Name: Monitoring van de bloed-hersenbarrièreopening bij ratten met een preklinisch gerichte echografiesysteem (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-13T13:20:00.000+00:00
Duration: 3 min 32 s
Description: Leer hoe u de bloed-hersenbarrière kunt openen bij ratten met MRI en gefocuste echografie. Deze methode verbetert de reproduceerbaarheid van preklinisch onderzoek naar geneesmiddelenafgifte in de hersenen.

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

Deze studie werd gedeeltelijk ondersteund door de National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR) Grant K99DE032397, UCSF Department Seed Grant (No. 7504831), UCSF RAP-subsidie (PI: Kazim Narsinh, MD), en de Duitse Onderzoeksstichting (DFG, GA 3535/1-1).

Alle dierproeven in dit onderzoek zijn goedgekeurd door de Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van de University of California, San Francisco (UCSF). Mannelijke Sprague-Dawley ratten (200-250 g) werden gebruikt in dit onderzoek. De ratten werden gehuisvest en verzorgd volgens de richtlijnen van het National Institutes of Health Office of Animal Care and Use voor muizen en ratten. De details van de gebruikte reagentia en apparatuur staan vermeld in de Tabel van materialen.
1. Bereiding van dieren
OPMERKING: Voor interne procedures werden de dieren naar de voorbereidingskamer vervoerd en de procedures werden als volgt uitgevoerd:
<ol>
	<li>Plaats de ratten individueel in een Lucite-kamer en exposeer ze aan isofluraan (2%-3%) gemengd met zuurstof uit een medische zuurstoftank totdat ze bewusteloos zijn (volgens institutioneel goedgekeurde protocollen). 
	OPMERKING: Anesthesie met isofluraan maakt de implementatie van een langdurig MRI-protocol mogelijk.</li>
	<li>Verwijder de ratten uit de kamer en scheer het haar van de voorste en achterste delen van de nek met behulp van een haarentferningscrème (depilatiecrème).</li>
	<li>Breng smeermiddelzalf aan op de ogen.</li>
	<li>Plaats de neus in de neuskoker om anesthesie te handhaven met spontane ademhaling (isofluraanverdamper tussen 2%-2,5%, zuurstofflowmeter naar 1-1,5 L/min).</li>
	<li>Plaats de anesthetiseerde rat op een verwarmde operatietafel en bevestig dit met een teenprik. 
	OPMERKING: Het MRI-protocol omvatte contrastversterkte sequenties, zoals T1-wegewogen gradiëntecho-beeldvorming en T2-wegewogen spinecho-beeldvorming. Deze sequenties werden zowel vóór als na injectie van gadolinium (GAD)-gebaseerde contrastmiddelen uitgevoerd om de permeabiliteit van de bloed-hersenbarrière (BBB) te beoordelen. Dit omvat het toedienen van GAD-contrastmiddelen terwijl de rat zich in een MRI-scanner bevindt7. Om dit proces te vergemakkelijken, werd gebruik gemaakt van katheterslang die zich uitstrekt van de katheter die in de rat is gecanuleerd. De verlengslang omvatte een katheterconnector en polyethyleenslang van 30 cm. Om de doorlaatbaarheid te garanderen en lekkage te voorkomen, werd de verlengslang doorgespoeld met heparine-glycerol (250 IE heparine/1 mL glycerol).</li>
</ol>
2. Stereotactisch-geleide gefocuste echografie systeem
OPMERKING: De dieren werden overgebracht en op een tafel in een stereotactisch FUS-systeem geplaatst. De neus van de rat werd in de neuskoker geplaatst om anesthesie te handhaven. Het FUS-systeem bestaat uit een functiegenerator, een RF-versterker en een oscilloscoop. Voordat we de transducer instelden, zorgden we ervoor dat alle apparaten correct met het systeem waren verbonden. De instelling van de transducer werd voltooid met behulp van de volgende stappen:
<ol>
	<li>Plaats een scherpe wijzer op de positie van de Bregma in de schedel en sla de positie op. De positie van Bregma kan worden geïdentificeerd door de locatie van 9,0 mm anterior van Lambda op de middenlijn aan te wijzen8. De Lambda kan worden gevonden in het midden van de lijn tussen bilaterale trommelvliezen9.</li>
	<li>Breng ultrasone gel aan op het hoofd van de rat, waterkoppelingszak en de transducer (1 MHz frequentie). Zorg ervoor dat er geen luchtbellen aanwezig zijn tussen de huid van de rat, de waterkoppelingszak en de transducer.</li>
	<li>Sluit een coaxiale BNC-kabel van de transducer aan op de ingang van het FUS-systeemmodule.</li>
	<li>In een besturingscomputer) Klik op laden voor vooraf geregistreerd rattenbeeld; een aantal focale spots en akoestische druk worden gekozen.</li>
	<li>In een besturingscomputer) Klik op de bewegingstest in de behandelingsmodule om ervoor te zorgen dat de transducer kan verschuiven tussen spots binnen een burstperiode.</li>
	<li>Stel de sonicatieparameters in die in stap 3 zijn beschreven.</li>
</ol>
3. Microbubbelinfusie en sonicatie
<ol>
	<li>Activeer de microbubbel. 
	OPMERKING: De microbubbel die in dit onderzoek werd gebruikt, werd gekenmerkt door een diameter van 1,7 μm en een concentratie van 0,2 × 109 deeltjes per milliliter10. De microbubbelfles werd geactiveerd op basis van de voorschrijfinstructies van de leverancier en een eerder gepubliceerd rapport11.
	<ol>
		<li>Bereid een 5 mL-spuit voor met een luerlock-tip en gevuld met 5 mL additiefvrij 0,9% natriumchloride-injectie.</li>
		<li>Verwijder de groene dop en verbind de spuit met de geventileerde doseerpen (zie Tabel van materialen) door deze met de klok mee vast te schroeven.</li>
		<li>Verwijder de penbescherming en plaats deze in het midden van de rubberen stop van de fles. Druk stevig naar beneden totdat de punt volledig in de stop is ingebracht.</li>
		<li>Leeg de volledige 5 mL-spuit in de fles door op de zuigerstang te duwen.</li>
		<li>Schud de fles krachtig gedurende 20 s om alle inhoud te mengen. Een consistente witte, melkachtige vloeistof geeft aan dat er zwavelhexafluoride lipide microsferen zijn gevormd.</li>
		<li>Om de vereiste dosis te verkrijgen, keer de spuit om en trek langzaam het beoogde volume van de suspensie in een 5 mL-spuit.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Gebruik een infusiepomp. 
	OPMERKING: De infusiebenadering12 werd gebruikt om microbubbels aan ratten toe te dienen met behulp van een spuitpomp. Een spuit met microbubbels werd aangesloten op een katheterconnector die in de rat werd ingebracht. Microbubbels werden overgebracht via polyethyleenbuis en de infusiesnelheid van de pomp werd ingesteld op 0,66 mL/min. Deze infusiesnelheid maakt de injectie van 2 mL microbubbels uit een 3 mL-spuit mogelijk gedur

Enhancing Drug Delivery to the Brain: MRI-Guided Ultrasound Techniques in Rats

<ol><li>Daneman, R., Prat, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Blood-Brain+Barrier%5BTitle%5D)+AND+%22Cold+Spring+Harb+Perspect+Biol%22%5BJournal%5D)">The Blood-Brain Barrier.</a> Cold Spring Harb Perspect Biol. 7 (1), a020412(2015).</li>
<li>Meng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+focused+ultrasound+in+the+brain%3A+from+thermoablation+to+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Neurol%22%5BJournal%5D)">Applications of focused ultrasound in the brain: from thermoablation to drug delivery.</a> Nat Rev Neurol. 17 (1), 7-22 (2021).</li>
<li>Mungur, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-intensity+focused+ultrasound+technique+in+glioblastoma+multiforme+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Oncology%22%5BJournal%5D)">Low-intensity focused ultrasound technique in glioblastoma multiforme treatment.</a> Frontiers in Oncology. 12, 903059(2022).</li>
<li>Boado, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pharmacokinetics+and+brain+uptake+of+a+genetically+engineered+bifunctional+fusion+antibody+targeting+the+mouse+transferrin+receptor%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Pharm%22%5BJournal%5D)">Pharmacokinetics and brain uptake of a genetically engineered bifunctional fusion antibody targeting the mouse transferrin receptor.</a> Mol Pharm. 7 (1), 237-244 (2010).</li>
<li>Hendricks, B. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+delivery+methods+bypassing+the+blood-brain+and+blood-tumor+barriers%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgical+Focus%22%5BJournal%5D)">Novel delivery methods bypassing the blood-brain and blood-tumor barriers.</a> Neurosurgical Focus. 38 (3), E10(2015).</li>
<li>Hynynen, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+MR+imaging-guided+focal+opening+of+the+blood-brain+barrier+in+rabbits%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Non-invasive MR imaging-guided focal opening of the blood-brain barrier in rabbits.</a> Radiology. 220 (3), 640-646 (2001).</li>
<li>Hynynen, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+and+reversible+blood-brain+barrier+disruption+by+non-invasive+focused+ultrasound+at+frequencies+suitable+for+trans-skull+sonications%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Local and reversible blood-brain barrier disruption by non-invasive focused ultrasound at frequencies suitable for trans-skull sonications.</a> NeuroImage. 24 (1), 12-20 (2005).</li>
<li>Yao, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive%2C+targeted+creation+of+neuromyelitis+optica+pathology+in+AQP4-IgG+seropositive+rats+by+pulsed+focused+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neuropathol+Exp+Neurol%22%5BJournal%5D)">Non-invasive, targeted creation of neuromyelitis optica pathology in AQP4-IgG seropositive rats by pulsed focused ultrasound.</a> J Neuropathol Exp Neurol. 78 (1), 47-56 (2019).</li>
<li>Cecyn, M. N., Abrahao, K. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Where+do+you+measure+the+Bregma+for+rodent+stereotaxic+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22IBRO+Neurosci+Rep%22%5BJournal%5D)">Where do you measure the Bregma for rodent stereotaxic surgery.</a> IBRO Neurosci Rep. 15, 143-148 (2023).</li>
<li>Kotopoulis, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SonoVue+vs.+Sonazoid+vs.+Optison%3A+Which+bubble+is+best+for+low-intensity+sonoporation+of+pancreatic+ductal+adenocarcinoma%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">SonoVue vs. Sonazoid vs. Optison: Which bubble is best for low-intensity sonoporation of pancreatic ductal adenocarcinoma.</a> Pharmaceutics. 14 (1), 98(2022).</li>
<li>Bracco Diagnostics Inc. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22LUMASON+%28sulfur+hexafluoride+lipid-type+A+microspheres%29+for+injectable+suspension%2C+for+intravenous+use+or+intravesical+use%22">LUMASON (sulfur hexafluoride lipid-type A microspheres) for injectable suspension, for intravenous use or intravesical use</a>. , Lumason - accessdata.fda.gov. (2016).</li>
<li>Lapin, N. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Consistent+opening+of+the+blood+brain+barrier+using+focused+ultrasound+with+constant+intravenous+infusion+of+microbubble+agent%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Consistent opening of the blood brain barrier using focused ultrasound with constant intravenous infusion of microbubble agent.</a> Sci Rep. 10, 16546(2020).</li>
<li>Vlachos, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Permeability+dependence+study+of+the+focused+ultrasound-induced+blood-brain+barrier+opening+at+distinct+pressures+and+microbubble+diameters+using+DCE-MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Permeability dependence study of the focused ultrasound-induced blood-brain barrier opening at distinct pressures and microbubble diameters using DCE-MRI.</a> Magn Reson Med. 66 (3), 821-830 (2011).</li>
<li>Singh, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+all-ultrasound+cranial+imaging+method+to+establish+the+relationship+between+cranial+FUS+incidence+angle+and+transcranial+attenuation+in+non-human+primates+in+3D%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">An all-ultrasound cranial imaging method to establish the relationship between cranial FUS incidence angle and transcranial attenuation in non-human primates in 3D.</a> Sci Rep. 14 (1), 1488(2024).</li>
<li>Plaksin, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+analysis+predicts+nanoparticle+concentration+delivered+to+the+brain+parenchyma%5BTitle%5D)+AND+%22Commun+Biol%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging analysis predicts nanoparticle concentration delivered to the brain parenchyma.</a> Commun Biol. 5 (1), 1-11 (2022).</li>
<li>Singh, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Guiding+and+monitoring+focused+ultrasound+mediated+blood-brain+barrier+opening+in+rats+using+power+Doppler+imaging+and+passive+acoustic+mapping%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Guiding and monitoring focused ultrasound mediated blood-brain barrier opening in rats using power Doppler imaging and passive acoustic mapping.</a> Sci Rep. 12 (1), 14758(2022).</li>
</ol>

De auteurs hebben geen relevante belangenconflicten te melden.

Een protocol en dierprocedure met behulp van een rattenmodel voor katheterisatie van de halsslagader voor BBB-openingstudies is ontwikkeld. Hoewel er talrijke preklinische protocollen bestaan, bevat dit protocol een commercieel verkrijgbaar FUS-systeem en een rattenmodel, waardoor diervoorbereidingsprocedures worden geminimaliseerd en experimentele reproduceerbaarheid wordt gegarandeerd.
In dit protocol was de selectie van microbubbels gebaseerd op de stabiliteit en opslag bij kamertemperatuur. Andere commerciële microbubbels kunnen als alternatieven worden overwogen. Kotopoulis et al. onderzochten en vergeleken verschillende microbubbeltypen voor laag-intensiteits sonoporatie van pancreaskankers10. Op basis van in vitro resultaten werd de geselecteerde microbubbel in deze studie gevonden als de optimale formulering bij lagere intensiteiten, terwijl andere microbubbels effectiever waren bij hogere intensiteiten. Echter, de meest geschikte microbubbels voor het openen van de BBB in een rattenmodel blijven onduidelijk. Vlachos et al.13 onderzochten de effecten van akoestische druk en microbubbelgrootte op het volume van BBB-opening en weefselbeschadiging, zoals vasculaire verstoring en oedeem. Het voorgestelde protocol moedigt toekomstige studies aan om de meest geschikte microbubbel en sonicatieparameters voor gebruik in een rattenmodel te onderzoeken en te identificeren.
In deze studie werd het preklinische FUS-systeem geselecteerd vanwege zijn snelle en nauwkeurige mogelijkheden voor multi-punt targeting. Het systeem is geprogrammeerd om automatisch voorgedefinieerde focale punten te doorkruisen, een functie die regionale sonicatie gericht op het doelweefselgebied vergemakkelijkt. Als alternatief kunnen gevestigde gefocuste ultrasone (FUS) transducers, zoals die aangeboden door Sonic Concepts en ExAblate Neuro (zie Tabel van materialen), worden gebruikt om de bloed-hersenbarrière te openen14,15. Opmerkelijk is dat de ExAblate Neuro-transducer is ontworpen om compatibel te zijn met MR-beeldvorming, waardoor real-time begeleiding en monitoring van het behandelingsproces mogelijk is. In de toekomst kunnen deze transducers worden geïntegreerd in het ontwikkelde protocol.
Het voorgestelde MRI-protocol bevat verschillende MRI-sequenties om zijn potentiële bruikbaarheid voor diverse beeldvormingsstudies aan te tonen. Pre- en post-contrast T1-wegingsgradiëntechosequenties en T2-wegingsspinechosequenties worden aanbevolen om veranderingen in signaalintensiteit veroorzaakt door MRI-contrastmiddelen van BBB-lekkage vast te leggen. Gebruikers hebben de optie om DWI, DCE en T2* mapping in hun beeldvormingsprotocol op te nemen. Als alternatief voor het gebruik van een MRI-scanner introduceerden Singh et al.16 methoden met behulp van Doppler-ultrageluidbeeldvorming voor focale lokalisatie en passieve akoestische mapping om de cavitatie van microbubbels te detecteren, wat gecorreleerd is met BBB-geopende regio's. Daarom bevat dit protocol belofte voor implementatie binnen een volledig ultrageluidsysteem, wat een potentiële alternatief presenteert.
In deze studie werd de infusiebenadering12 toegepast, wat verwijst naar infusie tijdens sonicatie. Aangezien deze benadering continu microbubbels naar de hersenen levert, kan het resulteren in een stabieler en consistenter openen van de BBB in vergelijking met bolusinfusie. Lapin et al.12 onderzochten de vergelijking tussen de infusie- en bolusbenaderingen voor consistent BBB-opening, en ontdekten dat een snelheid van 7,2 μL Definity microbubbel/kg/min of lager de BBB kon openen zonder letsel bij verschillende drukniveaus. Deze benadering kan echter een potentiële beperking hebben in het handhaven van de concentratie van microbubbels in de spuit na verloop van tijd. Microbubbels kunnen de neiging hebben om te zweven en zich bovenaan de spuit te verzamelen, wat mogelijk een afname van de microbubbeldosis veroorzaakt. Als alternatief kan bolusinjectie van microbubbels in de retroorbitale sinus worden uitgevoerd. Toekomstige studies met behulp van het voorgestelde protocol zouden vergelijkingen moeten onderzoeken met verschillende microbubbelinfusiemethoden en -typen om BBB-opening in een rattenmodel te optimaliseren.
De beperking van deze studie is de afwezigheid van histochemische validatie voor macroscopische schade, zoals Hematoxyline en Eosine (H&E) of Crystal Violet kleuringsresultaten. Echter, het voorgestelde protocol kan worden gebruikt om sonicatie- en MRI-parameters te optimaliseren om macroscopische schade in de hersenen te voorkomen. Bovendien kunnen procedures voor histopathologisch onderzoek in toekomstige studies worden opgenomen om deze beperking aan te pakken.

De BBB reguleert de beweging van ionen, moleculen en cellen tussen de bloedvaten en hersenweefsels1. Deze functie maakt het mogelijk om neuronale functie en gezondheid te behouden terwijl de aflevering van therapeutische macromoleculaire agentia naar de hersenweefsels wordt voorkomen. De beperkte permeabiliteit van de BBB kan resulteren in een verminderde werkzaamheid en effectiviteit van behandelingen voor hersentumoren en neurodegeneratieve ziekten, zoals de ziekte van Parkinson, amyotrofische laterale sclerose en de ziekte van Alzheimer2. Daarom zijn verschillende benaderingen, zoals convectie-verbeterde aflevering, directe intracraniële injecties, osmotische verstoring en verbeterd medicijnontwerp, onderzocht om de BBB te omzeilen voor gecontroleerde aflevering van therapeutische agentia3,4,5.
Deze benaderingen hebben echter intrinsieke beperkingen zoals invasiviteit, risico op infectie, risico op bloeding, heterogeniteit en snelle uitstroom van geneesmiddelen. Laag-intensiteit gepulseerde gerichte echografie (FUS) met de injectie van microbubbels is een veelbelovende niet-invasieve techniek die gelokaliseerde en omkeerbare BBB-verstoring toelaat. De mechanische effecten van echografie gekoppeld aan microbubbels kunnen tijdelijk de permeabiliteit van de BBB veranderen (d.w.z. BBB-opening)6,7. Voor verdere vorderingen in behandelingstoepassingen die gebruikmaken van BBB-opening zijn in vivo experimenten met kleine dieren essentieel.
In deze studie introduceerden we MRI-protocollen en dierprocedures om BBB-opening in een ratmodel te monitoren. Het protocol omvatte een ratmodel met een Jugularis veneuze katheter die door een commerciële organisatie werd gecanuleerd (zie Tabel van Materialen). Een ratmodel van jugularis veneuze katheterisatie heeft de potentiële voordelen van snelle medicatietoediening, hemodynamische monitoringtests en stabiele katheterisatie. BBB-opening werd bereikt met behulp van een preklinisch FUS-systeem. Speciaal ontworpen voor BBB-opening in kleine diermodellen zoals ratten en muizen, bevat dit systeem essentiële componenten, zoals een tafelsysteem, besturingscomputer, transducer, waterontgasser en bijbehorende accessoires. Het gebruik van dit stereotactisch-geleide preklinische FUS-systeem verbetert niet alleen de precisie, maar stroomlijnt ook dierprocedures en MRI-protocollen, wat bijdraagt aan de reproduceerbaarheid en eenvoud van het algehele experimentele protocol.

<table><tbody><tr><td>1 mL spuit</td><td>BD plastipak</td><td></td><td></td></tr><tr><td>20 mL, Sodium Chloride 0.9%</td><td>Hospira, Inc</td><td>00409-7101-67</td><td></td></tr><tr><td>3 mL spuit</td><td>BD plastipak</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5 mL spuit</td><td>BD plastipak</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Blunt naald, 21 G</td><td>SAI infusion technologies</td><td>B21-50</td><td></td></tr><tr><td>Catheter connector, 21 G</td><td>SAI infusion technologies</td><td>CC-25-25</td><td></td></tr><tr><td>Catheter lock oplossing</td><td>SAI infusion technologies</td><td>Sku # HGS-10</td><td>(500 &micro;/mL) Glycerol</td></tr><tr><td>Evans Blue</td><td>Sigma aldrich</td><td>E2129-10g</td><td></td></tr><tr><td>ExAblate Neuro</td><td>Insightec Inc., Israel</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gadavist</td><td>Bayer</td><td>2068062</td><td></td></tr><tr><td>GE&nbsp; isoflurane Verdamper&nbsp;</td><td>GE Healthcare</td><td></td><td></td></tr><tr><td>IPS-12RS Spuitpomp</td><td>Inovenso</td><td>IPS-12</td><td></td></tr><tr><td>isoflurane USP</td><td>Vet one</td><td>501017</td><td></td></tr><tr><td>Lumason microbubbel</td><td>Bracco Diagnostics Inc</td><td>SKJ709700</td><td></td></tr><tr><td>Mannelijke Sprague-Dawley ratten (200&ndash;250 g)&nbsp;</td><td>Charles River Laboratories</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Naald, 18 G</td><td>BD Precisionglide</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fosfaat-gebufferde zoutoplossing</td><td>Mediatech</td><td>21-030-CVR</td><td></td></tr><tr><td>Polyethyleen buis</td><td>BD Intramedic</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Preklinische 3T cryogenvrije Bruker Biospin scanner&nbsp;</td><td>Bruker</td><td>Biospec3T</td><td></td></tr><tr><td>Raad met jugulaire venenkavernisatie</td><td>Charles River Laboratories</td><td></td><td></td></tr><tr><td>RK-50&nbsp; gefocuste ultrasone transducer</td><td>FUS Instruments</td><td>Tx-50-1000-0</td><td></td></tr><tr><td>RK-50 tafelgemonteerde gefocuste ultrasone systeem</td><td>FUS Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sonic Concepts</td><td>Sonic Concepts Inc., WA, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Geventileerde doseerspuit&nbsp;</td><td>B Braun</td><td>4550560</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Monitoring Blood-Brain Barrier Opening in Rats with a Preclinical Focused Ultrasound System

De hersenen hebben een zeer selectieve semipermeabele bloedbarrière, de zogenaamde bloed-hersenbarrière (BBB), die de aflevering van therapeutische macromoleculaire middelen in de hersenen voorkomt. De integratie van MR-gestuurde laag-intensiteit gepulseerde gerichte echografie (FUS) met microbubbel-pre-injectie is een veelbelovende techniek voor niet-invasieve en niet-toxische BBB-modulatie. MRI kan superieur wekweefselterugslag en verschillende kwantitatieve beoordelingen bieden, zoals vasculaire permeabiliteit, perfusie en de ruimte-tijdelijke verdeling van MRI-contrastmiddelen. Opmerkelijk is dat contrast-versterkte MRI-technieken met gadolinium-gebaseerde MRI-contrastmiddelen de gouden standaard zijn gebleken voor het detecteren van BBB-openingen. Dit onderzoek beschrijft een uitgebreide methodologie met betrekking tot MRI-protocollen en dierproeven voor het monitoren van BBB-opening in een rattenmodel. Het rattenmodel biedt het extra voordeel van de gebruik van een jugulaire venekatheter, wat een snelle medicatietoediening mogelijk maakt. Een stereotactisch geleide preklinische FUS-transducer vergemakkelijkt de verfijning en stroomlijning van dierproeven en MRI-protocollen. De resulterende methoden worden gekenmerkt door reproduceerbaarheid en eenvoud, waardoor de behoefte aan gespecialiseerde chirurgische expertise wordt geëlimineerd. Dit onderzoek streeft ernaar bij te dragen aan de optimalisatie van preklinische procedures met rattenmodellen en moedigt verder onderzoek aan naar de modulatie van de BBB om therapeutische interventies bij neurologische aandoeningen te verbeteren.

Deze studie presenteert een preklinisch protocol voor het monitoren van de opening van de bloed-hersenbarrière (BBB) in een ratmodel met behulp van een commercieel FUS-systeem voor dieren. Het FUS-systeem werd opgesteld op een werkbank of een grote transportwagen (Figuur 1). Ratten werden geanestheseerd met isofluraan gemengd met zuurstof via de neuskegel in het frame met de transducerhouder. Een hydrofoon met een resonantie van 500 kHz voor het detecteren van akoestische cavitatie werd in de FUS-transducer met een resonantieFrequentie van 1,0 MHz geplaatst.
Zoals getoond in Figuur 2, bevat het FUS-systeem sonicatie-instellingen en de mogelijkheid om doelposities aan te passen. Er moet een 'bewegingstest' worden uitgevoerd om te bevestigen dat de transducer tussen de posities kan bewegen binnen een burst-periode.
Wanneer de BBB wordt geopend, passeren GAD- en Evans blue-moleculen de BBB. De T1-gewogen MR-afbeelding legde GAD-geïnduceerde veranderingen in de MR-signaalintensiteit vast (Figuur 3A). Na de perfusieprocedure was het met Evans blue gekleurde weefsel direct zichtbaar (Figuur 3B).
Er werden experimenten met drie ratten uitgevoerd om de reproduceerbaarheid van BBBO aan te tonen. Figuur 4A toont de T1-gewogen gradiënt-echo beelden na sonicatie en de toediening van GAD. In drie experimenten werd een significante toename van de MR-signaalintensiteit waargenomen op de doellocatie. DCE-MR beelden gaven aan dat de meest significante verandering in signaalintensiteit optrad 7-8 min na de bolus van het MRI-contrastmiddel (Figuur 4B). T1-gewogen gradiënt- en T2-gewogen spin-echo sequenties toonden duidelijk een gebied van BBB-opening aan, terwijl er geen significante veranderingen werden waargenomen in de T1-map vóór de GAD-toediening (Figuur 4C).
De dier- en MRI-protocollen die in deze studie worden voorgesteld, tonen de haalbaarheid aan van het uitvoeren van MR-beeldvormingsonderzoeken met gebruik van een ratmodel met catheterisatie van de vena jugularis. MR-perfusiebeeldvorming en/of diffusietensorbeeldvorming kunnen in het protocol worden geïntegreerd om een nieuwe MRI-biomarker te onderzoeken voor het detecteren van de opening van de BBB.
<img alt="Experimentele opstelling voor ultrasone beeldvorming; omvat 1 MHz transducer, oscilloscoop, rattenhouder en meer." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66793/66793fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figuur 1"> 
Figuur 1: Preklinisch FUS-systeem voor op de tafel en positionering van de rat. (A) Preklinisch FUS-systeem voor op de tafel. (B) Positionering van de rat binnen het systeem. (C) 1 MHz transducer en hydrofoon, waarbij de hydrofoon in het centrum van de FUS-transducer is geplaatst. (D) Positionering van de transducer en de waterkoppelingcontainer op de kop van de rat. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66793/66793fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Weergave van sonicatieparameters en MRI-spotlokalisatie voor analyse van gefocuste ultrasone targeting." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66793/66793fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figuur 2"> 
Figuur 2: Gebruikersinterface van de software van het preklinische FUS-systeem. De gebruikersinterface van de software van het preklinische FUS-systeem maakt het mogelijk om sonicatie-instellingen en doelposities te wijzigen. Voordat de sonicatie wordt gestart, moet de 'motion test' worden uitgevoerd om er zeker van te zijn dat de transducer tussen spots kan verschuiven binnen een burstperiode. Deze functie meet de verplaatsingstijd van de transducer over de spots zonder sonicatie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66793/66793fig02large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Coronale en axiale hersensneden met echte R1, R2 monsters voor vergelijkende anatomische analyse." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66793/66793fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figuur 3"> 
Figuur 3: Post-GAD T1-gewogen beelden en hersengebieden na opening van de BBB. (A) T1-gewogen post-GAD beeld en (B) foto van de rattenhersenen na opening van de BBB. De labels R1 en R2 in (A) komen overeen met de gebieden die worden getoond in (C). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66793/66793fig03large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Dynamische contrast-versterkte MRI; beeldvorming van rattenhersenen; signaalintensiteit; T1, T2-gewogen, T1-mapping." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66793/66793fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figuur 4"> 
Figuur 4: MR-beeldvorming na sonicatie en GAD-injectie. (A) T1-gewogen MR-beelden van drie ratten na sonicatie en GAD-injectie. (B) Dynamische contrast-versterkte (DCE) MRI van Rat #3, die tijdsvariërende veranderingen in de signaalintensiteit illustreert. Het GAD-gebaseerde MRI-contrastmiddel werd geïnjecteerd op het tijdstip aangegeven door de rode pijl. (C) T1-gewogen, T2-gewogen MR-beelden en T1-kaarten van Rat #3, verkregen voorafgaand aan de injectie van het GAD-contrastmiddel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66793/66793fig04large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<table border="1" fo:font-size="8px" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td>2D DWI</td>
			<td>Cor 2D</td>
			<td>Cor 2D T1-kaart</td>
			<td>Cor 2D</td>
			<td>Cor 2D</td>
			<td>Cor 2D DCE (Bolus 1)</td>
			<td>Cor 2D</td>
			<td>Cor 2D</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>R2*-kaart</td>
			<td></td>
			<td>FLASH pre</td>
			<td>RARE pre</td>
			<td></td>
			<td>FLASH-bericht</td>
			<td>RARE-post</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sequentie</td>
			<td>EPI</td>
			<td>GRE</td>
			<td>TSE</td>
			<td>GRE</td>
			<td>TSE</td>
			<td>GRE</td>
			<td>GRE</td>
			<td>TSE</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TR</td>
			<td>2100 ms</td>
			<td>500 ms</td>
			<td>2400, 1600, 1100, 800, 450, 300 ms</td>
			<td>30 ms</td>
			<td>2000 ms</td>
			<td>39,3 ms</td>
			<td>30 ms</td>
			<td>1500 ms</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TE</td>
			<td>22,1 ms</td>
			<td>12 echo's;</td>
			<td>10,29 ms</td>
			<td>5,1 ms</td>
			<td>65 ms</td>
			<td>2,9 ms</td>
			<td>5,1 ms</td>
			<td>65 ms</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>3 - 47 ms</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dikte</td>
			<td>1 mm</td>
			<td>1 mm</td>
			<td>1 mm</td>
			<td>1 mm</td>
			<td>1 mm</td>
			<td>1 mm</td>
			<td>1 mm</td>
			<td>1 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gezichtsveld</td>
			<td>40 x 40</td>
			<td>40 x 40</td>
			<td>40 x 40</td>
			<td>40 x 40</td>
			<td>40 x 40</td>
			<td>40 x 40</td>
			<td>40 x 40</td>
			<td>40 x 40</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrix</td>
			<td>192</td>
			<td>192</td>
			<td>192</td>
			<td>256</td>
			<td>192</td>
			<td>128</td>
			<td>256</td>
			<td>192</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FA (graad)</td>
			<td>90</td>
			<td>60</td>
			<td>90/180</td>
			<td>20</td>
			<td>90/180</td>
			<td>12</td>
			<td>20</td>
			<td>45/180</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aantal coupes</td>
			<td>5</td>
			<td>5</td>
			<td>5</td>
			<td>5</td>
			<td>5</td>
			<td>5</td>
			<td>5</td>
			<td>5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acquisitietijd</td>
			<td>4 min 12 s</td>
			<td>3 min 12 s</td>
			<td>10 min 38 s</td>
			<td>2 min 9 s</td>
			<td>1 min 52 s</td>
			<td>8 min 23 s</td>
			<td>3 min 52 s</td>
			<td>1 min 24 s</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Opties</td>
			<td>Segment 12, 3 richtingen, b = 0, 54, 180, 522 s/mm2</td>
			<td>Aantal gemiddelden = 2, echo-afstand = 4 ms</td>
			<td>Echo-afstand 10,3 ms, RARA-factor 2</td>
			<td></td>
			<td>RARE-factor 10, Gemiddelden 4</td>
			<td>200 µL contrastmiddel (Gadavist, 1 mmol/kg)</td>
			<td></td>
			<td>RARE-factor 10, Gemiddelden 4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>voor rat van 200 g, 1 min pre, 7 min post, injecteer 200 µL/min, 200 µL zoutoplossing-flash</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabel 1: Preklinisch MRI-protocol bij een 3T MRI-scanner.

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

The brain has a highly selective semipermeable blood barrier, termed the blood-brain barrier (BBB), which prevents the delivery of therapeutic ...

monitoring-blood-brain-barrier-opening-rats-with-preclinical-focused

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Microbellen-gemedieerde focused ultrasound verstoring van de bloed-hersen barrière (BBB) ​​is een veelbelovende techniek voor niet-invasieve gerichte toediening van medicijnen in de...

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

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

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

Wordt een techniek beschreven voor het in grote lijnen het openen van de bloed-hersen barrière in de muis met behulp van microbellen en ultrageluid. Met deze techniek kan mangaan worden toegediend aan de hersenen van muizen. Omdat mangaan is een MRI-contrastmiddel dat zich ophoopt in gedepolariseerd neuronen, deze aanpak maakt beeldvorming van neuronale activiteit.

Functionele neuroimaging Met behulp van ultrasone bloed-hersen barrière verstoring en mangaan-enhanced MRI

Hier presenteren we een muis hersenen vasculaire permeabiliteit assay gebruik intraperitoneale injectie van fluorescerende traceurs gevolgd door perfusie die gelden voor dierlijke modellen van de bloed - hersenbarrière dysfunctie. Een hemi-hersenen wordt gebruikt voor het beoordelen van permeabiliteit kwantitatief en anderzijds voor tracer visualisatie/immunokleuring. De procedure duurt 5-6 h voor 10 muizen.

Een In Vivo bloed - hersenbarrière permeabiliteit Assay in muizen met behulp van Fluorescently label Tracers

Het algemene doel van deze procedure is bedoeld als een zeer reproduceerbaar techniek voor in vivo beoordeling van de verstoring van de bloed - hersen barrière in rat modellen van ischemische beroerte.

In Vivo eenbeoordeling van de verstoring van de bloed - hersen barrière in een Rat Model van ischemische beroerte

Hier presenteren we een protocol met een beschrijving van de instelling van een in gnudles BBB (bloed-hersenbarrière)-Minibrain polyester poreuze membraan cultuur invoegen systeem teneinde het vervoer van biomoleculen of infectieuze agentia via een menselijke BBB en hun fysiologische effect op de naburige hersencellen.

Een Model Interface menselijke Blood-Brain barrière kruisingen door ziekteverwekkers of geneesmiddelen en hun interacties met de hersenen bestuderen

Leer hoe u de bloed-hersenbarrière kunt openen bij ratten met MRI en gefocuste echografie. Deze methode verbetert de reproduceerbaarheid van preklinisch onderzoek naar geneesmiddelenafgifte in de hersenen.

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

Meer video's verkennen