2017年6月8日
私たちは、実験的な脳マラリアのマウスモデルを記述し、磁気共鳴画像法を用いて生体内で炎症性および微小血管の病理をどのように追跡できるかを示します。
この方法の全体的な目標は、実験的な脳マラリアの病理学的変化をin vivoで監視することです。この方法は、全脳の病理が空間的および時間とともにどのように進化するかをin vivoで視覚化することができるため、実験的脳マラリアの病因における重要な質問に答えるのに役立ちます。これにより、この技術により、脳の病理を詳細に評価することができ、脳マラリアにおける新たな治療戦略の有効性を評価するために使用できる。
MRIのセットアップは、ラボマネージャーのManuel Fischerが行います。血の食事の17〜22日後に、ケージからメスの蚊を集めることから始めます。鉗子を使用して、スライドガラスに3〜4匹の蚊を置き、冷たいRPMI培地を一滴加えます。
次に、スライドを顕微鏡下に置きます。鉗子で頭と体の間の蚊を慎重に伸ばし、注射器と針を使用して唾液腺を分離します。次に、スライドガラスから唾液腺をガラスピペットで吸い上げ、1.5ミリリットルの遠心チューブに移して
採取します。次に、小さなプラスチック製のスティックを使用して、遠心分離管内の分離された唾液腺を3分間粉砕し、唾液腺組織からスポロゾイトを分離します。1, 000倍gおよび4°Cで3分間遠心分離し、残りの組織からスポロゾイトを精製する。スポロゾイトを含む上清を新しい遠心分離チューブにピペットで移し、精製したスポロゾイトをノイバウアー血球計算盤でカウントします。
スポロゾイトは典型的な反時計回りの動きを示します。次に、リン酸緩衝生理食塩水を加えることにより、精製したスポロゾイトの濃度を1ミリリットルあたり10, 000に調整します。最後に、C57BL/6マウスを拘束装置に置き、尾を温水に入れて尾静脈をよりよく視覚化します。
次に、合計1, 000個のスポロゾイト(0.1ミリリットル)を尾静脈に注入して感染を開始します。まず、マウスを無線周波数伝送用のボリューム共振器を使用する9.4Tの小動物磁気共鳴画像法(MRIスキャナー)に持っていきます。次に、デクスパンテノール眼軟膏を両眼に塗布します。.
マウスの体温を維持するために、温度制御されたウォーターバスを摂氏42度にオンにします。次に、マウスの尾静脈に尾静脈カテーテルを留置します。次に、マウスをうつ伏せにして、ヘッドロックと歯のバーを備えた動物のベッドに背中をクランチして置き、頭の動きを最小限に抑えることで、MRIの位置を特定します。
マウスの頸椎をまっすぐにしないように注意してください。0.3ミリモル/キログラムのGd-DTPAを充填した造影剤注入システムを尾静脈カテーテルに接続します。次に、4チャンネルフェーズドアレイ表面レシーバーヘッドコイルをマウスのヘッドに取り付けます。
最後に、マウスの背面に呼吸パッドを置き、監視デバイスで呼吸を確認します。コントロールパネルのF2を押してポジショナルレーザーをオンにし、水平ポジショナルライトがマウスのヘッドを覆うコイルの小さい部分の中央に来るまでマウスを動かします。F2 キーをもう一度押して位置レーザーをオフにし、コントロール パネルの F3 キーを押してマウスを最終位置に移動します。
まず、ローカリゼーションスキャンを実行して、マウスの脳が磁石のアイソセンターにあることを確認します。3D T2強調イメージングを使用して、血管原性浮腫を定性的に評価します。マルチスライスRAE配列を選択し、鼻から小脳までの脳全体が覆われるようにスライス位置を調整します。
彩度スライスを調整した後、シーケンスを開始し、10分48秒待って画像を取得します。次に、T2リラクソメトリーを行い、マルチスライス、マルチスピンエコーシーケンスを選択することにより、血管原性浮腫を定量的に評価します。スライス位置を調整し、シーケンスの取り込みを開始します(所要時間は8分53秒)。
血管新性浮腫と細胞傷害性浮腫の両方を定量的に評価するために、スピンエコーEPI拡散配列を選択して拡散強調イメージングを実施します。スライスの位置と彩度を調整します。次に、シーケンスを開始し、生の画像が取得されるまで7分56秒待ちます。
その後、3D T2 スターウェイトイメージングを使用して微小出血を評価します。フロー補正されたFLASHシーケンスを選択し、スライス位置を調整して、15分40秒実行されるシーケンスを開始します。その後、3D FLASHシーケンスを選択することにより、飛行時間血管造影法を使用して動脈開存性を評価します。
スライス位置を調整し、シーケンスを開始してから、画像が取得されるまで7分16秒待ちます。最後に、血液脳関門の混乱を評価します。FLASHシーケンスで3D T1ウェイトイメージングを選択し、スライス位置を調整してシーケンスを開始します。
コントラストのない画像が取得されるまで、1分14秒待ちます。次に、キログラムあたり0.3ミリモルのコントラストを注入し、測定を繰り返します。血液脳関門の破壊の増加と体液の増加は、軽度の疾患ですでに存在し、疾患の重症度が増加するにつれて脳幹に向かって広がり始める嗅球の早期血管原性浮腫を示しています。
T2マップでは、血管新生浮腫の重症度は、関心のある領域を特定の解剖学的領域に引き込むことで定量化できます。各領域について、浮腫の増加に伴って増加するT2緩和時間を得ることができる。さらに、浮腫を示す脳容積は、ベースラインと比較して中等度のマウスで有意に増加し始め、重篤なマウスではさらに増加します。
最後に、微小出血と血管感受性コントラストの増加によって証明されるように、微小血管の病理は、血管原性浮腫における血液脳関門破壊の最初の兆候の後に発生します。これらの微小出血は主に嗅球で発生します。MRIプロトコル全体を取得した場合、適切に実施されれば、ポジショニングを含むすべての画像を1時間以内に取得できます。
最小プロトコルには、血管誘発性浮腫、微小血腫負荷、および微小血管障害の存在を判断するために、T2 強調シーケンスまたは T2 リラクソメトリー、および T2 スター強調シーケンスを含める必要があります。このビデオを見れば、全脳MRIが実験性脳マラリアの病理学的変化をどのように視覚化するか、例えばex vivoで検出するのが難しい脳の腫れなどの変化も含めて、どのように可視化するかを十分に理解できるはずです。
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本論文では、実験的脳マラリアのマウスモデルについて記述し、炎症および微小血管の病理学的変化を磁気共鳴画像法(MRI)を用いてin vivoで追跡する方法を実証します。この手法により、脳病変の経時的な可視化が可能となり、疾患の進行や治療効果の理解に寄与します。
本手法により、脳マラリアのトランスレーショナルモデルにおいて、血液脳関門の破綻、浮腫、および微小血管病変の非侵襲的かつ縦断的なモニタリングが可能になります。疾患進行の定量的なMRIリードアウトを提供することで、神経炎症経路のメカニズムに基づくリスク低減や、中枢神経系(CNS)標的治療薬の予測的評価を支援します。また、血管系および炎症メカニズムをin vivoで測定可能なイメージングバイオマーカーに結びつけることで、ターゲットバリデーションを強化します。
この手法は、ターゲットバリデーションからリード化合物の同定、さらには前臨床薬効試験に至る創薬の連続的なプロセスに組み込むことができ、血液脳関門機能および神経血管系の健全性を反映するイメージングベースのエンドポイントを提供します。