Deze studie presenteert een preklinisch protocol voor het monitoren van de opening van de bloed-hersenbarrière (BBB) in een ratmodel met behulp van een commercieel FUS-systeem voor dieren. Het FUS-systeem werd opgesteld op een werkbank of een grote transportwagen (Figuur 1). Ratten werden geanestheseerd met isofluraan gemengd met zuurstof via de neuskegel in het frame met de transducerhouder. Een hydrofoon met een resonantie van 500 kHz voor het detecteren van akoestische cavitatie werd in de FUS-transducer met een resonantieFrequentie van 1,0 MHz geplaatst.
Zoals getoond in Figuur 2, bevat het FUS-systeem sonicatie-instellingen en de mogelijkheid om doelposities aan te passen. Er moet een 'bewegingstest' worden uitgevoerd om te bevestigen dat de transducer tussen de posities kan bewegen binnen een burst-periode.
Wanneer de BBB wordt geopend, passeren GAD- en Evans blue-moleculen de BBB. De T1-gewogen MR-afbeelding legde GAD-geïnduceerde veranderingen in de MR-signaalintensiteit vast (Figuur 3A). Na de perfusieprocedure was het met Evans blue gekleurde weefsel direct zichtbaar (Figuur 3B).
Er werden experimenten met drie ratten uitgevoerd om de reproduceerbaarheid van BBBO aan te tonen. Figuur 4A toont de T1-gewogen gradiënt-echo beelden na sonicatie en de toediening van GAD. In drie experimenten werd een significante toename van de MR-signaalintensiteit waargenomen op de doellocatie. DCE-MR beelden gaven aan dat de meest significante verandering in signaalintensiteit optrad 7-8 min na de bolus van het MRI-contrastmiddel (Figuur 4B). T1-gewogen gradiënt- en T2-gewogen spin-echo sequenties toonden duidelijk een gebied van BBB-opening aan, terwijl er geen significante veranderingen werden waargenomen in de T1-map vóór de GAD-toediening (Figuur 4C).
De dier- en MRI-protocollen die in deze studie worden voorgesteld, tonen de haalbaarheid aan van het uitvoeren van MR-beeldvormingsonderzoeken met gebruik van een ratmodel met catheterisatie van de vena jugularis. MR-perfusiebeeldvorming en/of diffusietensorbeeldvorming kunnen in het protocol worden geïntegreerd om een nieuwe MRI-biomarker te onderzoeken voor het detecteren van de opening van de BBB.

Figuur 1: Preklinisch FUS-systeem voor op de tafel en positionering van de rat. (A) Preklinisch FUS-systeem voor op de tafel. (B) Positionering van de rat binnen het systeem. (C) 1 MHz transducer en hydrofoon, waarbij de hydrofoon in het centrum van de FUS-transducer is geplaatst. (D) Positionering van de transducer en de waterkoppelingcontainer op de kop van de rat. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Gebruikersinterface van de software van het preklinische FUS-systeem. De gebruikersinterface van de software van het preklinische FUS-systeem maakt het mogelijk om sonicatie-instellingen en doelposities te wijzigen. Voordat de sonicatie wordt gestart, moet de 'motion test' worden uitgevoerd om er zeker van te zijn dat de transducer tussen spots kan verschuiven binnen een burstperiode. Deze functie meet de verplaatsingstijd van de transducer over de spots zonder sonicatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Post-GAD T1-gewogen beelden en hersengebieden na opening van de BBB. (A) T1-gewogen post-GAD beeld en (B) foto van de rattenhersenen na opening van de BBB. De labels R1 en R2 in (A) komen overeen met de gebieden die worden getoond in (C). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: MR-beeldvorming na sonicatie en GAD-injectie. (A) T1-gewogen MR-beelden van drie ratten na sonicatie en GAD-injectie. (B) Dynamische contrast-versterkte (DCE) MRI van Rat #3, die tijdsvariërende veranderingen in de signaalintensiteit illustreert. Het GAD-gebaseerde MRI-contrastmiddel werd geïnjecteerd op het tijdstip aangegeven door de rode pijl. (C) T1-gewogen, T2-gewogen MR-beelden en T1-kaarten van Rat #3, verkregen voorafgaand aan de injectie van het GAD-contrastmiddel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| 2D DWI | Cor 2D | Cor 2D T1-kaart | Cor 2D | Cor 2D | Cor 2D DCE (Bolus 1) | Cor 2D | Cor 2D |
| | R2*-kaart | | FLASH pre | RARE pre | | FLASH-bericht | RARE-post |
| sequentie | EPI | GRE | TSE | GRE | TSE | GRE | GRE | TSE |
| TR | 2100 ms | 500 ms | 2400, 1600, 1100, 800, 450, 300 ms | 30 ms | 2000 ms | 39,3 ms | 30 ms | 1500 ms |
| TE | 22,1 ms | 12 echo's; | 10,29 ms | 5,1 ms | 65 ms | 2,9 ms | 5,1 ms | 65 ms |
| | 3 - 47 ms | | | | | | |
| Dikte | 1 mm | 1 mm | 1 mm | 1 mm | 1 mm | 1 mm | 1 mm | 1 mm |
| Gezichtsveld | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 |
| Matrix | 192 | 192 | 192 | 256 | 192 | 128 | 256 | 192 |
| FA (graad) | 90 | 60 | 90/180 | 20 | 90/180 | 12 | 20 | 45/180 |
| Aantal coupes | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Acquisitietijd | 4 min 12 s | 3 min 12 s | 10 min 38 s | 2 min 9 s | 1 min 52 s | 8 min 23 s | 3 min 52 s | 1 min 24 s |
| Opties | Segment 12, 3 richtingen, b = 0, 54, 180, 522 s/mm2 | Aantal gemiddelden = 2, echo-afstand = 4 ms | Echo-afstand 10,3 ms, RARA-factor 2 | | RARE-factor 10, Gemiddelden 4 | 200 µL contrastmiddel (Gadavist, 1 mmol/kg) | | RARE-factor 10, Gemiddelden 4 |
| | | | | | voor rat van 200 g, 1 min pre, 7 min post, injecteer 200 µL/min, 200 µL zoutoplossing-flash | | |
Tabel 1: Preklinisch MRI-protocol bij een 3T MRI-scanner.