Method Article

Tweedimensionale visualisatie met superresolutie van microvasculatuur van de hersenen van ratten met behulp van ultrasone lokalisatiemicroscopie

DOI:

10.3791/67813

⸱

March 28th, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Fudan University, 2Academy for Engineering and Technology, Fudan University, 3School of Information Science and Technology, Fudan University, 4State Key Laboratory of Medical Neurobiology, Fudan University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier beschrijven we een protocol voor ultrasone lokalisatiemicroscopie (ULM), dat een ruimtelijke resolutie van 12,5 μm bereikt om de microvasculatuur van de hersenen bij ratten in beeld te brengen. Het maakt een gedetailleerde visualisatie van de richting en snelheid van de bloedstroom mogelijk en biedt een krachtig hulpmiddel voor het bevorderen van onderzoek naar cerebrale circulatie en vaataandoeningen.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De cerebrale microvasculatuur vormt een complex netwerk van bloedvaten die essentieel zijn voor het behoud van de hersenfunctie. Ziekten zoals beroerte, de ziekte van Alzheimer, gliomen en vasculaire dementie kunnen het microvasculaire systeem grondig verstoren. Helaas bieden de huidige medische beeldvormingsmodaliteiten alleen indirecte waarnemingen op deze schaal. Geïnspireerd door optische microscopie, overwint ultrasone lokalisatiemicroscopie (ULM) de klassieke afweging tussen penetratiediepte en ruimtelijke resolutie. Door individuele geïnjecteerde microbellen (MB's) te lokaliseren en te volgen met precisie op subgolflengten, kunnen vasculaire en snelheidskaarten op micrometerschaal worden gegenereerd. Hier presenteren we een robuust protocol voor superresolutiebeeldvorming van de microvasculatuur van de hersenen in vivo bij ratten met behulp van een commercieel echografieplatform. Deze methode bereikt een ruimtelijke resolutie van 12,5 μm, reconstrueert de microvasculaire architectuur en biedt gedetailleerde informatie over de richting en snelheid van de bloedstroom, waardoor ons begrip van cerebrale microcirculatie aanzienlijk wordt verbeterd. Het protocol kan worden uitgebreid tot ziektemodellen bij ratten en biedt een krachtig hulpmiddel voor de vroege diagnose en behandeling van neurovasculaire aandoeningen.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle dierproeven die in dit werk worden uitgevoerd, zijn goedgekeurd door de ethische commissie van Fudan University (goedkeuringsnummer: 2022JS-004). Het protocol volgt strikt de richtlijnen voor dierenverzorging van Fudan University om de humane behandeling van dieren te garanderen. Voorafgaand aan de start van de experimenten moeten ratten een periode van 1 week krijgen om aan de omgeving te acclimatiseren, waarin ze worden voorzien van voldoende voer en water. De fotoperiode wordt zorgvuldig gereguleerd in overeenstemming met hun biologische ritmes om het behoud van normale fysiologische toestanden te garanderen. Aan het einde van....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Figuur 1 illustreert de gedetailleerde opzet voor in vivo microvasculaire ULM-beeldvorming van de hersenen bij ratten, waarbij elk element zorgvuldig is ontworpen om experimentele variabiliteit te minimaliseren en nauwkeurige gegevensverzameling te garanderen voor betrouwbare beeldvormingsresultaten met superresolutie.

Figuur 2A toont de ULM-gereconstrueerde structuur van de microvasculatuur .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit protocol maakte met succes gebruik van ULM om superresolutiebeeldvorming van in vivo microvasculatuur van de hersenen van ratten uit te voeren. In vergelijking met andere beeldvormingsmodaliteiten is ULM tegelijkertijd geschikt voor zowel ruimtelijke resolutie als penetratiediepte. Het blootgestelde rattenbrein werd in beeld gebracht in plaats van door de schedel, waardoor verzwakking en vervorming door de aanwezigheid van bot werden vermeden. Onder een transducer met een centrale fr.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door het National Key Research and Development Program van China onder Grant 2023YFC2410903, de National Natural Science Foundation of China (Grants 12274092, 12034005), het Explorer Program van Shanghai (Grant 21TS1400200), het International Science and Technology Cooperation Program van Shanghai (Grant 24490710400) en de AI for Science Foundation van Fudan University (Grant FudanX24AI016).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AlcoholDICHANGhttps://www.dehsm.com/goods-17187.html75%
Beamforming programInstitute of Biomedical Engineering at the University of MontrealMatlab Ultrasound Toolbox 3.4 version
Body temperature maintenance deviceRWD Life Science Co., Ltd.69026
Brain stereotaxic instrumentRWD Life Science Co., Ltd.71000-RAdaptable to breathing mask
Cranial Microinjection Surgical Instrument KitRWD Life Science Co., Ltd.SP0005-R
Digital microscopeRWD Life Science Co., Ltd.DOM-1001
Drug delivery catheterRWD Life Science Co., Ltd.https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/administration/draw-blood
Erythromycin ointmentRenhe PharmaH360200181% x 15 g
Gas anesthesia machineRWD Life Science Co., Ltd.R500IEIncludes breathing mask
Handheld electric clipperGUAZHOUMUMJD-DTJ02
Handheld mini cranial drillRWD Life Science Co., Ltd.78001
Indwelling needleKindly EnterpriseDevelopment Group Co., LTDPositive Pressure Model 26 G
Iodine solutionHYNAUThttps://www.hainuocn.com/index/detail/524.html4.5–5.5 g/L
IQ demodulation programInstitute of Biomedical Engineering at the University of MontrealMatlab Ultrasound Toolbox 3.4 version
IsofluraneRWD Life Science Co., Ltd.R510-22-10
MATLAB softwareMathWorksVersion R2021a
Microinjection pumpRWD Life Science Co., Ltd.R462
Sodium chloride injectionSHENG'AO animals pharmaceutical Co., Ltd.2700714600.90%
SonoVueBraccohttps://www.bracco.com/en-se/product/sonovue
Spherical drill bitRWD Life Science Co., Ltd.HM1027/HM1010
Supporting Positioning SoftwareRWD Life Science Co., Ltd.V2.0.0.30400
SyringeKindly EnterpriseDevelopment Group Co., Ltd.RWLB1 mL
Tracking programJean-Yves Tinevez2016 version
Ultrasound gelJunkang Medical Equipment Co., Ltd.Model DS-1
Ultrasound probeVERASONICS, INC.L22-14vX LF
Verasonics Ultrasound SystemVERASONICS, INC.Vantage-256ultrasound platform

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sweeney, M. D., Ayyadurai, S., Zlokovic, B. V. Pericytes of the neurovascular unit: Key functions and signaling pathways. Nat Neurosci. 19 (6), 771-783 (2016).
  2. Wardlaw, J. M., Smith, C., Dichgans, M. Mechanisms of sporadic cerebral small vessel disease: Insig....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Ultrasound Localization MicroscopySuper Resolution ImagingBrain MicrovasculatureRat Brain ImagingMicrobubble TrackingBlood Flow DynamicsCraniotomy ProcedureVelocity MappingMicrovascular ArchitectureNeurovascular Disease Models

Related Articles