쥐 모델에서 Transcranial 집중 초음파를 사용하여 혈액 - 뇌 장벽의 MRI를 유도 장애

이 절차의 전반적인 목표는 혈액-뇌 장벽을 국소적으로 붕괴시켜, 평상시에는 뇌 혈관 내에 국한되어 있는 분자들이 조직 내로 통과할 수 있도록 하는 것입니다. 이를 위해 먼저 동물을 준비하고, 집중 초음파 트랜스듀서와 3축 트랜스듀서 위치 결정 시스템이 설치된 워터배스 위에 동물을 등으로 눕혀 배치합니다. 이 절차의 두 번째 단계는 위치 결정 시스템에 타겟팅 정보를 제공하기 위해 MRI 영상을 획득하는 것입니다.

절차의 세 번째 단계는 마이크로버블 용액을 준비하고 주입하는 것입니다. 절차의 마지막 단계는 초음파 파라미터를 설정하고 초음파를 조사하는 것입니다. 최종적으로, 조영 증강 T1 강조 MRI를 통해 초음파 조사 부위의 혈뇌장벽 투과성을 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다.

이 기술의 영향은 뇌 및 중추신경계(CNS) 질환의 치료로까지 확장될 수 있는데, 이는 혈뇌장벽의 국소적이고 반복적인 파괴를 통해 기존에 약물 치료에 반응이 낮았던 질환들에 대한 약리학적 중재 연구를 가능하게 하기 때문입니다. 일반적으로 이 방법에 익숙하지 않은 연구자들은 거품이 표적에 도달하기 전에 터지는 것을 방지하기 위해 거품을 다루고 주입하는 과정에서 인내심과 주의가 필요하므로 어려움을 겪을 수 있습니다. 동물 준비 과정에 대한 시연이 이어지겠습니다.

실험실 기술자가 적절하게 보정된 초음파 트랜스듀서를 선택합니다. 다음으로, 1.5 Tesla 또는 3 Tesla MRI 베드 위에 탈기된 탈이온수로 채워진 수조를 배치합니다. MRI 호환 3축 위치 조정 스테이지 또는 시스템을 사용하여 초음파 트랜스듀서를 수면을 향하도록 수조에 장착합니다. 수조에는 동물을 고정할 수 있는 상판이 있어야 하며, 이소플루란 가스로 마취시킨 후 머리 윗부분과 목의 털을 깎습니다.

그런 다음 제모 크림을 사용하여 남은 털을 제거합니다. 3방향 스탑콕(three-way stop cock)이 달린 22게이지 카테터를 꼬리 정맥에 삽입하고, 카테터 내 혈전 형성을 방지하기 위해 헤파린 식염수 혼합액으로 플러싱합니다. 주사 가능한 마취제를 근육 주사로 투여하고 이소플루레인(isof fluorine) 환경에서 동물을 꺼냅니다.

실험 시작 10분 전에 공기 방울이 갇힐 가능성을 최소화하기 위해 동물 머리 윗부분에 초음파 겔을 소량 도포합니다. 그런 다음 마취된 동물을 초음파 포지셔닝 시스템 위에 등이 바닥으로 향하게 눕히고, 상판의 구멍을 통해 머리 윗부분이 수조에 닿도록 배치합니다.

머리는 가용한 경우 바이트 바(bite bar)를 사용하거나 턱 전체에 테이프를 단단히 붙여 고정할 수 있습니다. 그런 다음 다리를 포지셔닝 시스템에 테이프로 고정하십시오. 동물의 체온을 유지하기 위해 수건이나 담요로 덮어줍니다.

실험 과정 동안, 적절한 스캔 파라미터를 사용하여 뇌의 기저선 축방향 T2 가중 및 T1 가중 MR 영상을 획득하십시오. T2 가중 스캔 영상에서 뇌실과 뇌 정중선을 피해 중뇌 깊이의 타겟을 선택하십시오.

트랜스듀서의 초점을 표적 위치로 이동합니다. 제조사의 프로토콜에 따라 확정적 마이크로버블을 활성화하고, 1mL 주사기에 소량을 천천히 흡입합니다. 18게이지 바늘을 사용하여, 주사기를 두드리는 대신 플런저를 부드럽게 앞뒤로 움직여 내부에 갇힌 공기를 제거합니다.

이 과정에서 마이크로버블이 파괴될 수 있으므로, 생리식염수가 담긴 주사기에 필요한 양의 마이크로버블을 천천히 주입하여 식염수와 마이크로버블의 비율이 10:1이 되도록 희석하십시오. 주사기를 부드럽게 반전시켜 마이크로버블과 식염수가 균일하게 섞일 때까지 충분히 혼합합니다. 마이크로버블 기준 kg당 0.02 milliliters 또는 희석액 기준 kg당 0.2 milliliters를 기준으로 필요한 투여량을 계산하십시오.

10배 희석액으로 준비합니다. 연속파 초음파 처리 대신 낮은 듀티 사이클 버스트를 사용하여 초음파 매개변수를 설정하십시오. 동물의 머리가 여전히 물과 결합되어 있는지 확인하십시오.

마이크로버블을 꼬리 정맥 카테터로 천천히 주입함과 동시에 초음파 처리를 시작하십시오. 초음파 처리 후에는 0.5 milliliters의 생리식염수로 플러싱하십시오. 꼬리 정맥 카테터를 통해 MRI 조영제를 주입하고, 이어서 0.5 milliliter의 생리식염수로 플러싱하십시오.

조영 증강의 정점이 지날 때까지 T1 가중 영상 촬영을 수행합니다. 초음파 처리를 실시합니다. 성공적으로 파괴된 부위는 주변 조직보다 더 강한 조영 증강을 보입니다. 초음파 처리 부위에 부종을 나타내는 고신호 강도가 있는지 확인하기 위해 T2 가중 영상 촬영을 수행합니다.

전형적인 FUST 전후의 T1 강조 MR 영상이 여기에 제시되어 있습니다. 뚜렷한 국소 개구부가 관찰되는 조영 증강 T1 강조 영상입니다. 1번과 2번 위치에서 특히 밝은 조영 증강이 나타나는 네 곳의 초음파 조사 위치가 표시되어 있습니다.

위치 1과 2에서도 FUS 이후 T2 강조 영상을 통해 높은 신호 강도가 나타나며, 이는 부종을 나타냅니다. T2 강조 부종의 범위는 때때로 시상면 슬라이스에서 더 쉽게 시각화될 수 있는데, 여기는 소네이션(sonation)을 통과하는 CET T1 강조 및 T2 강조 시상면 슬라이스입니다. 위치 1과 3이 표시되어 있으며, 위치 1에서는 FUS 이후 부종이 관찰되지만 위치 3에서는 관찰되지 않습니다.

포착된 음향 방출 데이터의 스펙트럼 분석을 통해 안정적 공동 현상이 발생할 때 조화 방출 및 하위 또는 초조화 방출이 나타나는 것을 확인할 수 있습니다. 551.5 kilohertz에서 단일 10 millisecond 버스트 동안 포착된 데이터는 기본 주파수뿐만 아니라 조화파와 하위 및 초조화파를 모두 보여줍니다. 여기서 보는 바와 같이, 더 높은 초음파 처리 주파수를 사용하면 초점 영역의 크기가 작아지므로 더 국소적인 개구부가 형성됩니다.

더 높은 주파수를 사용하면 더 작은 개방 영역을 생성할 수 있으며, 이를 통해 두개골 인근의 영향을 최소화하면서 중뇌를 조사할 수 있습니다. 이 절차를 수행할 때는 좋은 결과를 얻기 위해 마이크로버블을 세심하게 다루는 것이 매우 중요하다는 점을 기억해야 합니다. 이 기술이 정교해지면 연구자들은 뇌의 특정 표적에 치료제를 전달하는 효율은 어느 정도인가와 같은 다른 질문들에 대한 답을 찾기 시작할 수 있습니다.