Mózg jest jednym z najbardziej aktywnych metabolicznie i dynamicznych organów w organizmie, nieustannie generującym produkty przemiany materii, które muszą być efektywnie usuwane w celu utrzymania prawidłowej funkcji neuronów1. Nagromadzenie odpadów metabolicznych jest cechą charakterystyczną neurodegeneracji i starzenia się mózgu2. Układ glimfatyczny odgrywa centralną rolę w tym procesie oczyszczania, ułatwiając usuwanie produktów ubocznych metabolizmu i toksycznych odpadów poprzez masowy przepływ płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF) oraz wymianę CSF z płynem śródmiąższowym (ISF)3,4,5, co jest wspomagane przez kanały wodne akwaporyny-4 (AQP4) zlokalizowane na stopkach astrocytów6. Znaczną wiedzę na temat dynamiki CSF uzyskano poprzez badanie transportu różnych znaczników CSF. Dynamiczny rezonans magnetyczny z kontrastem (DCE-MRI) z wykorzystaniem środków kontrastowych opartych na gadolinie (GBCAs) jest szczególnie odpowiedni do oceny transportu znaczników w całym mózgu7,8. Relewantność kliniczna tego podejścia została wykazana w badaniach translacyjnych u ludzi. Do oceny dynamiki CSF w ludzkim mózgu wykorzystano dożylną administrację GBCAs, po której następowały seryjne badania MRI9. Kolejne prace wykazały transport znaczników w całym mózgu, a następnie ich oczyszczenie w ciągu nocy10. Podejście to zastosowano niedawno w celu ujawnienia upośledzonego periarterialnego transportu znaczników u osób z obniżoną rezerwą ciśnieniowo-objętościową wewnątrzczaszkową, a także u pacjentów z idiopatycznym wodogłowiem normotensyjnym11. Badania te ustanawiają DCE-MRI transportu znaczników CSF jako podejście możliwe do przełożenia na praktykę kliniczną i motywują do opracowania rygorystycznych, powtarzalnych metod przedklinicznych do mechanistycznych badań nad regulacją dynamiki CSF i oczyszczaniem z odpadów.
Kaniulacja do cysterny wielkiej (ICM) jest powszechnie stosowana w badaniach nad układem glimfatycznym w celu podania znaczników12Jednakże tylko około 20% dostarczonych GBCAs poprzez droga ta transportuje substancje do miąższu mózgu, przy czym większość z nich odpływa bezpośrednio do kręgosłupa lub naczyń limfatycznych8Podejście to niesie również ryzyko uszkodzenia móżdżku lub pnia mózgu, a unieruchomienie kaniuli na potrzeby badań podłużnych pozostaje wyzwaniem technicznym. Kanulacja dojamochowa (ICV) stała się bardziej niezawodną alternatywą.13,14,15Niedawne badanie wykazało powtarzalność tej metody oraz jej kluczowe zalety w dostarczaniu znaczników fluorescencyjnych, w tym stabilną fiksację kaniuli, która umożliwia swobodne poruszanie się zwierzęcia i pozwala na wielokrotne iniekcje znacznika w badaniach podłużnych.13.
Pomimo tych zalet, istniejące protokoły kaniulacji ICV nie są bezpośrednio kompatybilne z badaniami MRI16. Ponieważ kaniulacja ICV wymaga penetracji miąższu mózgu, zazwyczaj stosuje się kaniule ferromagnetyczne, które powodują występowanie silnych artefaktów podatności w obrazach MRI. W rezultnya infuzja znacznika musi być przeprowadzona poza skanerem, a kaniulę należy usunąć przed przeniesieniem zwierzęcia do obrazowania. Typowy schemat postępowania obejmuje wykonanie skanu bazowego, wyjęcie zwierzęcia w celu kaniulacji i infuzji znacznika, a następnie ponowne ustawienie zwierzęcia do kolejnych skanów dynamicznych. Taki przerwany proces uniemożliwia ciągłą akwizycję z referencją do stanu bazowego i wprowadza błędy w pozycjonowaniu, które mogą zakłócić kinetyczną analizę w skali woksela. Co ważniejsze, ponieważ wczesna faza wychwytu jest zazwyczaj najbardziej dynamicznym, a zarazem przejściowym etapem kinetyki znacznika, przenoszenie zwierzęcia i przygotowanie skanera w tym oknie czasowym skutkuje utratą najbardziej informatywnych danych.
W niniejszym opracowaniu przedstawiamy protokół, który rozwiązuje te ograniczenia poprzez zintegrowanie kompatybilnej z MRI linii infuzyjnej do komór bocznych (ICV) z możliwością podawania środka kontrastowego bezpośrednio w skanerze, co umożliwia ciągłe dynamiczne obrazowanie MRI u gryzoni. Podejście to pozwala na ilościowe mapowanie transportu znacznika w płynie mózgowo-rdzeniowym (CSF) w całym mózgu podczas jednej, nieprzerwanej sesji obrazowania. Protokół ten jest odpowiedni do badania dynamiki CSF w całym mózgu, transportu glimfatycznego oraz kinetyki usuwania substancji rozpuszczonych. Choć opisano go tutaj dla dorosłych szczurów, protokół można dostosować do myszy, wprowadzając odpowiednie korekty współrzędnych kaniulacji oraz parametrów infuzji15.