In vivo Tracking van Oedema Ontwikkeling En Microvasculaire Patologie In Een Model Van Experimentele Cerebrale Malaria Met Magnetic Resonance Imaging
8 juni 2017
We beschrijven een muismodel van experimentele cerebrale malaria en laten zien hoe inflammatoire en microvasculaire pathologie in vivo kunnen worden gevolgd met behulp van magnetische resonantie beeldvorming.
Het algemene doel van deze methode is om pathologische veranderingen van experimentele cerebrale malaria in vivo te monitoren. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in de pathogenese van experimentele cerebrale malaria te beantwoorden, omdat het ons in staat stelt om in vivo te visualiseren hoe de pathologie van de hele hersenen zich in de ruimte en over tijd ontwikkelt. De techniek maakt daardoor een gedetailleerde beoordeling van hersenpathologie mogelijk en kan worden gebruikt om de effectiviteit van nieuwe behandelingsstrategieën bij cerebrale malaria te beoordelen.
Het uitvoeren van de MRI-setup zal Manuel Fischer zijn, onze labmanager. Begin met het verzamelen van vrouwelijke muggen uit hun kooi, 17 tot 22 dagen na de bloedmaaltijd. Gebruik pincetten om drie tot vier muggen op een glazen plaatje te plaatsen, gecombineerd met een druppel koud RPMI-medium.
Plaats vervolgens de plaat onder een microscoop. Rek voorzichtig de mug tussen het hoofd en het lichaam uit met behulp van pincetten en gebruik een spuit en naald om de speekselklier te isoleren. Verzamel vervolgens de speekselklieren van de glazen plaat door ze op te zuigen met een glazen pipet en over te brengen naar een centrifugeerbuisje van 1,5 milliliter.
Gebruik vervolgens een kleine plastic stok om de geïsoleerde speekselklieren gedurende drie minuten in de centrifugeerbuis te pletten om de sporozoieten van het speekselklierweefsel te isoleren. Centrifugeer gedurende drie minuten bij 1.000 keer g en vier graden Celsius om de sporozoieten van het resterende weefsel te zuiveren. Pipet de supernatant, die de sporozoieten bevat, in een nieuwe centrifugeerbuis en tel de gezuiverde sporozoieten in een Neubauer hemocytometer.
Sporozoieten vertonen een typische beweging tegen de klok in. Pas vervolgens de concentratie van de gezuiverde sporozoieten aan op 10.000 per milliliter door fosfaatgebufferd zoutwater toe te voegen. Plaats ten slotte een C57BL/6-muis in een begrenzer en dompel zijn staart in warm water om de staarader beter te visualiseren.
Injecteer vervolgens een totaal van 1.000 sporozoieten, of 0,1 milliliter, in de staarader om een infectie te starten. Breng de muis eerst naar een 9,4T kleine dier Magnetische Resonantie Beeldvorming of MRI-scanner die een volumeresonator gebruikt voor radiofrequente transmissie. Breng vervolgens dexpanthenol-oogzalf aan op beide ogen.
Schakel het temperatuurgecontroleerde waterbad in op 42 graden Celsius om de lichaamstemperatuur van de muis te handhaven. Plaats vervolgens een staarvaderkatheter in de staarader van de muis. Positioneer vervolgens de muis voor de MRI door hem op zijn buik te leggen met een gebogen rug op een dierenbed, uitgerust met een hoofdvanger en tandenstang om hoofdbeweging te minimaliseren.
Zorg ervoor dat je de nekwervelkolom van de muis niet recht maakt. Sluit een contrastmiddelinjectiesysteem gevuld met 0,3 millimol per kilogram Gd-DTPA aan op de staarvaderkatheter. Plaats vervolgens de 4-kanaals gefaseerde array-oppervlakte-ontvanger-kop op het hoofd van de muis.
Plaats ten slotte een ademhalingskussen op de rug van de muis en controleer de ademhaling op het bewakingsapparaat. Schakel de positionele laser in door op F2 op het bedieningspaneel te drukken en beweeg de muis totdat het horizontale positionele licht zich in het midden van het kleinere deel van de spiraal bevindt, die het hoofd van de muis bedekt. Schakel de positionele laser uit door opnieuw op F2 te drukken en beweeg vervolgens de muis naar de eindpositie door op F3 op het bedieningspaneel te drukken.
Begin met het uitvoeren van een lokalisatiescan om ervoor te zorgen dat de muizenhersenen zich in het isocentrum van de magneet bevinden. Beoordeel kwalitatief vasogeen oedeem door middel van 3D T2-wegingsbeeldvorming. Selecteer een multi-slice RARE-sequentie en pas de plakpositie aan, zorg ervoor dat de hele hersenen, van de neus tot de kleine hersenen, bedekt zijn.
Na het aanpassen van de verzadigingssneden, start de sequentie en wacht 10 minuten en 48 seconden om de afbeeldingen te verkrijgen. Voer vervolgens T2 relaxometrie uit om vasogeen oedeem kwantitatief te beoordelen door een multi-slice, multiple-spin echo-sequentie te selecteren. Pas de plakpositie aan en start de verwerving van de sequentie, die acht minuten en 53 seconden duurt.
Voer kwantitatief onderzoek uit naar zowel vasogeen oedeem als cytotoxisch oedeem door diffusiewegingsbeeldvorming uit te voeren door een spin-echo EPI-diffusiesequentie te selecteren. Pas de plakpositie en verzadigingsplak aan. Start vervolgens de sequentie en wacht zeven minuten en 56 seconden totdat de ruwe beelden zijn verkregen.
Beoordeel vervolgens microbloedingen met behulp van 3D T2 ster-wegingsbeeldvorming. Selecteer een flow-gecompenseerde FLASH-sequentie, pas de plakpositie aan en start de sequentie, die 15 minuten en 40 seconden duurt. Beoordeel vervolgens de arteriële doorgang met behulp van time of flight angiografie door een 3D FLASH-sequentie te selecteren.
Pas de plakpositie aan, start de sequentie en wacht vervolgens zeven minuten en 16 seconden totdat de afbeeldingen zijn verkregen. Beoordeel ten slotte de bloed-hersenbarrière-storing. Selecteer een 3D T1-wegingsbeeldvorming met een FLASH-sequentie, pas de plakpositie aan en start de sequentie.
Wacht een minuut en 14 seconden totdat afbeeldingen zonder contrast zijn verkregen. Injecteer vervolgens contrast van 0,3 millimol per kilogram en herhaal de meting. Een toename van de bloed-hersenbarrière-storing en een toename van vloeistof geeft vroeg vasogeen oedeem in de reukbol aan dat al aanwezig is in milde ziekte en zich begint te verspreiden naar de hersenstam naarmate de ernst van de ziekte toeneemt.
Op T2-kaarten kan de ernst van vasogeen oedeem worden gekwantificeerd door gebieden van belang te tekenen in specifieke anatomische regio's. Voor elk gebied kan een T2-relaxatietijd worden verkregen die toeneemt met toenemend oedeem. Verder begint het hersenvolume, indicatief voor oedeem, significant to
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel beschrijft een muismodel van experimentele cerebrale malaria en demonstreert hoe inflammatoire en microvasculaire pathologie in vivo kan worden gevolgd met behulp van magnetische resonantiebeeldvorming (MRI). De methode maakt het mogelijk om hersenpathologie in de tijd te visualiseren, wat bijdraagt aan het begrip van de ziekteprogressie en de effectiviteit van behandelingen.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Infectieziekten
- Beeldvormingstechnieken
Achtergrond
- Experimentele cerebrale malaria is een ernstige complicatie van malaria.
- Het begrijpen van de pathogenese hiervan is cruciaal voor de ontwikkeling van effectieve behandelingen.
- In vivo beeldvormingstechnieken kunnen inzicht bieden in de progressie van de ziekte.
- Magnetische resonantie-imaging (MRI) is een niet-invasieve methode om hersenpathologie te beoordelen.
Doel van de studie
- Om pathologische veranderingen bij experimentele cerebrale malaria te monitoren.
- Om de evolutie van hersenpathologie in ruimte en tijd te visualiseren.
- Om de effectiviteit van nieuwe behandelstrategieën te beoordelen.
Gebruikte methoden
- Muismodel van experimentele cerebrale malaria.
- Magnetische resonantie-imaging (MRI) voor in vivo tracking.
- Beoordeling van inflammatoire en microvasculaire pathologie.
- Verzamelen van vrouwelijke muggen voor de experimentele opzet.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle tracking van hersenpathologie met behulp van MRI.
- Visualisatie van ontstekingsreacties in de hersenen.
- Inzichten in de ruimtelijke en temporele evolutie van de ziekte.
- Potentiële implicaties voor de beoordeling van de effectiviteit van de behandeling.
Conclusies
- De studie biedt een waardevol instrument voor het begrijpen van cerebrale malaria.
- In vivo imaging kan de beoordeling van behandelstrategieën verbeteren.
- Verder onderzoek is nodig om therapeutische interventies te verkennen.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor executives
Deze methode maakt non-invasieve, longitudinale monitoring mogelijk van bloed-hersenbarrière-disruptie, oedeem en microvasculaire pathologie in een translationeel model van cerebrale malaria. Door kwantitatieve MRI-uitlezingen van de ziekteprogressie te bieden, ondersteunt het de mechanistische risicoreductie van neuro-inflammatoire pathways en de predictieve evaluatie van CNS-gerichte therapeutica. De aanpak verbetert de validatie van targets door vasculaire en inflammatoire mechanismen te koppelen aan meetbare imagingbiomarkers in vivo.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Onderzoekt therapeutische hypothesen door de ruimtelijke en temporele evolutie van bloed-hersenbarrière-disruptie en oedeem in vivo te visualiseren.
- Operationele waarde: Maakt functionele validatie mogelijk van targets die betrokken zijn bij neuro-inflammatie en microvasculaire pathologie via longitudinale beeldvorming.
- Voorspellende waarde: Ondersteunt portfolio-triage door de ontwikkeling van oedeem en de belasting door microbloedingen te kwantificeren als transleerbare biomarkers voor de ernst van de ziekte.
Screening & Assayontwikkeling
- Klaarheid van de assay: Bereidt gevalideerde, ziekte-relevante systemen voor voor downstream screening door baseline MRI-fenotypes van vasogeen en cytotoxisch oedeem vast te stellen.
- Kwantitatieve output: Levert T2-relaxatietijden en hersenvolumemetingen die een gestandaardiseerde, reproduceerbare beoordeling van oedeem over verschillende behandelingsgroepen mogelijk maken.
- Hergebruik van het platform: Vestigt een schaalbaar imagingplatform voor het evalueren van de effecten van verbindingen op de integriteit van de bloed-hersenbarrière en microvasculaire pathologie in CZS-ziektemodellen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Relevantie voor ziektebeeld: Modelleert belangrijke kenmerken van menselijke cerebrale malaria, waaronder oedeem, hersenzwelling en microvasculaire pathologie, wat bijdraagt aan de afstemming van translationele biomarkers.
- Preklinische continuïteit: Slaat een brug tussen ontdekking en preklinische validatie door non-invasieve monitoring van de pathologie mogelijk te maken, van vroege tot ernstige ziektestadia.
- Risico-gecorrigeerde beslissingen: Ondersteunt go/no-go-beslissingen door MRI-afgeleide oedeem- en microhemorragiebelastingen te correleren met neurologische achteruitgang en overlevingsuitkomsten.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode is geïntegreerd in het ontdekkingscontinuüm, van doelwitvalidatie via lead-identificatie tot preklinische effectiviteitstests, en biedt op imaging gebaseerde eindpunten die de functie van de bloed-hersenbarrière en de neurovasculaire gezondheid weerspiegelen.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothese-testen van vasculaire en inflammatoire mechanismen door whole-brain visualisatie van de evolutie van de pathologie in tijd en ruimte mogelijk te maken.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid via gestandaardiseerde MRI-protocollen die de belasting van oedeem en microhemorragie kwantificeren voor betrouwbare compound-screening.
- Analytics: Genereert kwantitatieve T2-relaxometrie, diffusie-gewogen en susceptibiliteits-gewogen outputs die cross-groepvergelijking en dosis-responsmodellering faciliteren.
- Translational Research: Legt de verbinding met preklinische validatie door ziekterelevante pathologische veranderingen te monitoren die menselijke manifestaties van cerebrale malaria spiegelen.
- Enterprise Reuse: Fungeert als een herbruikbare capaciteit binnen programma's voor infectieziekten van het CZS, neuro-inflammatie en penetratie van de bloed-hersenbarrière.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Biedt voorspellend vertrouwen bij targetvalidatie door mechanistische ambiguïteit rondom neurovasculaire en inflammatoire bijdragen aan pathologie te verminderen.
- Operationele waarde: Garandeert standaardisatie en reproduceerbaarheid via gestandaardiseerde MRI-acquisitie- en post-processingprotocollen voor de kwantificering van oedeem en microbloedingen.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door transleerbare imaging-biomarkers te leveren die het risico op falen in een laat stadium bij de ontwikkeling van geneesmiddelen voor het CZS verminderen.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering mogelijk door MRI-afgeleide metrieken voor oedeem en microbloedingen te koppelen aan ziekte-ernst en behandelrespons.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in MRI van kleine dieren, het hanteren van contrastmiddelen en neuropathologische interpretatie van oedeem en microvasculaire veranderingen.
- Afhankelijk van hoogveld-MRI-instrumentatie (9,4T), volumeresonatoren, phased array-spoelen en contrastinjectiesystemen voor de toediening van Gd-DTPA.
- Vereist standaardisatie tussen de teams voor parasitologie, beeldvorming en pathologie om consistente infectiemodellen en beeldanalyse te waarborgen.
- Houdt rekening met aanpassingen bij het toepassen van het model op andere stammen, soorten of CZS-pathologieën buiten experimentele cerebrale malaria.
- Beperkt door de technische complexiteit van MRI-protocollen met meerdere sequenties en de noodzaak van nauwkeurige fysiologische monitoring tijdens het scannen.
