Method Article

Visualização bidimensional de super-resolução da microvasculatura cerebral de ratos usando microscopia de localização por ultrassom

DOI:

10.3791/67813

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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

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

Aqui, descrevemos um protocolo para microscopia de localização por ultrassom (ULM), que atinge resolução espacial de 12,5 μm para obter imagens da microvasculatura cerebral em ratos. Ele permite a visualização detalhada da direção e velocidade do fluxo sanguíneo, oferecendo uma ferramenta poderosa para o avanço dos estudos da circulação cerebral e distúrbios vasculares.

Abstract

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A microvasculatura cerebral forma uma rede complexa de vasos essenciais para manter a função cerebral. Doenças como acidente vascular cerebral, doença de Alzheimer, gliomas e demência vascular podem perturbar profundamente o sistema microvascular. Infelizmente, as modalidades atuais de imagens médicas oferecem apenas observações indiretas nessa escala. Inspirada na microscopia óptica, a microscopia de localização por ultrassom (ULM) supera o trade-off clássico entre profundidade de penetração e resolução espacial. Ao localizar e rastrear microbolhas injetadas individuais (MBs) com precisão de subcomprimento de onda, mapas vasculares e de velocidade podem ser gerados na escala micrométrica. Aqui, apresentamos um protocolo robusto para imagens de super-resolução da microvasculatura cerebral in vivo em ratos usando uma plataforma de ultrassom comercial. Este método atinge resolução espacial de 12,5 μm, reconstruindo a arquitetura microvascular e fornecendo informações detalhadas sobre a direção e velocidade do fluxo sanguíneo, melhorando muito nossa compreensão da microcirculação cerebral. O protocolo pode ser estendido a modelos de doenças de ratos, oferecendo uma ferramenta poderosa para o diagnóstico precoce e tratamento de doenças neurovasculares.

Introduction

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A microvasculatura cerebral, composta por capilares, arteríolas e vênulas, é essencial para manter a função cerebral, facilitando o fornecimento de nutrientes, a troca de oxigênio e a remoção de resíduos 1,2. Interrupções nessa rede estão implicadas em distúrbios neurológicos, como acidente vascular cerebral3, doença de Alzheimer4, gliomas5 e demência vascular6, levando a deficiências na fisiologia cerebral. As alterações microvasculares frequentemente precedem o início dos sintomas....

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Protocol

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Todos os experimentos em animais realizados neste trabalho são aprovados pelo Comitê de Ética da Universidade de Fudan (Número de Aprovação: 2022JS-004). O protocolo segue rigorosamente as diretrizes de cuidados com os animais da Universidade de Fudan para garantir o tratamento humano dos animais. Antes do início experimental, os ratos devem ter um período de 1 semana para aclimatação ambiental, durante o qual recebem ração e água suficientes. O fotoperíodo é cuidadosamente regulado de acordo com seus ritmos biológicos para garantir a manutenção de estados fisiológicos normais. No final do experimento, a eutanásia é realizada com uma ....

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Results

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A Figura 1 ilustra a configuração detalhada para imagens ULM microvasculares cerebrais in vivo em ratos, com cada elemento cuidadosamente projetado para minimizar a variabilidade experimental e garantir a aquisição de dados precisos para resultados confiáveis de imagem de super-resolução.

A Figura 2A mostra a estrutura reconstruída pelo ULM da microvasculatura no cérebro do rato, posicionada a -1 mm do ponto de Bregma, com um.......

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Discussion

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Este protocolo utilizou com sucesso o ULM para realizar imagens de super-resolução da microvasculatura cerebral de ratos in vivo. Em comparação com outras modalidades de imagem, o ULM acomoda simultaneamente a resolução espacial e a profundidade de penetração. O cérebro do rato exposto foi fotografado e não através do crânio, evitando atenuação e distorção causadas pela presença de osso. Sob um transdutor com frequência central de 15,625 MHz, foram captadas estruturas vasculares a uma pr.......

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Disclosures

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Os autores não têm nada a divulgar.

Acknowledgements

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Este trabalho foi apoiado em parte pelo Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da China sob a Concessão 2023YFC2410903, a Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (Bolsas 12274092, 12034005), o Programa Explorer de Xangai (Concessão 21TS1400200), o Programa Internacional de Cooperação em Ciência e Tecnologia de Xangai (Concessão 24490710400) e a Fundação AI for Science da Universidade de Fudan (Concessão FudanX24AI016).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
ÁlcoolDICHANGhttps://www.dehsm.com/goods-17187.html75%
Programa de formação de feixeInstituto de Engenharia Biomédica da Universidade de MontrealMatlab Ultrassom Toolbox versão 3.4 Dispositivo
manutenção da temperatura corporalRWD Life Science Co., Ltd.69026
Instrumento estereotáxico cerebralRWD Life Science Co., Ltd.71000-RAdaptável à máscara respiratória
Kit de instrumentos cirúrgicos de microinjeção cranianaRWD Life Science Co., Ltd.SP0005-R
Microscópio digitalRWD Life Science Co., Ltd.DOM-1001
Cateter de administração de medicamentosRWD Life Science Co., Ltd.
Pomada de eritromicinaRenhe PharmaH360200181% x 15 g
Máquina de anestesia a gásRWD Life Science Co., Ltd.R500IEInclui máscara respiratória
Clipper elétrico portátilGUAZHOUMUMJD-DTJ02
Mini furadeira craniana portátilRWD Life Science Co., Ltd.78001
Agulha de DemoraKindly EnterpriseDevelopment Group Co., LTDModelo de Pressão Positiva 26 gramas
Solução de iodoHYNAUThttps://www.hainuocn.com/index/detail/524.html4.5– Programa
demodulação de QIInstituto de Engenharia Biomédica da Universidade de Montreal Caixa de ferramentas deultrassom Matlab versão
IsofluranoRWD Life Science Co., Ltd.R510-22-10
Software MATLABMathWorksVersão R2021a
Bomba de microinjeçãoRWD Life Science Co., Ltd.R462
Injeção de cloreto de sódioSHENG'AO animais farmacêuticos Co., Ltd.2700714600,90%
SonoVueBraccohttps://www.bracco.com/en-se/product/sonovue
Broca esféricaRWD Life Science Co., Ltd.HM1027/HM1010
Software de Posicionamento de SuporteRWD Life Science Co., Ltd.V2.0.0.30400
SeringaKindly EnterpriseDevelopment Group Co., Ltd.RWLB1 mL
Programa de rastreamentoJean-Yves Tinevezversão
Gel de ultrassomJunkang Medical Equipment Co., Ltd.modelo DS-1
VERASONICS, INC.L22-14vX LF
Verasonics Sistema de UltrassomVERASONICS, INC.Plataforma de ultrassomVantage-256
dehttps://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/administration/draw-bloodde de 5,5 g/L 3.42016Sonda de ultrassom

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....

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