Neuroimagem Funcional Usando rompimento da barreira hemato-encefálica ultra-sônico e Manganês-RM

Resumo

Uma técnica é descrita para amplamente abertura da barreira sangue-cérebro no ratinho usando microbolhas e ultra-som. Usando esta técnica, o manganês pode ser administrada para o cérebro do rato. Porque o manganês é um agente de contraste para IRM que se acumula nos neurónios despolarizadas, esta abordagem permite imagiologia de actividade neuronal.

Resumo

Apesar de os ratos são o sistema modelo dominante para estudar as bases genéticas e moleculares da neurociência, neuroimagem funcional em ratos permanece tecnicamente desafiador. Uma abordagem, induzida por activação de manganês-RM (AIM MRI), tem sido utilizado com sucesso para mapear a actividade neuronal em roedores ^1-5. Em AIM RM, Mn ^{2 +} actua um análogo de cálcio e se acumula nos neurónios despolarizadas ^6,7. Porque Mn ^{2 +} reduz a propriedade tecido T _1, as regiões de atividade neuronal elevada irá aumentar em ressonância magnética. Além disso, Mn ^{2 +} limpa lentamente a partir das regiões activados e, portanto, a estimulação pode ser realizada fora do magneto antes da imagem, permitindo uma maior flexibilidade experimental. No entanto, porque Mn ^{2 +} não atravessam facilmente a barreira sangue-cérebro (BBB), a necessidade de abrir o BBB tem limitado o uso de AIM RM, especialmente em ratinhos.

Uma ferramenta para a abertura do BBB é ultrasound. Embora potencialmente prejudiciais, se ultra-som é administrado em combinação com microbolhas cheias de gás (ie, os agentes de contraste de ultra-som), a pressão acústica necessária para a abertura BBB é consideravelmente menor. Esta combinação de ultra-som e microbolhas pode ser usado para fiavelmente abrir o BBB sem causar danos aos tecidos ^8-11.

Aqui, um método é apresentado para a realização de AIM MRI usando microbolhas e ultra-som para abrir o BBB. Depois de uma injecção intravenosa de microbolhas perflutreno, um feixe de ultra-som desfocado pulsado é aplicada à cabeça de rato raspada durante 3 minutos. Por simplicidade, nos referimos a esta técnica de Abertura BBB com Microbolhas e ultra-som como BOMUS ^12. Usando BOMUS para abrir o BBB longo de ambos os hemisférios cerebrais, manganês é administrado ao cérebro de rato inteiro. Após a estimulação experimental dos ratos levemente sedados, AIM MRI é usado para mapear a resposta neuronal.

Parademonstrar essa abordagem, aqui BOMUS e AIM ressonância magnética são utilizados para mapear a estimulação mecânica unilateral das vibrissas em camundongos levemente sedados ^13. Devido BOMUS pode abrir o BBB longo de ambos os hemisférios, o lado não estimulado do cérebro é usado para controlar para a estimulação de fundo não específico. O mapa de ativação resultante 3D concorda bem com representações publicados das regiões vibrissas do campo barril córtex ^14. A abertura ultra-sônica do BBB é rápido, não invasivo e reversível; e, portanto, esta abordagem é adequada para estudos de alto rendimento e / ou longitudinal em ratos acordados.

Protocolo

1. Montar e calibrar sistema de ultra-

1. O sistema de ultra-som começa com um transdutor de ultra-som de um único elemento com um diâmetro de largura suficiente para cobrir o cérebro do rato e uma frequência central na gama de 2 MHz. O transdutor é accionado por um amplificador de potência 50-dB, que está ligado a um gerador de sinal que produz a sequência de impulsos de ultra-som.
2. Para calibrar a pressão acústica do sistema de ultra-som, usar um hidrofone para relacionar a tensão aplicada à pressão acústica resultante. Coloque o transdutor num tanque de água sobre o hidrofone. Aplicar um pulso simples (por exemplo, uma sinusóide 10-ciclo à frequên....

Discussão

Aqui, um método foi apresentado de forma não invasiva para a abertura do BBB por todo o cérebro de camundongo inteiro com ultra-som e microbolhas (BOMUS). Com a abertura BBB, Mn ^{2 +} foi administrada e induzida por activação de manganês-RM (AIM MRI) foi usado para resposta de imagem neuronal a curta duração estimulação em ratinhos sedados.

Abertura BBB adequada foi obtida com uma pressão de pico negativo acústico de 0,36 MPa. Observação, esta é a pressão na superfície do couro cabe.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Nome do reagente	Companhia	Número de Catálogo	Comentários
Hidrofone	Sonora Medical Systems, Longmont, CA	SN S4-251
Estágio de tradução	Newport Corporation, Irvine, CA
Transdutor de ultra-som	Olympus NDT, Inc., Waltham MA	A306S-SU	Analise folha do fabricante de teste que acompanha o transdutor para encontrar a frequência central exacta do que transdutor particular, que pode ser diferente da frequência nominal listado no catálogo. (Por exemplo, a frequência nominal de nosso transdutor foi de 2,25 MHz, mas a frequência central real foi de 2,15 MHz.)
Vevo Imagem da Estação	VisualSonics, Inc. Toronto, Canadá	;
50 dB amplificador de potência	E & I, Rochester, NY	modelo 240L
Gerador de sinal	Agilent Technologies, Santa Clara, CA	modelo 33220A
MnCl 2 - (H2O) 4	Sigma		Peso molecular varia de acordo com lote, contato com o fabricante para a medição exata
Lipídico perflutreno microesferas	Lantheus Medical Imaging, N. Billerica, MA	DEFINITY
Agitador microesfera	Lantheus Medical Imaging, N. Billerica, MA	Vialmix
MR bobina de imagem	m2m Imaging Corp, Hillcrest, OH		35 mm de diâmetro em quadratura de transmissão / recepção bobina de volume
Sistema de ressonância magnética	GE Healthcare, Milwaukee, WI		GE consola EXCITE operar um 7-T ímã furo horizontal
Ambiente de análise de imagem	Imagem Visage, San Diego, CA, MathWorks, Natick MA	Amira MATLAB