Name: MRI-geleide Verstoring van de bloed-hersen barrière met behulp van Transcraniële Focused Ultrasound in een ratmodel (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-03-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 42 s
Description: Leer hoe u de bloed-hersenbarrière niet-invasief kunt verstoren met MRI-geleide gefocuste echografie en microbellen in een ratmodel. Deze methode maakt gerichte geneesmiddelafgifte in de hersenen mogelijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs willen graag Shawna Rideout-Gros en Alexandra Garces bedanken voor hun hulp bij de verzorging van dieren, en Ping Wu voor haar technische bijstand. Ondersteuning voor dit werk werd verstrekt door de National Institutes of Health in subsidie ​​niet. EB003268, en de Canada Research Chairs Program.

1. Echografie en MRI-instelling Een MRI-compatibele drie-assige focused ultrasound systeem werd gebruikt in dit onderzoek (FUS Instruments, Inc, Toronto, Ontario, Canada). Twee verschillende ultrasone transducenten werden gebruikt: een intern geconstrueerd 551,5 kHz bolvormige gerichte transducer (kromtestraal = 60 mm, een uitwendige diameter = 75 mm, een inwendige diameter 20 mm) en een 1,503 MHz, 8 sector array geïntegreerde PZT hydrofoon (Imasonic Inc, Voray-sur-L&#39;Orgnon, Frankrijk) gereden als een enkel element sferisch gericht transducer (FN = 0,8, diafragma = 10 cm). Een MRI-compatibele PVDF ontvanger 8 werd gebruikt om akoestische emissies op te nemen wanneer de 551,5 kHz transducer werd gebruikt. Als er verschillende apparatuur wordt gebruikt, worden de volgende voorgesteld: <ol><li> Kies een geschikte, gekalibreerde ultrasone transducer met een centrale frequentie in het bereik van 0,25 MHz -1,5 MHz en een f-getal (kromtestraal / diafragma) van 1 of minder. </li><li> Plaats een waterbad fidwz met warme, ontgast, gedeïoniseerd water op het bed van een 1,5 T of 3 T MRI. De waterbad moet een bovenplaat waarop steeds de dieren. Monteer de ultrasone transducer in de tank op een MRI-compatibele drie-assige positionering podium of systeem 9, met uitzicht op het wateroppervlak. </li><li> Voer de transducer kabel aan op de echo rijden apparatuur door een penetratie paneel. </li><li> Genereer de transducer rijden signaal met behulp van een functie-generator en eindversterker. Een externe matching circuit het gereflecteerde elektrische minimaliseren. </li><li> Het kennen van de transducer brandpuntsafstand, plaats de transducer focus op het wateroppervlak en ultrasone trillingen het wateroppervlak om een ​​zichtbare fontein te genereren. Stappen 1.6 en 1.7 wordt beschreven hoe u de focus met behulp van de gegenereerde fontein registreren. Een meer nauwkeurige methode voor het lokaliseren van de focus, waaraan bij sonicatie een warmteabsorberende gel en het afbeelden van het resulterende temperatuurverhoging in het brandpunt van MRI, vindt in 9 &lt;/ Sup&gt;. </li><li> Markeren de locatie van de focus met een markering die zichtbaar zijn op de MRI. Dit kan worden gedaan met behulp van een plaat met een gat in het midden, dat wordt met water gevuld bij plaatsing op de focus. De met water gevulde gat zichtbaar op de MRI en focal cooerdinaten in twee vlakken, terwijl de coördinaten in axiale richting van de omzetter kan worden bepaald uit het water. </li><li> Een 3-vlak hartlijn sequentie beeld centraal marker en registreert de plaats van de focus van de MRI coördinatenstelsel. </li><li> Akoestische emissie bewaken monteren een MR-compatibele hydrophone 8 die wordt gebruikt als een passieve cavitatie detector (PCD) in het waterbad gericht op de omzetter gericht, of met een opnemer met geïntegreerde hydrofoon. </li><li> Voer de PCD-kabels om een ​​scope-kaart die is voldoende snel om uitbarstingen van opname tot 10 ms bij HOI&#39;s tot 2 Hz (bijv. ATS460, AlazarTech, Pointe-Claire, Quebec, Canada). Kabels moeten worden geaard op de penetratie paneel of RF-schild om ruis te minimaliseren. </li></ol> 2. Toebereiding van dieren <ol><li> Verdoof de dieren met behulp van isofluorane gas. Aangezien isofluorane effect heeft op BBB verstoring 10 worden de dieren worden de gastoevoer 10 minuten voor het begin van het experiment. Place oculaire smeermiddel zalf in elk oog aan het begin van verdoving het hoornvlies beschermen tegen uitdrogen of andere schade. </li><li> Met behulp van een elektrisch scheerapparaat scheren de vacht van de bovenkant van het hoofd van het dier en de nek, verwijder vervolgens de resterende vacht met behulp van een ontharingscrème (bijv. Nair, Church &amp; Dwight Co, Princeton, NJ, USA) en spoel de hoofdhuid met een milde zeep en water. </li><li> Bereid de staart met een betadine scrub de huid, gevolgd door een bridine wassen. Een laatste wipedown met alcohol om de staartader visualiseren. </li><li> Plaats een 22 gauge katheter met 3-weg kraan in de staartader en spoel met een heparine / zoutoplossing mengsel (33 U / mL) om stolselvorming te voorkomenin de katheter. </li><li> Lever injecteerbare anesthetica (40-50 mg / kg ketamine, 10 mg / kg xylazine) via intramusculaire injectie, en verwijder het dier uit de isofluorane. </li><li> Plaats de verdoofde dier rug op de echo positionering systeem met de bovenkant van het hoofd contact opnemen met het waterbad door een gat in de top-plaat (figuur 1). Een kleine hoeveelheid ultrasound gel misschien toegepast op de bovenkant van de kop van het dier de kans opgesloten luchtbellen te minimaliseren. </li><li> Tape de benen aan de positionering systeem. Het hoofd kan worden op zijn plaats gehouden met behulp van een hapje bar, indien beschikbaar, of tape geplaatst stevig over de kin. </li><li> Bedek het dier met een handdoek en circulerende water deken om warm te houden. </li></ol> 3. Target Selection <ol><li> Verwerven van baseline axiale T 2-gewogen en T 1-gewogen MR beelden van de hersenen. Bij gebruik van een 1,5 T MRI en toegewijde hoofd-en kleinbedrijf RF-ontvangst oppervlakte spoel, geschikt sceen parameters kunnen zijn: T 2 gewogen: FSE, TE = 60 ms, TR = 2000 ms T 1 gewogen: FSE, TE = 10 ms, TR = 500 ms </li><li> Selecteer het doel van de T 2-gewogen scans, het vermijden van de ventrikels en de hersenen middellijn, en het selecteren van een mid-brain diepte. </li><li> Verplaats de transducer focus naar de doellocatie. </li></ol> 4. Microbellen Voorbereiding Definity microbellen (Lantheus Medical Imaging, MA, USA) worden gebruikt door verschillende groepen voor microbellen gemedieerde FUS veroorzaakt BBBD 2,5,7. Geschikte doseringen van andere microbelletjes types kunnen in de literatuur 11,12. <ol><li> Activeer de Definity microbellen en langzaam het opstellen van een klein volume in een 1 ml spuit met behulp van een 18-gauge naald. </li><li> Verwijder de opgesloten lucht uit de spuit door voorzichtig het bewegen van de zuiger heen en weer. Tik niet op de spuit, want dit kan breken de bellen. </li><li> Verdun de Definity in de normale<html> zoutoplossing in een verhouding van 10:1 zoutoplossing Definty door langzaam injecteren van de benodigde hoeveelheid Definity in een spuit zoutoplossing. Als een infuus levering wordt gebruikt, kan de Definity verder verdund, tot 50:1 of 100:1. </li><li> Voorzichtig omdraaien de spuit om zorgvuldig te worden gemengd Definity en zout tot een gelijkmatige uitstraling wordt bereikt. Gentle inversie van de spuit vlak voor de injectie kan ook nodig zijn wanneer de bellen zijn begonnen om uit te drijven van de opschorting. </li><li> Bereken de vereiste dosis volume basis 0,02 ml / kg Definity of 0,2 ml / kg van de oplossing (bij 10:01 verdunning). </li></ol> 5. Echografie Levering <ol><li> Stel de sonicatie parameters, met behulp van een lage duty cycle uitbarstingen, niet continuous wave sonications. Geschikte parameters sonicatie 0,5 MHz 0.23 MPa in situ druk 10 ms bursts 1 Hz PRF, 2 min. totaal ultrasoonapparaat tijd. Bij 1,5 MHz passend in situ druk vallen om 0.45-0.5 MPa. </li></ol>_content &quot;&gt; Adequate druk op verschillende frequenties kan worden geschat met behulp van een mechanische index van 0,46 13. <ol start="2"><li> Controleer het dier hoofd nog gekoppeld met het water. </li><li> Injecteer langzaam de microbellen in de staartader katheter en spoel met 0,5 ml fysiologische zoutoplossing. Tegelijkertijd Begin de sonicatie met de start van de injectie. </li></ol> 6. MRI Evaluatie van de uitkomsten van behandeling <ol><li> Na de sonicatie, injecteren een MRI-contrastmiddel (bijv. 0,2 ml / kg Omniscan, GE Healthcare) via de staartader katheter, gevolgd door een 0,5 ml fysiologische zoutoplossing flush. </li><li> Voer T 1-gewogen beeldvorming totdat het contrastmiddel piek voorbij is. Sonicatie sites die met succes zijn verstoord zal meer verbetering dan het omringende weefsel. </li><li> Voer de T 2-gewogen beeldvorming om te controleren op oedeem. Hoge signaal op de sonicatie plaatsen is een indicatie van oedeem. </li></ol> 7. VertegenwoordigerResultaten MRI contrastmiddelen met succes kan worden geleverd via de BBB met behulp van gerichte echografie en circulerende microbellen. Figuur 2 geeft kenmerkende voor en na FUS T 1-w beelden. Figuur 2B toont een verbeterd contrast (CE) T 1-w beeld met verschillende brandpunt openingen in vier gesoniceerd plaatsen. Sonicatie locaties 1 en 2 tonen in het bijzonder lichte verbetering. In Fig.3 plaatsen 1 en 2 blijkt ook dat overeenkomt met T 2 w hoog signaal te geven oedeem. De mate van T2-w oedeem soms beter zichtbaar op sagittale segmenten. Figuur 4 toont CE-T 1-w en T2-w sagittale dwars door sonificatie plaatsen 1 en 3. Oedeem is zichtbaar op de locatie van 1 maar niet plaats 3. Spectrale analyse van de gevangen genomen akoestische emissies gegevens (figuur 5) kan blijken harmonische emissies en / of sub / ultra harmonische emissies bij stabiele cavitatie optreedt. HarmonIC kunnen ontstaan ​​weefsel niet-lineariteiten, terwijl sub en ultraharmonic emissie kan alleen plaatsvinden als gevolg van bel activiteit 14. Bij hogere druk breedband-uitstoot aangeeft inertiële cavitatie kan ook worden gedetecteerd. Maar deze zijn in verband gebracht met grotere hoeveelheden rode bloedcellen bloeduitstortingen en microschade dan sonications zonder inertie cavitatie 11. Het gebruik van hogere frequenties sonificatie resulteert in meer gelokaliseerde openingen door de kleinere brandpunt grootte. Figuur 6 toont dat hogere frequenties kan worden kleinere gebieden opening te creëren. Dit maakt onderzoek van de effecten midden van de hersenen met minder bijna-schedel effecten. <img alt="Figuur 1." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig1.jpg" /> Figuur 1. Experimentele opstelling. <speen class = &quot;pdflinebreak&quot;&gt; <img alt="Figuur 2." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig2.jpg" /> Figuur 2. Pre (links) en na (rechts) behandeling T 1-w beelden van een rat brain met versterking op vier plaatsen sonicatie. <img alt="Figuur 3." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig3.jpg" /> Figuur 3. Pre (links) en na (rechts) behandeling T 2 w beelden van een rat brain (zelfde dier Fig.2) met T 2 w oedeem bij sonificatie plaatsen 1 en 2. <img alt="Figuur 4." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig4.jpg" /> Figuur 4. Nabehandeling sagittale T 1-w (links) en T-2 w (rechts) afbeeldingen van de rat als Fig. 2 en 3. De opening op locatie 1 (links) correleert met T 2 w oedeem (rechts). Plaats 3 toont opening (links) maar geen T 2 w oedeem. </p&gt; <img alt="Figuur 5." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig5.jpg" /> Figuur 5. Frequentie spectrum van gegevens die zijn vastgelegd tijdens een 10 ms burst op 551,5 kHz. De fundamentele frequentie (f 0) en harmonischen (2 f 0) en sub / ultraharmonics (0,5 f 0, 1,5 f 0) zichtbaar. <img alt="Figuur 6." src="/files/ftp_upload/3555/3555fig6.jpg" /> Figuur 6. Na de behandeling CE-T 1-w axiale (links) en sagittale (rechts) beelden van een rat hersenen gesoniceerd op vier locaties op 1.503 MHz. BBB openingen op deze frequentie worden beschouwd te zijn gelokaliseerd.

<ol><li>Kinoshita, M., McDannold, N., Jolesz, F. A., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+localized+delivery+of+Herceptin+to+the+mouse+brain+by+MRI-guided+focused+ultrasound-induced+blood-brain+barrier+disruption%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Noninvasive localized delivery of Herceptin to the mouse brain by MRI-guided focused ultrasound-induced blood-brain barrier disruption.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 11719-11723 (2006).</li>
<li>Jordão, J. F., Ayala-Grosso, C. A., Markham, K., Huang, Y., Chopra, R., McLaurin, J., Hynynen, K., Aubert, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antibodies+targeted+to+the+brain+with+image-guided+focused+ultrasound+reduces+amyloid-beta+plaque+load+in+the+TgCRND8+mouse+model+of+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Antibodies targeted to the brain with image-guided focused ultrasound reduces amyloid-beta plaque load in the TgCRND8 mouse model of Alzheimer's disease.</a> PLoS One. 5 (5), e10549-e10549 (2010).</li>
<li>Liu, H. -L., Hua, M. -Y., Chen, P. -Y., Chu, P. -C., Pan, C. -H., Yang, H. -W., Huang, C. -Y., Wang, J. -J., Yen, T. -C., Wei, K. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-brain+barrier+disruption+with+focused+ultrasound+enhances+delivery+of+chemotherapeutic+drugs+for+glioblastoma+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Blood-brain barrier disruption with focused ultrasound enhances delivery of chemotherapeutic drugs for glioblastoma treatment.</a> Radiology. 255, 415-425 (2010).</li>
<li>Hynynen, K., McDannold, N., Vykhodtseva, N., Jolesz, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+MR+imaging-guided+focal+opening+of+the+blood-brain+barrier+in+rabbits%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Noninvasive MR imaging-guided focal opening of the blood-brain barrier in rabbits.</a> Radiology. 220, 640-646 (2001).</li>
<li>Choi, J. J., Wang, S., Tung, Y. -S., Morrison, B., Konofagou, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecules+of+various+pharmacologically-relevant+sizes+can+cross+the+ultrasound-induced+blood-brain+barrier+opening+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Molecules of various pharmacologically-relevant sizes can cross the ultrasound-induced blood-brain barrier opening in vivo.</a> Ultrasound Med. Biol. 36, 58-67 (2010).</li>
<li>Pardridge, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+blood-brain+barrier%3A+bottleneck+in+brain+drug+development%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroRx%22%5BJournal%5D)">The blood-brain barrier: bottleneck in brain drug development.</a> NeuroRx. 2, 3-14 (2005).</li>
<li>Bing, K. F., Howles, G. P., Qi, Y., Palmeri, M. L., Nightingale, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-brain+barrier+%28BBB%29+disruption+using+a+diagnostic+ultrasound+scanner+and+Definity+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Blood-brain barrier (BBB) disruption using a diagnostic ultrasound scanner and Definity in mice.</a> Ultrasound Med. Biol. 35, 1298-1308 (2009).</li>
<li>O'Reilly, M. A., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+PVDF+receiver+for+ultrasound+monitoring+of+transcranial+focused+ultrasound+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">A PVDF receiver for ultrasound monitoring of transcranial focused ultrasound therapy.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 57, 2286-2294 (2010).</li>
<li>Chopra, R., Curiel, L., Staruch, R., Morrison, L., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+MRI-compatible+system+for+focused+ultrasound+experiments+in+small+animal+models%5BTitle%5D)+AND+%22Med.+Phys%22%5BJournal%5D)">An MRI-compatible system for focused ultrasound experiments in small animal models.</a> Med. Phys. 36, 1867-1874 (2009).</li>
<li>McDannold, N., Zhang, Y., Vykhodtseva, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-Brain+Barrier+Disruption+and+Vascular+Damage+Induced+by+Ultrasound+Bursts+Combined+with+Microbubbles+can+be+Influenced+by+Choice+of+Anesthesia+Protocol%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Blood-Brain Barrier Disruption and Vascular Damage Induced by Ultrasound Bursts Combined with Microbubbles can be Influenced by Choice of Anesthesia Protocol.</a> Ultrasound Med. Biol. , (2011).</li>
<li>McDannold, N., Vykhodtseva, N., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+disruption+of+the+blood-brain+barrier+with+focused+ultrasound%3A+association+with+cavitation+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Targeted disruption of the blood-brain barrier with focused ultrasound: association with cavitation activity.</a> Phys. Med. Biol. 51, 793-807 (2006).</li>
<li>Yang, F. -Y., Liu, S. -H., Ho, F. -M., Chang, C. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+ultrasound+contrast+agent+dose+on+the+duration+of+focused-ultrasound-induced+blood-brain+barrier+disruption%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoust.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Effect of ultrasound contrast agent dose on the duration of focused-ultrasound-induced blood-brain barrier disruption.</a> J. Acoust. Soc. Am. 126, 3344-3349 (2009).</li>
<li>McDannold, N., Vykhodtseva, N., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-brain+barrier+disruption+induced+by+focused+ultrasound+and+circulating+preformed+microbubbles+appears+to+be+characterized+by+the+mechanical+index%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Blood-brain barrier disruption induced by focused ultrasound and circulating preformed microbubbles appears to be characterized by the mechanical index.</a> Ultrasound Med. Biol. 34, 834-840 (2008).</li>
<li>Neppiras, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+Cavitation%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+Reports+%28Review+Section+of+Physics+Letters%29%22%5BJournal%5D)">Acoustic Cavitation.</a> Physics Reports (Review Section of Physics Letters). 61, 159-251 (1980).</li>
<li>O'Reilly, M. A., Huang, Y., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+impact+of+standing+wave+effects+on+transcranial+focused+ultrasound+disruption+of+the+blood-brain+barrier+in+a+rat+model%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">The impact of standing wave effects on transcranial focused ultrasound disruption of the blood-brain barrier in a rat model.</a> Phys. Med. Biol. 55, 5251-5267 (2010).</li>
</ol>

K. Hynynen en R. Chopra zijn mede-oprichters van FUS Instruments, Inc R. Chopra, A. Waspe en K. Hynynen zijn aandeelhouders van FUS Instruments, Inc K. Hynynen krijgt ondersteuning voor onderzoek van FUS instrumenten, Inc

Voorbereiding van de dieren en microbellen zijn de meest kritische aspecten van deze procedure. Het haar op het hoofd van het dier moet in zijn geheel worden verwijderd om te voorkomen dat verzachtende het ultrasone geluid. De BBB kan worden verstoord onder isofluorane verdoving, echter, wordt het moeilijker om consistente opening. De microbolletjes altijd worden omgegaan en kleine overdruk moet grote diameter naalden worden bij het opstellen, om te voorkomen breken. Ook moet de kleinste gau...

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam van het serum </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td></tr><tr><td> Small Animal Focused Ultrasound System </td><td> FUS Instruments, Inc </td><td> RK-100 </td></tr><tr><td> Definity </td><td> Lantheus Medical Imaging </td><td></td></tr><tr><td> Omniscan </td><td> GE Healthcare </td><td></td></tr></tbody></table>

mri-geleide verstoring van de bloed-hersen barrière met behulp van transcraniële focused ultrasound in een ratmodel

MRI-guided Disruption of the Blood-brain Barrier using Transcranial Focused Ultrasound in a Rat Model

Focused Ultrasound (FUS) verstoring van de bloed-hersen barrière (BBB) ​​is een steeds onderzocht techniek voor het omzeilen van de BBB 1-5. De BBB is een belangrijke belemmering voor farmaceutische behandelingen van hersenaandoeningen zoals het beperkt de doorgang van moleculen uit de bloedvaten in het hersenweefsel om moleculen minder dan ongeveer 500 Da in maat 6. FUS geïnduceerde BBB verstoring (BBBD) is tijdelijk en omkeerbaar 4 en heeft een voordeel ten opzichte van chemische middelen voor het induceren van BBBD door zich zeer plaatselijk. FUS geïnduceerde BBBD een middel voor het onderzoeken van de effecten van een breed scala van therapeutische middelen op de hersenen, die anders niet zouden zijn leverbaar om het weefsel in voldoende concentratie. Hoewel een groot aantal ultrasone parameters bleken goed te verstoren de BBB 2,5,7, zijn er verschillende kritische stappen in de experimentele procedure voor succesvolle verstoring nauwkeurige targeting verzekeren. Dit protocolol wordt beschreven hoe u MRI-geleide FUS veroorzaakt BBBD in een ratmodel te bereiken, met een focus op de kritische dier voorbereiding en microbellen behandeling stappen van het experiment.

Microbellen-gemedieerde focused ultrasound verstoring van de bloed-hersen barrière (BBB) ​​is een veelbelovende techniek voor niet-invasieve gerichte toediening van medicijnen in de hersenen<sup&gt; 1-3</sup&gt;. Dit protocol beschrijft de experimentele procedure voor MRI-geleide transcraniële BBB verstoring in een rat model.

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

Gefocuste ultrasone disruptie (FUS) van de bloed-hersenbarrière (BBB) is een steeds vaker onderzochte techniek om de BBB te omzeilen1-5. De BBB is een ...

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?

mri-guided-disruption-blood-brain-barrier-using-transcranial-focused

Research

JoVE Journal

Medicine

Geneeskunde

This video describes a method of temporarily disrupting the blood-brain barrier (BBB) by creating transient openings using microbubble-mediated focused ultrasound (FUS). These transient local BBB openings can eventually be used to deliver larger-sized drug molecules directly into the brain parenchyma.

Focus Ultrasound Based Microbubble Mediated Blood-Brain Barrier Opening: A Technique to Create Localized Transient Openings in Blood-Brain Barrier of Mouse by Sonoporation

Gerichte echografie met microbubble-middelen kan de bloed-hersenbarrière focal en voorbijgaand openen. Deze techniek is gebruikt om een breed scala aan middelen over de bloed-hersenbarrière te leveren. Dit artikel biedt een gedetailleerd protocol voor de gelokaliseerde levering aan de knaagdierhersenen met of zonder MRI-begeleiding.

Een benchtop benadering van de locatie specifieke bloed hersenbarrière opening met behulp van gerichte echografie in een rat model

De bloed-hersenbarrière (BBB) kan tijdelijk worden verstoord met microbubble-gemedieerde gerichte echografie (FUS). Hier beschrijven we een stapsgewijs protocol voor BBB-opening met hoge doorvoer in vivo met behulp van een modulair FUS-systeem dat toegankelijk is voor niet-echografie-experts.

Een high-throughput beeldgeleide stereotactische neuronavigatie en gericht echografiesysteem voor het openen van bloed - hersenbarrière bij knaagdieren

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.

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

Dit protocol beschrijft stappen die nodig zijn voor de genafgifte door middel van gerichte ultrasone bloed-hersenbarrière (BBB) opening, evaluatie van de resulterende genexpressie en meting van neuromodulatie-activiteit van chemogenetische receptoren door middel van histologische tests.

Gerichte echografie geïnduceerde bloed-hersenbarrièreopening voor het richten op hersenstructuren en het evalueren van chemogenetische neuromodulatie

Dit protocol beschrijft de chirurgische en technische procedures die real-time in vivo multifotonenfluorescentiebeeldvorming van de knaagdierhersenen mogelijk maken tijdens gerichte echografie en microbubbelbehandelingen om de permeabiliteit van de bloed-hersenbarrière te verhogen.

Real-time intravitale multifotonenmicroscopie om gerichte echografie en microbubbelbehandelingen te visualiseren om de permeabiliteit van de bloed-hersenbarrière te vergroten

Verstoring van de bloed-ruggenmergbarrière (BSCB) kan met succes worden bereikt met de intraveneuze toediening van microbellen en de toepassing van gefocusseerde echografie met lage intensiteit (LIFU). Dit protocol beschrijft de opening van de BSCB met behulp van LIFU in een knaagdiermodel, inclusief het opzetten van apparatuur, injectie van microbellen, lokalisatie van het doelwit en visualisatie van BSCB-verstoringen.

Verstoring van de bloed-ruggenmergbarrière met behulp van gefocusseerde echografie met lage intensiteit in een rattenmodel

Deze studie beschrijft een gecombineerd protocol van magnetische resonantie beeldvorming (MRI) en laag-intensiteit gepulseerde gerichte ultrasone golf (FUS), gebruikmakend van levende ratten met katheterisatie van de halsader om de opening van de bloed-hersenbarrière (BBB) te monitoren.

Monitoring van de bloed-hersenbarrièreopening bij ratten met een preklinisch gerichte echografiesysteem

In de pathogenese van bot metastase, angiogenese is een cruciaal proces en vormt derhalve een doel voor beeldvorming en therapie. Hier presenteren we een rat model van site-specifieke borstkanker botmetastase en beschrijven strategieën om niet-invasieve beeld...

Multi-modale beeldvorming van angiogenese in een Naakt ratmodel van borstkanker botmetastase Met behulp van Magnetic Resonance Imaging, Volumetrische computertomografie en Echografie

Bloed-hersen barrière verstoring helpt de levering van bepaalde geneesmiddelen naar de hersenen. Mannitol geleverd intra-arterieel krimpt cellen rondom de bloedvaten om fysiek verstoren de barrière.

Rat Model van bloed-hersen barrière Verstoring toestaan ​​Gerichte Neurovasculaire Therapeutics

Leer hoe u de bloed-hersenbarrière niet-invasief kunt verstoren met MRI-geleide gefocuste echografie en microbellen in een ratmodel. Deze methode maakt gerichte geneesmiddelafgifte in de hersenen mogelijk.

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

Meer video's verkennen