ラットモデルでの経頭蓋集束超音波を用いた血液脳関門のMRI誘導破壊

血液脳関門（BBB）のマイクロバブル媒介集束超音波の乱れは、脳の非侵襲的な標的薬物送達のための有望な技術です。

この手順の全体的な目標は、血液脳関門を局所的に破壊し、通常は脳血管系に限定されている分子を組織に通過させることです。これは、最初に動物を準備し、集束超音波トランスデューサーと3軸トランスデューサー位置決めシステムの上のウォーターバスに仰臥位を置くことによって達成されます。手順の 2 番目のステップは、ポジショニング システムにターゲティング情報を提供するために MRI 画像を取得することです。

手順の3番目のステップは、マイクロバブル溶液を準備して注入することです。手順の最後のステップは、超音波パラメータを設定し、超音波を配信することです。最終的には、造影剤T one強調MRIを通じて、超音波処理された位置での血液脳関門の透過性を示す結果を得ることができます。

この手法の意味は、脳およびCNS障害の治療にまで及びます。なぜなら、血液脳関門のこの局所的で反復可能な破壊により、以前は薬物療法に対する反応が悪かった状態に対する薬理学的介入の調査が可能になるからです。一般的に、この方法に不慣れな人は、気泡の取り扱いと注入には、気泡がターゲットに到達する前に気泡が壊れないように忍耐と注意が必要なため、苦労するでしょう。動物の準備を実演する様子を、ライドアウトで紹介します。

私たちの研究室の技術者 適切な校正済み超音波トランスデューサーを選択します。次に、1.5テスラまたは3テスラMRIのベッドに脱ガス脱イオン水で満たされたウォーターバスを再生し、超音波トランスデューサをタンクに取り付け、MRI互換の3軸位置決めステージまたはシステムを水面に面して取り付けます。ウォーターバスには、イソフルランガスで麻酔をかけた後に動物を保持するためのトッププレートがあり、頭と首のてっぺんから毛皮を剃る必要があります。

次に、脱毛クリームを使用して残りの毛皮を取り除きます。3ウェイストップコック付きの22ゲージカテーテルを尾静脈に挿入し、ヘパリン生理食塩水混合物で洗い流して、カテーテル内の血栓形成を防ぎます。筋肉内注射によって注射可能な麻酔薬を送達し、動物をイソフッ素から取り除きます。

実験開始の10分前に、動物の頭のてっぺんに少量の超音波ジェルを塗布して、気泡が閉じ込められる可能性を最小限に抑えます。次に、麻酔をかけた動物を仰臥位にして、頭のてっぺんを超音波位置決めシステムに置きます。天板の穴を通してウォーターバスを接触させます。

頭は、利用可能な場合はバイトバーを使用するか、あごにしっかりと貼り付けられたテープを使用して所定の位置に保持できます。次に、脚を位置決めシステムにテープで固定します。動物をタオルまたは毛布で覆って保温します。

実験の過程で。適切なスキャンパラメータを使用して、脳のベースライン軸方向T2加重MR画像とT1加重MR画像を取得します。T 2 つの重み付きスキャンからターゲットを選択し、心室と脳の正中線を避け、中脳の深さを選択します。

探触子の焦点を目標位置に移動します。メーカーのプロトコルに従って決定的なマイクロバブルを活性化し、1ミリリットルの注射器に少量をゆっくりと引き込みます。18ゲージの針を使用して、プランジャーを軽くたたくのではなく、ゆっくりと前後に動かして、シリンジから閉じ込められた空気を取り除きます。

これによりマイクロバブルが壊れる可能性があるため、生理食塩水の注射器に必要量のマイクロバブルをゆっくりと注入することにより、生理食塩水と生理食塩水1対1の比率で、生理食塩水のマイクロバブルを希釈します。シリンジを静かに反転させ、マイクロバブルと生理食塩水を完全に混合し、均一な外観になるまで待ちます。マイクロバブルのキログラムあたり0.02ミリリットル、または溶液のキログラムあたり0.2ミリリットルに基づいて必要な用量量を計算します。

10対1希釈で。連続波超音波処理ではなく、低デューティサイクルバーストを使用して超音波処理パラメータを設定します。動物の頭がまだ水に結合

超音波処理を開始すると同時に、マイクロバブルを尾静脈カテーテルにゆっくりと注入します。次に、超音波処理後に0.5ミリリットルの生理食塩水で洗い流します。尾静脈カテーテルを介してMRI造影剤を注入し、続いて0.5ミリリットルの生理食塩水フラッシュを注入します。

コントラストピークが通過するまで、T one加重イメージングを実行します。超音波。破壊に成功した部位は、周囲の組織よりも大きな増強を示します。T2加重イメージングを実行して、超音波処理部位での高信号を確認します。これはここで浮腫を示しています。

ここでは、FUST 1 加重 MR 画像の前後に典型的な画像を示します。コントラストが強化された T 1 の重み付け画像で、焦点の開口部がはっきりしています。特に明るいコントラスト増強を示す位置1および2を有する4つの超音波処理された位置が示されている。

位置 1 と 2 も、浮腫を示す T 2 重み付けイメージング ポスト FUS を使用して高い信号強度を示しています。T 2加重浮腫の程度は、ここでは矢状スライス、CET 1加重、T 2加重矢状スライスで、日光によるより簡単に視覚化できる場合があります。位置 1 と 3 は、FUS 浮腫が位置 1 で見えるが、位置 3 で見えない場合に表示されます。

捕捉されたアコースティックエミッションデータのスペクトル解析では、安定したキャビテーションが発生している場合の高調波エミッションやサブおよびウルトラハーモニックエミッションが示されることがあります。551.5キロヘルツの10ミリ秒のバーストでキャプチャされたデータは、基本周波数、高調波、サブ高調波とウルトラ高調波の両方を示しています。より高い超音波処理周波数を使用すると、ここに示すように焦点スポットサイズが小さいため、より局所的な開口部が生じます。

高い周波数を使用して、開口部の小さな領域を作成できるため、頭蓋骨の近くの影響を抑えて中脳を調査できます。この手順を試行する際には、マイクロバブルを慎重に取り扱うことが良好な結果を得るために重要であることを覚えておくことが重要です。この技術が洗練されると、研究者は、脳内の特定の標的に治療薬を送達する効果は何か、といった他の疑問に答え始めることができます。