MRI-geleide Verstoring van de bloed-hersen barrière met behulp van Transcraniële Focused Ultrasound in een ratmodel

Het algemene doel van deze procedure is om de bloed-hersenbarrière lokaal te doorbreken, waardoor moleculen die normaal gesproken beperkt blijven tot de cerebrale vaten, het weefsel kunnen binnendringen. Dit wordt bereikt door eerst het dier voor te bereiden en in rugligging op een waterbad boven een gefocuste ultrasone transducer en een driassig positioneringssysteem voor de transducer te plaatsen. De tweede stap van de procedure is het maken van MRI-beelden om richtinformatie aan het positioneringssysteem te verstrekken.

De derde stap van de procedure is het bereiden en injecteren van de microbeloplossing. De laatste stap van de procedure is het instellen van de echografieparameters en het toedienen van het echogeluidssignaal. Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen die de permeabiliteit van de bloed-hersenbarrière op de gesoniceerde locaties aantonen via contrastversterkte T1-gewogen MRI.

De implicaties van deze techniek reiken tot de therapie van hersen- en CZS-aandoeningen, omdat deze lokale en reproduceerbare verstoring van de bloed-hersenbarrière onderzoek mogelijk maakt naar farmacologische interventies voor aandoeningen die voorheen een slechte respons vertoonden op medicamenteuze therapie. Over het algemeen zullen mensen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben, aangezien het hanteren en injecteren van de bellen geduld en zorg vereist om te voorkomen dat de bellen knappen voordat ze het doel bereiken. De demonstratie van de dierpreparatie zal worden getoond.

Een technicus uit ons laboratorium selecteert een geschikte gekalibreerde ultrasone transducer. Vervolgens wordt een waterbad gevuld met ontgast gedeïoniseerd water op de tafel van een 1,5 Tesla of drie Tesla MRI geplaatst; monteer de ultrasone transducer in het bad op een MRI-compatibel positioneringsplatform of -systeem met drie assen, gericht op het wateroppervlak. Het waterbad moet een bovenplaat hebben voor het vasthouden van de dieren; scheer na het anesthetiseren met isofluraangas de vacht van de bovenkant van de kop en de nek.

Verwijder vervolgens de resterende vacht met een depilatoire crème. Plaats een katheter van 22 gauge met een driewegkraan in de staartvene en spoel deze door met een mengsel van heparine en zoutoplossing om stolselvorming in de katheter te voorkomen. Dien injecteerbare anesthetica toe via intramusculaire injectie en haal het dier uit de isofluoraan.

Breng 10 minuten voor de start van het experiment een kleine hoeveelheid echogel aan op de bovenkant van de kop van het dier om de kans op ingesloten luchtbellen te minimaliseren. Plaats het geanestheseerde dier vervolgens in rugligging op het echopositioneringssysteem, waarbij de bovenkant van de kop het waterbad raakt via een opening in de bovenplaat.

De kop kan op zijn plaats worden gehouden met een bijstang, indien beschikbaar, of door tape stevig over de kin aan te brengen. Plak vervolgens de poten vast aan het positioneringssysteem. Bedek het dier met een handdoek of een deken om het warm te houden.

Verloop van het experiment. Maak baseline axiale T2-gewogen en T1-gewogen MR-beelden van de hersenen met gebruik van de juiste scanparameters. Selecteer het doelwit op basis van de T2-gewogen scans, waarbij de ventrikels en de middenlijn van de hersenen worden vermeden en een diepte in de middenhersenen wordt gekozen.

Verplaats de focus van de transducer naar de doellocatie. Activeer de definitieve microbellen volgens het protocol van de fabrikant en trek langzaam een klein volume op in een spuit van één milliliter. Verwijder met een naald van 18 gauge ingesloten lucht uit de spuit door de zuiger voorzichtig heen en weer te bewegen in plaats van te tikken.

Omdat dit de microbellen kan beschadigen, dient u de microbellen te verdunnen in normale zoutoplossing in een verhouding van 10 op één zoutoplossing tot microbellen, door het benodigde volume microbellen langzaam in een spuit met zoutoplossing te injecteren. Keer de spuit voorzichtig om om de microbellen en de zoutoplossing grondig te mengen totdat een homogeen uiterlijk is bereikt. Bereken het benodigde dosisvolume op basis van 0,02 milliliters per kilogram microbellen, of 0,2 milliliters per kilogram van de oplossing.

Bij een verdunning van 1 op 10. Stel de sonicatieparameters in met korte bursts met een lage dutycycle in plaats van continue golf sonicatie. Controleer of de kop van het dier nog steeds gekoppeld is aan het water.

Start de sonicatie terwijl de microbellen langzaam via de staartveneucatheter worden geïnjecteerd. Spoel na de sonicatie vervolgens met 0,5 milliliters normale zoutoplossing. Injecteer een MRI-contrastmiddel via de staartveneucatheter, gevolgd door een spoeling van 0,5 milliliter zoutoplossing.

Voer T1-gewogen beeldvorming uit totdat de contrastpiek is gepasseerd. Sonicatie. Locaties die succesvol zijn gedisrumpeerd, vertonen een sterkere aankleuring dan het omringende weefsel. Voer T2-gewogen beeldvorming uit om te controleren op een hoog signaal op de sonicatieplaatsen, wat hier duidt op oedeem.

Hier worden typische T1-gewogen MR-beelden vóór en na FUST getoond. Een contrastversterkt T1-gewogen beeld met duidelijke focale openingen. Er worden vier gesoniceerde locaties getoond, waarbij locaties één en twee een bijzonder sterke contrastversterking vertonen.

Locaties één en twee vertonen ook een hoge signaalsterkte bij T2-gewogen beeldvorming na FUS, wat duidt op oedeem. De omvang van het T2-gewogen oedeem kan soms gemakkelijker worden gevisualiseerd op sagittale coupes; hier zijn T1-gewogen en T2-gewogen sagittale coupes door de sonatie te zien. Locaties één en drie worden getoond; oedeem na FUS is zichtbaar op locatie één, maar niet op locatie drie.

Spectrale analyse van vastgelegde akoestische emissiegegevens kan harmonische emissies en/of sub- en ultraharmonische emissies vertonen wanneer er stabiele cavitatie plaatsvindt. Gegevens vastgelegd tijdens een enkele burst van 10 milliseconden bij 551,5 kilohertz tonen de fundamentele frequentie, evenals harmonieken en zowel sub- als ultraharmonieken. Het gebruik van hogere sonicatiefrequenties resulteert in meer gelokaliseerde openingen vanwege de kleinere grootte van de brandpuntsplek, zoals hier wordt getoond.

Hogere frequenties kunnen worden gebruikt om kleinere openingsgebieden te creëren, wat onderzoek naar de middenhersenen met minder effecten nabij de schedel mogelijk maakt. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat een zorgvuldige hantering van de microbellen cruciaal is voor het behalen van goede resultaten. Zodra deze techniek is verfijnd, kunnen onderzoekers beginnen met het beantwoorden van andere vragen, zoals: wat is de effectiviteit van het afleveren van een therapeuticum bij een specifiek doelwit in de hersenen?