Gerichte neuronale letsel voor de niet-invasieve ontkoppeling van brain circuit

Wilson Wang; Yanrong Zhang; Matthew J. Anzivino; Edward H. Bertram; James Woznak; Alexander Klibanov; Erik Dumont; Max Wintermark; Kevin S. Lee

doi:10.3791/61271

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Gerichte neuronale letsel voor de niet-invasieve ontkoppeling van brain circuit

4.7K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/61271

⸱

27 september 2020

Wilson Wang^*¹ , Yanrong Zhang^*² , Matthew J. Anzivino¹ , Edward H. Bertram³ , James Woznak¹^,⁴ , Alexander Klibanov⁵ , Erik Dumont⁶ , Max Wintermark^*² , Kevin S. Lee^*¹^,⁷^,⁸

¹Department of Neuroscience, University of Virginia, ²Department of Radiology, Stanford University, ³Department of Neurology, University of Virginia, ⁴Global Internship Program, Focused Ultrasound Foundation, ⁵Department of Medicine, University of Virginia, ⁶Image Guided Therapy, ⁷Department of Neurosurgery, University of Virginia, ⁸Center for Brain, Immunology, and Glia, University of Virginia

^* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

Het doel van het protocol is om een methode te bieden voor het produceren van niet-invasieve neuronale laesies in de hersenen. De methode maakt gebruik van Magnetic Resonance-guided Focused Ultrasound (MRgFUS) om de bloedhersenbarrière te openen op een voorbijgaande en brandpuntige manier, om een circulerend neurotoxine te leveren aan de hersenen parenchyma.

Samenvatting

Chirurgische ingreep kan heel effectief zijn voor de behandeling van bepaalde vormen van medisch hardnekkige neurologische ziekten. Deze aanpak is vooral handig voor aandoeningen waarbij identificeerbare neuronale circuits een belangrijke rol spelen, zoals epilepsie en bewegingsstoornissen. Momenteel beschikbare chirurgische modaliteiten, terwijl effectief, in het algemeen betrekking hebben op een invasieve chirurgische ingreep, die kan resulteren in chirurgische letsel aan niet-doelweefsels. Bijgevolg zou het van waarde zijn om het bereik van chirurgische benaderingen uit te breiden met een techniek die zowel niet-invasief als neurotoxisch is.

Hier wordt een methode gepresenteerd voor het produceren van focale, neuronale laesies in de hersenen op een niet-invasieve manier. Deze aanpak maakt gebruik van lage intensiteit gerichte echografie samen met intraveneuze microbellen om tijdelijk en brandpuntsgericht open de Bloedhersenbarrière (BBB). De periode van voorbijgaande BBB opening wordt vervolgens benut om focally leveren een systemisch toegediend neurotoxine aan een gerichte hersenen gebied. Het neurotoxine quinolinic zuur (QA) is normaal BBB-ondoordringbaar, en wordt goed verdragen wanneer toegediend intraperitoneally of intraveneus. Echter, wanneer QA krijgt directe toegang tot hersenweefsel, het is giftig voor de neuronen. Deze methode is gebruikt bij ratten en muizen om specifieke hersengebieden te richten. Onmiddellijk na MRgFUS wordt de succesvolle opening van de BBB bevestigd met behulp van contrastvergeopte T1-gewogen beeldvorming. Na de procedure, T2 beeldvorming toont letsel beperkt tot het beoogde gebied van de hersenen en het verlies van neuronen in het beoogde gebied kan worden bevestigd post-mortem met behulp van histologische technieken. Met name dieren geïnjecteerd met zout in plaats van QA tonen de opening van de BBB aan, maar de stip vertoont geen letsel of neuronaal verlies. Deze methode, genoemd Nauwkeurige Intracerbraral Niet-invasieve Geleide chirurgie (PING) kan een niet-invasieve benadering voor de behandeling van neurologische aandoeningen geassocieerd met verstoringen in neurale circuits.

Inleiding

Het doel van deze methode is om een middel te bieden voor het produceren van niet-invasieve neuronale laesies in een gericht gebied van de hersenen. De reden voor het ontwikkelen van een dergelijke aanpak is het loskoppelen van neuronale circuits die bijdragen aan neurologische aandoeningen. Bijvoorbeeld, chirurgie kan heel effectief zijn bij de behandeling van bepaalde medisch hardnekkige neurologische aandoeningen, zoals resistente epilepsie (DRE)¹. Echter, elk van de beschikbare chirurgische modaliteiten bezitten beperkingen in termen van het produceren van ongewenste bijkomende schade aan de hersenen. Traditionele resective chirurgie kan ze....