De cerebrale microvasculatuur, bestaande uit haarvaten, arteriolen en venulen, is essentieel voor het behoud van de hersenfunctie door de afgifte van voedingsstoffen, zuurstofuitwisseling en verwijdering van afvalstoffen te vergemakkelijken 1,2. Verstoringen in dit netwerk zijn betrokken bij neurologische aandoeningen zoals beroerte3, de ziekte van Alzheimer4, gliomen5 en vasculaire dementie6, wat leidt tot stoornissen in de hersenfysiologie. Microvasculaire veranderingen gaan vaak vooraf aan het begin van klinische symptomen, waardoor ze een cruciaal doelwit zijn voor diagnostische en therapeutische interventies 7,8. Een uitgebreid begrip van vasculaire veranderingen op zowel structureel als functioneel niveau is de sleutel tot het bevorderen van onderzoeks- en behandelingsstrategieën.
Het in beeld brengen van de cerebrale microvasculatuur is echter bijzonder uitdagend vanwege het kleine formaat en de gedeeltelijk diepe locatie in de hersenen. Conventionele beeldvormingsmodaliteiten zoals magnetische resonantiebeeldvorming (MRI)9 en computertomografie (CT)10 zijn weliswaar geschikt voor het vastleggen van grootschalige vasculaire veranderingen, maar bieden een ruimtelijke resolutie (~100 μm) die veel te grof is voor het visualiseren van kleine bloedvaten. Optische methoden zoals twee-fotonmicroscopie11 bieden een uitstekende ruimtelijke resolutie (tot 1 μm) om individuele haarvaten in beeld te brengen, maar worden gehinderd door een beperkt gezichtsveld en penetratiediepte (minder dan 1 mm), waardoor hun vermogen om diepe hersengebieden in beeld te brengen wordt beperkt. Als een op echografie gebaseerde techniek blijft Doppler12, hoewel het real-time beoordeling van de bloedstroom biedt, beperkt door een resolutie van 50-200 μm, onvoldoende voor microvasculaire details. Over het algemeen voldoet geen enkele methode momenteel aan de dubbele vereiste van hoge ruimtelijke resolutie en voldoende hersenpenetratie die nodig zijn voor beeldvorming van cerebrale microvasculatuur.
Geïnspireerd door optische microscopie13,14, maakt ultrasone lokalisatiemicroscopie (ULM) visualisatie van fijne structuren op micronschaal mogelijk door individuele geïnjecteerde microbellen (MB's) te lokaliseren en hun verplaatsing te volgen met subgolflengteresolutie15. Het omzeilt het klassieke compromis tussen penetratie en resolutie bij echografie16. Deze studie beschrijft een robuust protocol voor het implementeren van ULM in een levend rattenmodel en daardoor superresolutiebeeldvorming van de microvasculatuur van de hersenen mogelijk te maken via het in de handel verkrijgbare ultrasone platform. Het protocol biedt niet alleen een uitgebreide reconstructie van de microvasculaire structuur, maar geeft ook gedetailleerde informatie over de richting en snelheid van de bloedstroom, wat niet mogelijk is met conventionele beeldvormingstechnieken. Hoewel het protocol is gevalideerd bij normale ratten, kan het worden uitgebreid naar ziektemodellen bij ratten, wat mogelijkheden biedt voor op maat gemaakte studies in verschillende pathologische aandoeningen.