MRI-guidato Interruzione della barriera emato-encefalica transcranica con ultrasuoni focalizzati in un modello murino

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di interrompere localmente la barriera emato-encefalica, consentendo il passaggio di molecole nel tessuto, che normalmente sono confinate al circolo cerebrale. Questo risultato si ottiene innanzitutto preparando l'animale e posizionandolo in posizione supina su un bagno d'acqua al di sopra di un trasduttore a ultrasuoni focalizzati e di un sistema di posizionamento del trasduttore a tre assi. Il secondo passaggio della procedura consiste nell'acquisire immagini mediante risonanza magnetica al fine di fornire informazioni di localizzazione al sistema di posizionamento.

Il terzo passaggio della procedura consiste nel preparare e iniettare la soluzione di microbolle. L'ultimo passaggio della procedura è impostare i parametri ecografici ed erogare l'ultrasuono. In definitiva, è possibile ottenere risultati che mostrano la permeabilità della barriera ematoencefalica nelle aree sonicate mediante risonanza magnetica ponderata in T1 con mezzo di contrasto.

Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla terapia delle malattie cerebrali e del sistema nervoso centrale, poiché questa interruzione locale e ripetibile della barriera ematoencefalica consente lo studio di interventi farmacologici per condizioni che in precedenza hanno mostrato una scarsa risposta alla terapia farmacologica. In generale, le persone alle prime esperienze con questo metodo incontreranno difficoltà, poiché la manipolazione e l'iniezione delle bolle richiedono pazienza e attenzione per evitare di rompere le bolle prima che raggiungano la destinazione. La preparazione dell'animale verrà illustrata con una dimostrazione pratica.

Un tecnico del nostro laboratorio seleziona un trasduttore ultrasuoni opportunamente calibrato. Successivamente, riempie un bagno d'acqua con acqua deionizzata disgasata e posiziona il trasduttore ultrasuoni all'interno del serbatoio, montandolo su un sistema di posizionamento a tre assi compatibile con MRI da 1,5 Tesla o 3 Tesla, rivolto verso la superficie dell'acqua. Il bagno d'acqua deve essere dotato di una piastra superiore per il posizionamento degli animali dopo l'anestesia con gas isoflurano; rasare il pelo dalla parte superiore della testa e del collo.

Quindi rimuovere il pelo residuo utilizzando una crema depilatoria. Inserire un catetere da 22 gauge con rubinetto a tre vie nella vena della coda e lavare con una miscela di soluzione salina eparinizzata per prevenire la formazione di coaguli nel catetere. Somministrare anestetici iniettabili mediante iniezione intramuscolare e rimuovere l'animale dall'isoflurano.

10 minuti prima dell'inizio dell'esperimento, applicare una piccola quantità di gel ecografico sulla parte superiore della testa dell'animale per ridurre al minimo la possibilità di bolle d'aria intrappolate. Successivamente, posizionare l'animale anestetizzato in posizione supina sul sistema di posizionamento ecografico con la parte superiore della testa a contatto con il bagno d'acqua attraverso un foro nella piastra superiore.

La testa può essere mantenuta ferma utilizzando un apposito supporto per la bocca, se disponibile, oppure un nastro adesivo fissato saldamente sotto il mento. Successivamente, fissare le zampe al sistema di posizionamento con del nastro. Coprire l'animale con un asciugamano o una coperta per mantenerlo al caldo.

Nel corso dell'esperimento, acquisire immagini ponderate in T2 assiali di base e immagini ponderate in T1 del cervello utilizzando i parametri di scansione appropriati. Selezionare la regione bersaglio dalle scansioni ponderate in T2, evitando i ventricoli e la linea mediana del cervello e scegliendo una profondità a livello del mesencefalo.

Spostare il fuoco del trasduttore sulla posizione target. Attivare le microbolle definitive secondo il protocollo del produttore e aspirare lentamente un piccolo volume in una siringa da un millilitro. Utilizzando un ago da 18 gauge, rimuovere l'aria intrappolata dalla siringa muovendo delicatamente lo stantuffo avanti e indietro invece di battere sulla siringa.

Poiché ciò può rompere le microbolle, diluire le microbolle in soluzione fisiologica in un rapporto di 10 a 1 (soluzione fisiologica rispetto alle microbolle) iniettando lentamente il volume richiesto di microbolle in una siringa contenente soluzione fisiologica. Ribaltare delicatamente la siringa per mescolare completamente le microbolle e la soluzione fisiologica fino a ottenere un aspetto omogeneo. Calcolare il volume della dose richiesta in base a 0,02 millilitri per chilogrammo di microbolle, oppure a 0,2 millilitri per chilogrammo della soluzione.

Con diluizione 10 a 1. Impostare i parametri di sonificazione utilizzando impulsi a ciclo di lavoro basso piuttosto che sonificazione ad onda continua. Verificare che la testa dell'animale sia ancora accoppiata all'acqua.

Iniziare la sonificazione mentre si iniettano lentamente le microbolle nel catetere della vena della coda. Successivamente, eseguire un lavaggio con 0,5 millilitri di soluzione salina fisiologica al termine della sonificazione. Iniettare un agente di contrasto per risonanza magnetica attraverso il catetere della vena della coda, seguito da un lavaggio con 0,5 millilitri di soluzione salina.

Eseguire un'acquisizione ponderata in T1 fino al passaggio del picco di contrasto. Sonificazione. I siti che sono stati interrotti con successo mostreranno un miglioramento maggiore rispetto al tessuto circostante. Eseguire un'acquisizione ponderata in T2 per verificare la presenza di segnale elevato nei siti di sonificazione, indicativo di edema in questo caso.

Qui sono mostrate immagini tipiche ponderate in T1 prima e dopo la FUST con un solo peso. Un'immagine ponderata in T1 con contrasto evidenziante aperture focali distinte. Sono mostrate quattro posizioni sonicate, con le posizioni uno e due che mostrano un potenziamento del contrasto particolarmente intenso.

I punti uno e due mostrano anche un'elevata intensità del segnale nell'immagine ponderata in T2 dopo l'FUS, indicando edema. L'estensione dell'edema ponderato in T2 talvolta può essere visualizzata più facilmente nelle sezioni sagittali qui riportate, sezioni sagittali ponderate in CET1 e in T2 attraverso la sunazione. I punti uno e tre sono mostrati dopo l'FUS: l'edema è visibile nel punto uno, ma non nel punto tre.

L'analisi spettrale dei dati di emissioni acustiche registrati può mostrare emissioni armoniche e/o sottarmoniche e ultraarmoniche quando si verifica una cavitazione stabile. I dati acquisiti durante un singolo burst di 10 millisecondi a 551,5 kilohertz mostrano la frequenza fondamentale, nonché armoniche, sottarmoniche e ultraarmoniche. L'uso di frequenze di sonificazione più elevate determina aperture più localizzate a causa della dimensione minore del punto focale, come mostrato qui.

È possibile utilizzare frequenze più elevate per creare aree di apertura più piccole, consentendo così lo studio del mesencefalo con minori effetti prossimali al cranio. Durante il tentativo di questa procedura, è fondamentale ricordare che un'accurata manipolazione delle microbolle è essenziale per ottenere buoni risultati. Una volta perfezionata questa tecnica, i ricercatori potranno iniziare a rispondere ad altre domande, come, ad esempio, qual è l'efficacia della somministrazione di un agente terapeutico a un bersaglio specifico nel cervello?