ratto esposto è stato ripreso piuttosto che attraverso il cranio, evitando l'attenuazione e la distorsione causate dalla presenza di osso. Sotto un trasduttore con una frequenza central.......

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Disclosures

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgements

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Questo lavoro è stato sostenuto in parte dal National Key Research and Development Program of China nell'ambito della sovvenzione 2023YFC2410903, dalla National Natural Science Foundation of China (Grants 12274092, 12034005), dall'Explorer Program di Shanghai (Grant 21TS1400200), dall'International Science and Technology Cooperation Program di Shanghai (Grant 24490710400) e dall'AI for Science Foundation dell'Università Fudan (Grant FudanX24AI016).

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AlcoolDICHANGhttps://www.dehsm.com/goods-17187.html75%
Programma di beamformingIstituto di ingegneria biomedica presso l'Università di MontrealMatlab Ultrasound Toolbox versione 3.4 Dispositivo
mantenimento della temperatura corporeaRWD Life Science Co., Ltd.69026
Strumento stereotassico cerebraleRWD Life Science Co., Ltd.71000-RAdattabile alla maschera respiratoria Kit di
strumenti chirurgici per microiniezione cranicaRWD Life Science Co., Ltd.SP0005-R
Microscopio digitaleRWD Life Science Co., Ltd.DOM-1001
RWD Life Science Co., Ltd.
Unguento all'eritromicinaRenhe PharmaH360200181% x 15 g
Macchina per anestesia a gasRWD Life Science Co., Ltd.R500IEInclude maschera respiratoria
Tagliacapelli elettrico portatileGUAZHOUMUMJD-DTJ02
Mini trapano cranico portatileRWD Life Science Co., Ltd.78001
Ago a permanenzaKindly EnterpriseDevelopment Group Co., LTDModello a pressione positiva 26 grammi
Soluzione di iodioHYNAUThttps://www.hainuocn.com/index/detail/524.html4.5– Programma
di demodulazione IQIstituto di Ingegneria Biomedica presso l'Università di MontrealMatlab Ultrasound Toolbox 3.4 versione
IsofluraneRWD Life Science Co., Ltd.Software MATLAB R510-22-10
diMathWorksversione R2021a
RWD Life Science Co., Ltd.R462
Iniezione di cloruro di sodioSHENG'AO animali farmaceutici Co., Ltd.2700714600,90%
SonoVueBraccohttps://www.bracco.com/en-se/product/sonovue
Punta da trapano sfericaRWD Life Science Co., Ltd.HM1027/HM1010
Supporto del software di posizionamentoRWD Life Science Co., Ltd.V2.0.0.30400
SiringaKindly EnterpriseDevelopment Group Co., Ltd.RWLB1 mL
Programma di monitoraggioJean-Yves TinevezVersione
Gel per ultrasuoniJunkang Medical Equipment Co., Ltd.Modello DS-1
Sonda ecograficaVERASONICS, INC.L22-14vX LF
Verasonics Sistema ad ultrasuoniVERASONICS, INC.Piattaforma ecograficaVantage-256
diCatetere per somministrazione di farmaci https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/administration/draw-blood da 5,5 g/L Pompa microiniezione 2016

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....

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