Jednoczesna ocena właściwości hemodynamiki mózgu i rozpraszania światła w mózgu szczura in vivo za pomocą wielospektralnego obrazowania odbicia rozproszonego
May 7th, 2017
Jednoczesna ocena hemodynamiki mózgu mózgu i właściwości rozpraszania światła w tkance mózgowej szczura in vivo jest demonstrowana przy użyciu konwencjonalnego wielospektralnego systemu obrazowania odbicia rozproszonego.
Ogólnym celem tej procedury jest wizualizacja hemodynamiki i właściwości rozpraszania światła w tkance mózgowej in vivo. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie optyki biomedycznej poprzez zastosowanie obrazowania wewnętrznych sygnałów optycznych w tkankach mózgowych szczurów. Główną zaletą tej techniki jest to, że można ocenić specjalne czasowe zmiany w hemodynamice postmózgowej i morfologii tkanki korowej.
Implikacje tej techniki rozciągają się na monitorowanie funkcji mózgu i żywotności dla różnych modeli zaburzeń mózgu, ponieważ eksperymenty z tymi modelami zwierzęcymi są często przeprowadzane przez okno czaszkowe. Tak więc ta metoda może zapewnić wgląd w wewnętrzne sygnały optyczne. Może być również stosowany do innych technik obrazowania spektralnego.
Zacznij od umieszczenia głowy szczura w stereotaktycznej ramce. Po znieczuleniu ogol obszar głowy poza potencjalne miejsce nacięcia za pomocą maszynki do strzyżenia włosów, aż pojawi się powierzchnia skóry. Następnie wykonaj podłużne nacięcie o długości około 20 milimetrów wzdłuż linii środkowej głowy za pomocą skalpela chirurgicznego.
I odsłonić podskórne tkanki łączne. Usuń podskórne tkanki łączne za pomocą ostrej kiretki i pociągnij ją po obu stronach głowy, aby odsłonić kość czaszki. Następnie użyj wiertła o dużej prędkości, aby wykopać elipsoidalny rów na kości czaszki wewnątrz szwów czaszkowych.
Następnie powoli i jednorodnie wykop kość czaszki do rowu. Następnie lekko dociśnij powierzchnię przerzedzonej czaszki czubkiem szczypiec, aby oszacować grubość i wytrzymałość kości po pojawieniu się naczynia krwionośnego mózgu. Następnie użyj czubka szczypiec, aby przeciąć elipsoidalną linię graniczną przerzedzonej czaszki na kawałki.
I powoli usuń przerzedzoną czaszkę z powierzchni mózgu. Na koniec delikatnie wykąp okno czaszki solą fizjologiczną i przykryj je przezroczystą szklaną płytką o grubości około 0,1 milimetra. Zacznij od użycia rurki do połączenia pierwszego portu rurki w kształcie litery Y zwanej łącznikiem pierwszym z pierwszym portem innej rurki w kształcie litery Y, zwanej łącznikiem drugim.
Następnie podłącz port wlotowy ustnika do drugiego portu pierwszego łącznika rurowego. Następnie użyj rurki, aby podłączyć trzeci port złącza lampy do urządzenia monitorującego stężenie tlenu. Podobnie, użyj rurki do połączenia drugiego portu łącznika rurki dwa z portem wylotowym aparatu do znieczulenia, a drugiej rurki użyj innej rurki do podłączenia trzeciego portu łącznika rurki dwa do portu wylotowego urządzenia do mieszania gazów.
Następnie użyj rurki, aby podłączyć jeden port wlotowy urządzenia do mieszania gazów z butlą z gazem o wysokim ciśnieniu 95%o2 5%co2. Podobnie podłącz drugi port wlotowy urządzenia do mieszania gazów do wysokociśnieniowej butli z gazem 95%n2 5%co2 za pomocą rurki. Następnie użyj pokręteł na urządzeniu do mieszania gazów, aby zmienić natężenia przepływu gazu o2 i n2.
Na koniec sprawdź i wyreguluj frakcję wdychanego tlenu lub fio2 za pomocą urządzenia monitorującego stężenie tlenu. Zacznij od delikatnego umieszczenia szczura na scenie i powoli dostosuj poziom STage, aby kamera mogła ustawić ostrość na powierzchni mózgu szczura. W oprogramowaniu do akwizycji obrazu wybierz polecenie zapisz z menu pliku, aby zapisać obraz do pliku, nazywając go zgodnie z próbką i długością fali.
Następnie zmień położenie filtra, obracając koło filtra. Powtórz akwizycję obrazu na każdej z dziewięciu długości fali. Następnie wyłącz halogen lamp źródło światła.
Zablokuj drogę światła do monochromatycznego systemu kamer ze sprzężonym ładunkiem za pomocą płyty ekranującej. Na koniec wybierz polecenie zapisz z menu plik i wybierz nazwę pliku identyfikującą próbkę. Szacunkowe obrazy stężenia hemoglobiny, stanu natlenienia i mocy rozpraszania dla mózgu szczura wystawionego na działanie in vivo są pokazane tutaj.
Stężenie hemoglobiny natlenionej i regionalne nasycenie tlenem w tętniczkach są wyższe niż w żyłkach. Poniżej przedstawiono obrazy odsłoniętego mózgu szczura podczas zmian w fio2 dla mocy rozpraszania światła B. Wartość B była nieznacznie zwiększona w okresie od wystąpienia niedotlenienia do zatrzymania oddechu, podczas gdy stale zmniejszała się w okresie od pięciu minut do 30 minut po wystąpieniu niedotlenienia.
Po opanowaniu tej techniki można ją ukończyć w ciągu trzech godzin, jeśli jest wykonywana prawidłowo. Podczas pomiaru obrazów spektralnych należy pamiętać o zachowaniu rozmieszczenia elementów optycznych. Po tej procedurze można wykonać inne metody, takie jak szybkie obrazowanie wielospektralne, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania dotyczące postoptycznych sygnałów wewnętrznych.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wizualizować właściwości hemodynamiczne i rozpraszania światła w mózgach szczurów wystawionych in vivo. Nie zapominaj, że praca z izofluranem może być niebezpieczna, a dawki gazów anestezjologicznych powinny być kontrolowane za pomocą teatru do usuwania gazów znieczulających.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
To badanie prezentuje metodę wizualizacji hemodynamicznej mózgu i właściwości rozpraszania światła in vivo za pomocą wielospektralnego układu obrazowania odbicia dyfuzyjnego na tkankach mózgu szczurów. Technika ta umożliwia ocenę zmian czasowych w funkcjonowaniu i morfologii mózgu.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Optyka biomedyczna
- Hemodynamika mózgu
- Techniki obrazowania
Tło
- Rozumienie funkcji mózgu jest kluczowe dla rozwiązywania różnych zaburzeń neurologicznych.
- Wewnętrzne sygnały optyczne dostarczają cennych informacji o właściwościach tkanki mózgowej.
- Tradycyjne metody obrazowania mogą nie skutecznie rejestrować zmian dynamicznych.
- Tę technikę można zastosować przez okna czaszki w modelach zwierzęcych.
Cel badania
- Wizualizacja hemodynamicznej mózgu w tkankach mózgu szczurów.
- Ocenienie właściwości rozpraszania światła dla lepszego zrozumienia funkcji mózgu.
- Dostarczenie informacji o zaburzeniach mózgu za pomocą zaawansowanych technik obrazowania.
Stosowane metody
- Wielospektralny układ obrazowania odbicia dyfuzyjnego.
- In vivo obrazowanie tkanki mózgu szczurów.
- Ocena zmian czasowych w hemodynamice.
- Analiza morfologii tkanki korowej.
Główne wyniki
- Skuteczna wizualizacja hemodynamicznej mózgu.
- Identyfikacja właściwości rozpraszania światła w tkankach mózgu.
- Ocena zmian w funkcjonowaniu mózgu w czasie.
- Potencjalne zastosowania w monitorowaniu zaburzeń mózgu.
Wnioski
- Ta metoda zwiększa zrozumienie wewnętrznych sygnałów optycznych w tkankach mózgowych.
- Oferuje nieinwazyjne podejście do badania funkcji mózgu.
- Technika ta ma zastosowanie do różnych modeli zaburzeń mózgu.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Simultaneous multispectral imaging of cerebral hemodynamics and light scattering in vivo enables quantitative assessment of brain tissue function and morphology in preclinical models. This approach supports early-stage discovery by providing high-content, spatially resolved data on oxygenation and tissue structure under controlled physiological states. Such capabilities are critical for de-risking neurological target validation and informing translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neurovascular function and tissue morphology in disease-relevant animal models.
- Supports biological de-risking by quantifying hemodynamic responses to controlled oxygenation changes.
- Provides spatially resolved data to clarify mechanistic hypotheses in neuroscience research.
Screening & Assay Development
- Facilitates preparation of validated in vivo imaging systems for downstream compound evaluation.
- Delivers reproducible, quantitative outputs for hemoglobin concentration and light scattering properties.
- Supports standardization of imaging protocols for cross-study comparability.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker development by mapping oxygenation and scattering changes during induced physiological states.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation in neurological disorder models.
- Provides predictive data to inform risk-adjusted advancement decisions in CNS portfolios.
Pipeline & Workflow Integration
This imaging method integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis testing, quantitative readouts, and mechanistic de-risking in live animal models.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven evaluation of neurovascular and tissue responses to oxygen modulation.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible imaging outputs for comparative studies.
- Analytics: Generates quantitative maps of hemoglobin concentration, oxygenation, and scattering for robust statistical analysis.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical phases by enabling biomarker alignment in disease models.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable imaging platform adaptable to various neurological research questions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in CNS research.
- Operational Value: Standardizes imaging workflows and enhances reproducibility across studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency in early-stage neuroscience portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neurological targets and models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in in vivo imaging and animal surgical preparation.
- Demands access to multispectral imaging instrumentation and analytical software for regression analysis.
- Necessitates cross-team standardization of imaging protocols and data analysis pipelines.
- Adaptation may be needed for different animal models or brain regions.
- Careful control of anesthesia and physiological parameters is essential for data integrity.
