Method Article

Dwuwymiarowa wizualizacja mikrokrążenia mózgu szczura w superrozdzielczości za pomocą mikroskopii lokalizacji ultradźwiękowej

DOI:

10.3791/67813

⸱

March 28th, 2025

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

In This Article

Summary

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

Tutaj opisujemy protokół mikroskopii lokalizacji ultradźwięków (ULM), który osiąga rozdzielczość przestrzenną 12,5 μm do obrazowania mikrokrążenia mózgu u szczurów. Umożliwia szczegółową wizualizację kierunku i prędkości przepływu krwi, oferując potężne narzędzie do zaawansowanych badań nad krążeniem mózgowym i zaburzeniami naczyniowymi.

Abstract

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

Mikrokrążenie mózgowe tworzy złożoną sieć naczyń niezbędnych do utrzymania funkcji mózgu. Choroby takie jak udar, choroba Alzheimera, glejaki i otępienie naczyniowe mogą głęboko zakłócić pracę układu mikronaczyniowego. Niestety, obecne metody obrazowania medycznego oferują tylko pośrednie obserwacje w tej skali. Zainspirowana mikroskopią optyczną, ultradźwiękowa mikroskopia lokalizacyjna (ULM) przezwycięża klasyczny kompromis między głębokością penetracji a rozdzielczością przestrzenną. Lokalizując i śledząc poszczególne wstrzyknięte mikropęcherzyki (MB) z precyzją poniżej długości fali, można generować mapy naczyń krwionośnych i prędkości w skali mikrometrycznej. W tym miejscu przedstawiamy solidny protokół obrazowania mikrokrążenia mózgu w superrozdzielczości in vivo u szczurów przy użyciu komercyjnej platformy ultrasonograficznej. Metoda ta osiąga rozdzielczość przestrzenną 12,5 μm, rekonstruując architekturę mikronaczyniową i dostarczając szczegółowych informacji na temat kierunku i prędkości przepływu krwi, znacznie zwiększając naszą wiedzę na temat mikrokrążenia mózgowego. Protokół może zostać rozszerzony na modele chorób szczurów, oferując potężne narzędzie do wczesnej diagnozy i leczenia chorób nerwowo-naczyniowych.

Introduction

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

Mikrokrążenie mózgowe, składające się z naczyń włosowatych, tętniczek i żyłek, jest niezbędne do utrzymania funkcji mózgu, ułatwiając dostarczanie składników odżywczych, wymianę tlenu i usuwanie odpadów1,2. Zakłócenia w tej sieci są związane z zaburzeniami neurologicznymi, takimi jak udar mózgu3, choroba Alzheimera4, glejaki5 i demencja naczyniowa6, prowadzące do upośledzenia fizjologii mózgu. Zmiany mikronaczyniowe często poprzedzają wystąpienie objawów klinicznych, co czyni je krytycznym celem interwencji diagnost....

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

Protocol

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

Wszystkie eksperymenty na zwierzętach przeprowadzone w tej pracy są zatwierdzone przez Komitet Etyki Uniwersytetu Fudan (Numer zatwierdzenia: 2022JS-004). Protokół jest ściśle zgodny z wytycznymi Uniwersytetu Fudan dotyczącymi opieki nad zwierzętami, aby zapewnić humanitarne traktowanie zwierząt. Przed rozpoczęciem doświadczenia szczury muszą mieć zapewniony 1-tygodniowy okres aklimatyzacji środowiskowej, podczas którego otrzymują wystarczającą ilość paszy i wody. Fotoperiod jest dokładnie regulowany zgodnie z ich rytmami biologicznymi, aby zapewnić utrzymanie prawidłowych stanów fizjologicznych. Pod koniec eksperymentu przeprowadza się eutanazję przy użyciu przedawko....

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

Results

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

Rysunek 1 ilustruje szczegółową konfigurację obrazowania in vivo mikrokrążenia mózgu ULM u szczurów, przy czym każdy element jest starannie zaprojektowany, aby zminimalizować zmienność eksperymentalną i zapewnić dokładne pozyskiwanie danych dla wiarygodnych wyników obrazowania w superrozdzielczości.

Rysunek 2A przedstawia zrekonstruowaną przez ULM strukturę mikrokrążenia w mózgu szczura, umieszczoną na poziomie -1 mm od punkt.......

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

Discussion

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

W protokole tym z powodzeniem wykorzystano ULM do wykonywania obrazowania in vivo mikrokrążenia do mózgu szczura. W porównaniu z innymi metodami obrazowania, ULM jednocześnie dostosowuje się zarówno do rozdzielczości przestrzennej, jak i głębokości penetracji. Odsłonięty mózg szczura został zobrazowany, a nie przez czaszkę, co pozwoliło uniknąć tłumienia i zniekształceń spowodowanych obecnością kości. Pod przetwornikiem o częstotliwości centralnej 15,625 MHz uchwycono struktury naczyniowe na głębokości około 12 mm, z roz.......

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

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Ta praca była częściowo wspierana przez Narodowy Kluczowy Program Badawczo-Rozwojowy Chin w ramach Grantu 2023YFC2410903, Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (Granty 12274092, 12034005), Explorer Program of Shanghai (Grant 21TS1400200), Międzynarodowy Program Współpracy Naukowej i Technologicznej z Szanghaju (Grant 24490710400) oraz Fundację AI for Science Uniwersytetu Fudan (Grant FudanX24AI016).

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AlkoholDICHANGhttps://www.dehsm.com/goods-17187.html75%
Program kształtowania wiązkiInstytut Inżynierii Biomedycznej na Uniwersytecie w MontrealuMatlab Ultrasound Toolbox Wersja
Urządzenie do utrzymywania temperatury ciałaRWD Life Science Co., Ltd.69026
Stereotaktyczny instrument mózguRWD Life Science Co., Ltd.71000-RPrzystosowany do maski oddechowej
Zestaw narzędzi chirurgicznych do mikroiniekcji czaszkiRWD Life Science Co., Ltd.SP0005-R Mikroskop
cyfrowyRWD Life Science Co., Ltd.DOM-1001
Cewnik do dostarczania lekówRWD Life Science Co., Ltd.
Maść z erytromycynąRenhe PharmaH360200181% x 15 g
Aparat do znieczulenia gazowegoRWD Life Science Co., Ltd.R500IEZawiera maskę oddechową
Ręczna elektryczna maszynka do strzyżeniaGUAZHOUMUMJD-DTJ02
Ręczna mini wiertarka czaszkowaRWD Life Science Co., Ltd.78001
Igła do montażu w miejscupracy Kindly EnterpriseDevelopment Group Co., LTDModel dodatniego ciśnienia 26 gramów
Roztwór joduHYNAUThttps://www.hainuocn.com/index/detail/524.html4.5–
Program demodulacji IQInstytut Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu w MontrealuMatlab Ultrasound Toolbox 3.4 wersja
IsofluraneRWD Life Science Co., Ltd.R510-22-10
Oprogramowanie MATLABWersja MathWorksR2021a Pompa
mikroiniekcyjnaRWD Life Science Co., Ltd.R462
Chlorek sodu do wstrzykiwańSHENG'AO animals pharmaceutical Co., Ltd.2700714600,90%
SonoVueBraccohttps://www.bracco.com/en-se/product/sonovue
Wiertło kulisteRWD Life Science Co., Ltd.HM1027/HM1010
Obsługa oprogramowania do pozycjonowaniaRWD Life Science Co., Ltd.V2.0.0.30400
StrzykawkaUprzejmie EnterpriseDevelopment Group Co., Ltd.RWLB1 mL
Program śledzeniaJean-Yves TinevezWersja
Żel do ultradźwiękówJunkang Medical Equipment Co., Ltd.Model DS-1
Sonda ultradźwiękowaVERASONICS, INC.L22-14vX LF
System ultrasoniczny VerasonicsVERASONICS, INC.Platforma ultrasonograficznaVantage-256
3.4https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/administration/draw-blood 5,5 g/L 2016

References

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

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

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Tags

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

Related Articles