Zakłócenie bariery krew-mózg pod kontrolą MRI przy użyciu przezczaszkowego zogniskowanego ultrasonografu w modelu szczurzym

Ultradźwiękowe zakłócenie bariery krew-mózg (BBB) za pośrednictwem mikropęcherzyków jest obiecującą techniką nieinwazyjnego dostarczania leków do mózgu^1-3. Protokół ten przedstawia procedurę eksperymentalną przezczaszkowego rozerwania bariery krew-mózg pod kontrolą MRI w modelu szczurzym.

Ogólnym celem tej procedury jest miejscowe przerwanie bariery krew-mózg, umożliwiając przenikanie cząsteczek do tkanki, które normalnie są ograniczone do naczyń krwionośnych mózgu. Osiąga się to poprzez uprzednie przygotowanie zwierzęcia i umieszczenie go na wznak na łaźni wodnej nad zogniskowanym przetwornikiem ultradźwiękowym i trójosiowym systemem pozycjonowania przetwornika. Drugim etapem procedury jest pozyskanie obrazów MRI w celu dostarczenia informacji o celu do systemu pozycjonowania.

Trzecim etapem zabiegu jest przygotowanie i wstrzyknięcie roztworu mikropęcherzyków. Ostatnim etapem zabiegu jest ustawienie parametrów ultrasonograficznych i dostarczenie ultradźwięków. Ostatecznie można uzyskać wyniki, które pokazują przepuszczalność bariery krew-mózg w miejscach Sonikowanych za pomocą wzmocnionego kontrastem rezonansu magnetycznego T one.

Implikacje tej techniki rozciągają się na terapię zaburzeń mózgu i OUN, ponieważ to miejscowe i powtarzalne przerwanie bariery krew-mózg pozwala na badanie interwencji farmakologicznych w stanach, które wcześniej miały słabą odpowiedź na terapię farmakologiczną. Ogólnie rzecz biorąc, osoby początkujące w tej metodzie będą miały trudności, ponieważ obchodzenie się i wstrzykiwanie pęcherzyków wymaga cierpliwości i ostrożności, aby uniknąć rozbicia pęcherzyków, zanim dotrą do celu. Demonstracja przygotowania zwierzęcia zostanie pokazana na wycieczce.

Technik z naszego laboratorium Wybierz odpowiedni skalibrowany przetwornik ultradźwiękowy. Następnie odtwarzana jest kąpiel wodna wypełniona dejonizowaną wodą Degas na łóżku rezonansu magnetycznego o mocy 1,5 Tesli lub trzech Tesli, zamontuj przetwornik ultradźwiękowy w zbiorniku na trójosiowym stopniu lub systemie pozycjonowania kompatybilnym z MRI, skierowanym w stronę powierzchni wody. Łaźnia wodna powinna mieć górną płytę do trzymania zwierząt po znieczuleniu gazem izofluranowym, ogolić sierść od czubka głowy i szyi.

Następnie usuń pozostałą sierść za pomocą kremu do depilacji. Wprowadzić cewnik o rozmiarze 22 z trójdrożnym kurkiem zatrzymującym do żyły ogonowej i przepłukać mieszaniną soli fizjologicznej heparyny, aby zapobiec tworzeniu się skrzepów w cewniku. Podać środki znieczulające do wstrzykiwań we wstrzyknięciu domięśniowym i usunąć zwierzę z izofluoru.

Na 10 minut przed rozpoczęciem eksperymentu nałóż niewielką ilość żelu ultradźwiękowego na czubek głowy zwierzęcia, aby zminimalizować ryzyko uwięzienia pęcherzyków powietrza. Następnie umieść znieczulone zwierzę na wznak na ultradźwiękowym systemie pozycjonowania czubkiem głowy. Kontakt z łaźnią wodną przez otwór w górnej płycie.

Głowę można przytrzymać na miejscu za pomocą pręta do gryzienia, jeśli jest dostępny, lub taśmy mocno umieszczonej na brodzie. Następnie przyklej nogi do systemu pozycjonowania. Przykryj zwierzę ręcznikiem lub kocem, aby było mu ciepło.

W trakcie trwania eksperymentu. Uzyskaj wyjściowe osiowe obrazy MR mózgu T dwa ważone i T jeden ważone MR mózgu, używając odpowiednich parametrów skanowania. Wybierz cel z dwóch ważonych skanów T, unikając komór i linii środkowej mózgu i wybierając głębokość śródmózgowia.

Przesuń ostrość przetwornika do miejsca docelowego. Aktywuj ostateczne mikropęcherzyki zgodnie z protokołem producenta i powoli nabierz niewielką objętość do jednomililitrowej strzykawki. Za pomocą igły o rozmiarze 18 należy usunąć uwięzione powietrze ze strzykawki, delikatnie przesuwając tłok do przodu i do tyłu, zamiast stukać.

Ponieważ może to spowodować rozbicie mikropęcherzyków, należy rozcieńczyć mikropęcherzyki w zwykłej soli fizjologicznej w stosunku 10 do jednego soli fizjologicznej do mikropęcherzyków, powoli wstrzykując wymaganą objętość mikropęcherzyków do strzykawki z solą fizjologiczną. Delikatnie odwrócić strzykawkę, aby dokładnie wymieszać mikropęcherzyki i sól fizjologiczną, aż do uzyskania równomiernego wyglądu. Obliczyć wymaganą objętość dawki na podstawie 0,02 mililitra na kilogram mikropęcherzyków lub 0,2 mililitra na kilogram roztworu.

W rozcieńczeniu 10 do jednego. Ustaw parametry sonikacji za pomocą impulsów o niskim cyklu pracy, a nie sonikacji fal ciągłych. Sprawdź, czy głowa zwierzęcia jest nadal podłączona do wody.

Rozpocznij sonikację, jednocześnie powoli wstrzykując mikropęcherzyki do cewnika do żyły ogonowej. Następnie przepłukać 0,5 mililitra soli fizjologicznej po sonikacji. Wstrzyknąć środek kontrastowy MRI przez cewnik żyły ogonowej, a następnie 0,5 mililitra soli fizjologicznej.

Wykonaj obrazowanie ważone Tone do momentu, gdy szczyt kontrastu minie. Sonikacja. Miejsca, które zostały skutecznie zakłócone, wykażą większe wzmocnienie niż otaczająca tkanka. Wykonaj obrazowanie T two ważone, aby sprawdzić, czy w miejscach sonikacji występuje wysoki sygnał, co wskazuje na obrzęk.

Typowe obrazy MR przed i po FUST one weighted są pokazane tutaj. Wzmocniony kontrastem obraz ważony T one z wyraźnymi otworami ogniskowymi. Pokazane są cztery lokalizacje soniczne, z lokalizacjami pierwszym i drugim wykazującymi szczególnie jasne wzmocnienie kontrastu.

Lokalizacje pierwsza i druga wykazują również wysoką siłę sygnału przy użyciu T dwa ważonego obrazowania po FUS wskazującym na obrzęk. Zakres obrzęku T dwa ważonego można czasami łatwiej zwizualizować na warstwach strzałkowych tutaj, CET jeden ważony i T dwa ważone plastry strzałkowe poprzez zaklinanie. Miejsca pierwsza i trzecia są pokazane po tym, jak obrzęk FUS jest widoczny w miejscu pierwszym, ale nie w miejscu trzecim.

Analiza spektralna przechwyconych danych dotyczących emisji akustycznych może wykazać emisje harmoniczne i/lub emisje sub i ultraharmoniczne, gdy zachodzi stabilna kawitacja. Dane zebrane podczas pojedynczego 10-milisekundowego impulsu o częstotliwości 551,5 kHz pokazują częstotliwość podstawową, a także harmoniczne oraz harmoniczne sub i ultraharmoniczne. Zastosowanie wyższych częstotliwości sonikacji skutkuje bardziej zlokalizowanymi otworami ze względu na mniejszy rozmiar plamki ogniskowej, jak pokazano tutaj.

Wyższe częstotliwości mogą być używane do tworzenia mniejszych obszarów otwarcia, co pozwala na badanie śródmózgowia z mniejszą liczbą efektów w pobliżu czaszki. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, że ostrożne obchodzenie się z mikropęcherzykami ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia dobrych wyników. Gdy ta technika zostanie udoskonalona, badacze mogą zacząć odpowiadać na inne pytania, takie jak: jaka jest skuteczność dostarczania terapii do określonego celu w mózgu?