Name: Uma abordagem benchtop para a abertura da barreira cerebral de sangue específica do local usando ultrassom focado em um modelo de rato (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-06-13T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 58 s
Description: Aprenda a abrir a barreira hematoencefálica em ratos usando ultrassom focado com microbolhas. Este protocolo permite a entrega localizada de agentes terapêuticos e de imagem de forma não invasiva.

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Esta pesquisa foi apoiada em parte por uma bolsa de Infraestrutura de Pesquisa da NSF EPSCoR para a Universidade Clemson (1632881). Além disso, esta pesquisa foi apoiada em parte pelo Civitan International Research Center, Birmingham, AL. Os autores reconhecem com gratidão o uso dos serviços e instalações da Universidade do Alabama em Birmingham Small Animal Imaging Shared Facility Grant [NIH P30 CA013148]. Os autores reconhecem Rajiv Chopra por seu apoio e orientação.

Todos os procedimentos experimentais foram realizados de acordo com as diretrizes do Comitê Institucional de Atenção e Uso de Animais (IACUC) da UAB.
1. Configuração focada do equipamento de condução de ultrassom
<ol><li>Utilize 50 cabos BNC coaxiais Ohm para conectar (1) a entrada do transdutor de ultrassom à saída do amplificador RF e (2) a entrada do amplificador RF à saída do gerador de função.</li>
	<li>Ajuste o modo gerador de função para uma rajada sinusoide uma vez por segundo com um ciclo de 1% de serviço.<ol>
<li>Para o transdutor de imersão de baixa potência de 1 MHz úmido com uma distância focal de 0,8 polegadas usada com um amplificador RF de 50 dB, defina as configurações iniciais para: onda seno de 1 MHz, pico de 1 V ao pico, ciclo de 10k, intervalo de 1 s (ou período).</li>
		<li>Para o ar apoiado, transdutor de alta potência de 1,1 MHz, defina as configurações iniciais para: onda seno de 1,1 MHz, pico de 50 mV ao pico, ciclos de 11k, intervalo de 1 s. NOTA: Não opere os transdutores a menos que estejam submersos. Não coloque uma mão ou outra parte do corpo no foco do ultrassom ou toque na face do transdutor enquanto estiver em funcionamento.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Configuração focada no bancada de ultrassom
<ol><li>Imprima em 3D o quadro estereotício e o porta-quadros estereotáticos.</li>
	<li>Conecte o transdutor ao posicionador XYZ usando um grampo segurando um tubo de PVC(Figura 1a). Aperte o grampo no deslizamento do eixo X e bloqueie com uma porca de asa.<ol>
<li>Se usar o transdutor de ultrassom de alta potência, conecte-o ao tubo de PVC usando um par de ímãs combinados. Certifique-se de que um ímã tem um orifício e o outro tem uma saliência correspondente. Tampe a parte inferior do tubo de PVC e conecte um dos ímãs a ele usando epóxi (ver Figura 1b).</li>
		<li>Conecte o segundo ímã ao centro superior do transdutor de ultrassom de alta potência usando epóxi. Certifique-se de que está no centro do transdutor (Figura 1c).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Se usar o transdutor de ultrassom de alta potência, faça um ponteiro para anular o posicionador XYZ. A ponta deste ponteiro indica a localização no espaço do centro do foco do transdutor quando o transdutor de ultrassom estiver ligado ao posicionador XYZ. Faça um ponteiro de uma agulha de 18 G cortada para ser o comprimento da distância focal do transdutor mais a espessura do transdutor(Figura 1d).<ol>
<li>Aplique epóxi em um terceiro ímã (este ímã também emparelha com o ímã da tampa de PVC) e conecte-o à parte superior do ponteiro. Em seguida, o ponteiro poderá ser anexado ao ímã no tubo de PVC para nulidade XYZ(Figura 1d).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Se usar o transdutor de imersão de baixa potência, imprima em 3D o arquivo para o ponteiro e o clipe de montagem.<ol>
<li>Conecte o transdutor de imersão de baixa potência ao tubo de PVC, cortando o clipe de montagem no tubo de PVC e inserindo o transdutor no anel(Figura 1f).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Faça um banho de água colando peças cortadas da folha de acrílico que poderão descansar em cima da cabeça do animal acima do quadro estereotático(Figura 1e).<ol>
<li>Corte uma abertura no fundo do banho que é do tamanho da cabeça do animal. Cubra o buraco no banho de água com uma fita de poliimida. NOTA: Deve-se tomar cuidado para garantir que a água não vaze ao redor da fita de poliimida, pois pode molhar a pele do rato e causar hipotermia.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Faça uma ressonância magnética fiducial preenchendo uma esfera de plástico ou vidro de 4 mm de diâmetro com um fluido visível de ressonância magnética (por exemplo, óleo de vitamina E) e selá-lo. Coloque-o no suporte fiducial de ressonância magnética no lado direito do quadro estereotítico impresso em 3D(Figura 2a).</li>
	<li>Fixar firmemente o suporte de quadro impresso em 3D ao posicionador XYZ em um bom local para posicionamento animal. Deslize a guia na extremidade rostral do suporte do quadro para o canal correspondente no trilho do eixo Y e fixando com parafusos definidos(Figura 1h, setas vermelhas).</li>
	<li>Para dirigir o posicionador XYZ, instale o conversor USB para serial em um computador seguindo as instruções do fabricante e conecte o conversor. Instale o ambiente de tempo de execução e o software do controlador do motor no PC.<ol>
<li>Certifique-se de que a porta serial adequada seja selecionada no software selecionando o CONVERSOR USB para serial no controle de dropdown de seleção da porta no painel frontal do software do controlador. Conecte o USB ao conversor serial à caixa do controlador do motor do estepe usando um cabo crossover serial de 9 pinos (por exemplo, cabo de modem nulo RS232).</li>
		<li>Execute o software do controlador para testar que os motores do stepper podem ser acionados sob controle de software. Esta etapa pode exigir a assistência do suporte local de TI.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Procedimento de segmentação intracraniana
NOTA: Ratos machos Sprague Dawley pesando 250-350 g foram usados para esses experimentos. Os animais tinham livre acesso à água e à comida de rato, e eram mantidos em um ciclo claro: escuro de 12:12 h.
<ol><li>Coloque o animal sob anestesia (3% isoflurane com oxigênio) e verifique se há falta de resposta ao beliscão do dedo do dedo do dedo. Em seguida, insira o cateter conforme descrito abaixo.<ol>
<li>Aqueça a cauda com uma lâmpada para fazer é mais fácil de acertar a veia. Tenha cuidado para não superaquecer o animal ou queimar a cauda.</li>
		<li>Uma vez que o animal esteja dormindo (não responde a uma pitada de dedo do dedo do dedo), insira o cateter da veia da cauda de 24 G que será usado para entregar microbolhas, corante azul Evans (EBD), contraste de ressonância magnética gadobutrol se usar ressonância magnética, e o agente experimental de interesse. Uma vez que a veia é atingida, o sangue encherá a bainha, lentamente removerá a agulha interna enquanto empurra a bainha mais para dentro da veia. NOTA: Veja um guia como Stuart e Schroeder33 se fizerem as injeções da veia da cauda do rato pela primeira vez.</li>
		<li>Se não houver fluxo sanguíneo, mova lentamente a bainha do cateter para fora da veia para testar que a agulha pode ter cutucado através da veia. Se o sangue fluir quando o cateter é puxado para trás ligeiramente, então primeiro poke atravessou a veia e a colocação do cateter precisará ser reiniciada em outro local na cauda que é rostral para o local anterior.</li>
	</ol></li>
	<li>Encha o plugue do cateter com soro fisiológico e enrosque o cateter plugue na extremidade da porta do cateter assim que a porta estiver cheia de sangue. Enrole cuidadosamente a fita de laboratório ao redor do cateter e da cauda para mantê-lo no lugar. Comece com uma pequena peça na parte superior e trabalhe na direção caudal, deixando a extremidade do plugue do cateter exposta.</li>
	<li>Conecte a linha de anestesia no conector da anestesia no quadro estereotaxico(Figura 2a)e fixe a cabeça dos animais na moldura, colocando a boca na barra de mordida e guiando as barras de ouvido em ambos os canais auditivos, em seguida, aperte os parafusos do conjunto. Certifique-se de que a cabeça dos animais está segura e nivelada.</li>
	<li>Mova o animal para o leito de ressonância magnética e conecte a linha de anestesia ao cone do nariz. Neste protocolo foi utilizada uma ressonância magnética animal de 9,4 T.</li>
	<li>Coletar imagens coronárias e axiais de peso T2 que capturam todo o cérebro, bem como o fiduciário de ressonância magnética(Figura 2b) para medições coordenadas. Forneça ao físico ou técnico de ressonância magnética local as seguintes informações para que eles possam construir o protocolo de ressonância magnética.<ol>
<li>Para imagens coronais (Figura 2b superior), utilize os seguintes parâmetros: número de imagens: 27, largura: 62,2 mm, altura: 62,2 mm, profundidade: 37,97 mm, tamanho Voxel: 0,24 x 0,24 x 1,41 mm3.</li>
		<li>Para imagens axiais(Figura 2b inferior), utilize os seguintes parâmetros: número de imagens: 13, Largura: 61,47 mm, Altura: 53,81 mm, Profundidade: 16,7 mm, tamanho Voxel: 0,41 x 0,21 x 1,29 mm3. NOTA: Não é necessário ter esses parâmetros exatos, desde que o coronal em resolução do plano esteja perto de 0,25 mm e as imagens cubram todo o cérebro e fiduciário.</li>
	</ol></li>
	<li>Colete medições coordenadas das imagens acima registrando a distância do fiducial de ressonância magnética até a região cerebral que será alvo de FUS.<ol>
<li>No scanner, nas imagens coronais coletadas na etapa 3.5, encontram-se a imagem em que o fiducial é o maior, indicando o centro do fiduciário. Regisso o ponto de distância do topo do fiduciário até a região do cérebro de interesse em mm (o software de ressonância magnética terá uma ferramenta de medição de escala ou ponto, consulte a tecnologia ou físico local de ressonância magnética sobre como fazer isso) tanto na direção medial/lateral quanto na direção ventral dorsal(Figura 2b, topo).</li>
		<li>No scanner, nas imagens axiais coletadas na etapa 3.5, encontre a imagem que mostra a parte superior do fiduciário e meça a distância do centro do fiducial até a região cerebral alvo tanto na direção dorsal/ventral quanto na direção medial/lateral(Figura 2b, inferior).</li>
		<li>Compare as duas medidas medial/lateral e se forem diferentes use a média. Estas medidas coordenadas serão usadas mais tarde na etapa 4.3 para guiar o ponto focal do FUS para a região cerebral alvo com o posicionador XYZ.</li>
	</ol></li>
	<li>Colete imagens de ressonância magnética. Compare essas imagens com as imagens coletadas após a abertura do FUS BBB (Figura 4). Imagens ponderadas com T1 serão usadas posteriormente para visualizar a abertura do BBB, imagens ponderadas com T2 serão posteriormente usadas para garantir que nenhum dano tecidual tenha ocorrido após o tratamento de FUS34.<ol>
<li>Para imagens axiais ponderadas em T1, utilize os seguintes parâmetros: largura: 30 mm, altura: 51,2 mm, profundidade: 3,0 mm, tamanho do voxel: 0,23 x 0,2 x 0,23 mm3, número de imagens: 13.</li>
		<li>Para imagens axiais ponderadas por T2, utilize os seguintes parâmetros: largura: 30 mm, altura: 51,2 mm, profundidade: 2,6 mm, tamanho do voxel: 0,2 x 0,2 x 0,2 mm3, número de imagens: 13.</li>
		<li>Para imagens coronais ponderadas t1, utilize os seguintes parâmetros: largura: 30 mm, altura: 30 mm, profundidade: 27 mm, tamanho do voxel: 0,16 x 0,16 x 1 mm3, número de imagens: 27.</li>
		<li>Para imagens coronais ponderadas t2, utilize os seguintes parâmetros: largura: 30 mm, altura: 30 mm, profundidade: 27 mm, tamanho do voxel: 0,12 x 0,12 x 1 mm3, número de imagens: 27. NOTA: Como na etapa 3.5, esses parâmetros de imagem não precisam ser exatamente os mesmos listados. Essas imagens têm um FOV menor e resolução maior do que as coletadas na etapa 3.5.</li>
	</ol></li>
	<li>Mantendo o animal na estrutura estereotaxa, transporte rapidamente o animal do leito de ressonância magnética até a configuração do FUS do topo do banco. Certifique-se de que o animal permaneça dormindo para a transferência sob o efeito da anestesia.</li>
	<li>Para tempos de transferência mais longos, use uma caixa para transferência que seja grande o suficiente para caber no animal e no quadro. Com o plugue de anestesia ainda ligado, coloque o animal e o quadro dentro da caixa e deixe o excesso de isoflurane encher a caixa por alguns minutos. Desligue a linha de anestesia e transfira rapidamente.</li>
</ol>4. Procedimento de ultrassom focado
<ol><li>Ao chegar à configuração do banco fus, conecte imediatamente a linha de anestesia no cone do nariz e continue a correr 1,5-3% de isoflurano com oxigênio. Faça isso o mais rápido possível para evitar que o animal acorde.</li>
	<li>Deslize o quadro para o suporte da armação e encaixe-o firmemente. Use cortadores para raspar a cabeça do animal. Escove o excesso de cabelo e aplique creme de removedor de cabelo no couro cabeludo. Deixe descansar por 3 minutos e limpe com água e gaze.</li>
	<li>Se a ressonância magnética não estiver disponível para segmentação, use um quadro estereotático padrão (não impresso em 3D) para anular a posição do ponteiro para bregma tocando na ponta do ponteiro para bregma (uma incisão do couro cabeludo será necessária para isso) e anulando o software ou gravando as coordenadas. Mova a carruagem XYZ em 50 mm clicando no botão up 50 no software e trocando o ponteiro pelo transdutor. Com base em um atlas cerebral de rato como descrito anteriormente35, mova-se para as coordenadas cerebrais desejadas usando os botões de pisação no software. Se usar este método em vez de ressonância magnética, pule para a seção 4.6.</li>
	<li>Se utilizar orientação de ressonância magnética, conecte o ponteiro e mova o ponteiro para a localização do fiducial de ressonância magnética(Figura 1d,g). Posicione o ponteiro na parte superior e central do fiducial de ressonância magnética (é fornecido um pequeno orifício na parte superior do suporte fiducial para apontar). Clique no botão de posição nula que é o ponto a partir do qual todas as distâncias na imagem de ressonância magnética foram calculadas.</li>
	<li>Remova o ponteiro e mova o posicionador para as coordenadas medial/lateral e as coordenadas rostral/caudal. Levante o posicionador pressionando o botão até 50 para permitir a colocação do banho de água e do gel de ultrassom. Se a parte superior da viagem do eixo Z for atingida, o local de anulação será invalidado. A coordenada dorsal/ventral será definida após a adição do transdutor.</li>
	<li>Aplique gel de ultrassom no couro cabeludo do animal e coloque o banho de água sobre o animal com a janela de fita poliimida pressionada sobre o gel. Certifique-se de que não há bolhas de ar no gel de ultrassom.</li>
	<li>Encha o banho de água com água desgaseada.</li>
	<li>Se usar o transdutor de alta potência, baixe o posicionador para que o ímã fique logo acima da água. Conecte o transdutor ao posicionador baixando cuidadosamente o transdutor na água em um ângulo para evitar que bolhas de ar fiquem presas sob o rosto e conectem os ímãs.</li>
	<li>Se usar o transdutor de imersão de baixa potência, baixe o posicionador na água logo acima do clipe do transdutor. Em seguida, corte o transdutor no lugar, baixando-o lentamente na água em um ângulo para evitar que bolhas de ar fiquem presas sob o rosto. NOTA: Um banho transparente é útil ao olhar sob a face do transdutor para bolhas.</li>
	<li>Abaixe o posicionador para a coordenada dorsal/ventral.</li>
	<li>Ligue o amplificador de energia RF.</li>
	<li>Injete 1 mL/kg de corante azul Evans (EBD) colocando a ponta da agulha no plugue do cateter e injetando. Deixe circular por 5 minutos.</li>
	<li>Ative os microbolhas sacudindo-os violentamente com o agitador de bolhas.<ol>
<li>Prepare 5x a dose de 30 μL/kg de microbolhas (bolha conc. 1,2 x 1010/mL) em 0,2 mL de soro fisiológico para explicar os 2 tratamentos de FUS e a tubulação no conjunto de infusão alado 18 G. Por exemplo, se o rato pesa 200 g, então encha a seringa contendo ponta de agulha de 18 G com 30 μL de microbolhas em 1 mL de soro fisiológico. NOTA: Certifique-se de usar pontas de agulha de 18 G para até pegar e injetar com o conjunto de infusão alado.</li>
		<li>Inverta a seringa várias vezes para obter uma distribuição uniforme de microbolhas. Em seguida, anexe e encha o conjunto de infusão alado. Posicione a seringa na bomba de infusão e ajuste a bomba de infusão para entregar 0,2 mL a uma taxa de 6 mL/h. Isso fornecerá uma infusão lenta dos microbolhas sobre a exposição de FUS de 2 minutos.</li>
		<li>Insira a agulha alada no plugue do cateter.</li>
	</ol></li>
	<li>Primeiro, execute a bomba de infusão, espere 3 s e inicie o tratamento de FUS pressionando o botão de habilitação de saída no gerador de função (rotulado "nogerador de função na Tabela de Materiais). Repita essas duas vezes por região com 5 minutos entre elas para permitir que as microbolhas se limpem.<ol>
<li>Pressione o botão on novamente no gerador de função para parar o tratamento de FUS quando a bomba de infusão parar em 2 min.</li>
		<li>Espere 5 min para as microbolhas limparem. Em seguida, inicie a infusão e o segundo tratamento de FUS.</li>
		<li>Imediatamente após o segundo tratamento de FUS, injete contraste de gadobutrol (se estiver usando ressonância magnética) e o agente de interesse, por exemplo, partículas virais. O volume total entregue de todos os agentes não deve exceder 5 mL/kg. NOTA: O tempo de entrega (por exemplo, antes ou depois da abertura do FUS BBB) do agente de interesse pode diferir dependendo do agente utilizado.</li>
	</ol></li>
	<li>Desligue o amplificador de energia RF e transporte imediatamente o animal de volta para a ressonância magnética.</li>
</ol>5. Confirmação de ressonância magnética da abertura do BBB
<ol><li>Se a ressonância magnética não estiver disponível, pule para a seção 6 e use a expressão EBD para confirmação da abertura do BBB.</li>
	<li>Coloque o animal de volta no leito de ressonância magnética exatamente no mesmo local que na etapa 3.7 e conecte a linha de anestesia.</li>
	<li>Colete os postes de ressonância magnética com os mesmos parâmetros de imagem utilizados na etapa 3.7 para visualizar o aprimoramento da ressonância magnética gadobutrol na região de abertura do BBB (Figura 3b,e).</li>
</ol>6. Perfusão e coleta de tecidos
<ol><li>Perfunda o animal com formalina fria de 4% até que o sangue se esclae completamente.</li>
	<li>Remova o cérebro e coloque em 4% de formalina ou PFA a 4 °C durante a noite. Em seguida, coloque o cérebro em 30% de solução de sacarose até que o cérebro afunde (cerca de 2-3 dias). Finalmente, o flash congele em nitrogênio líquido ou em gelo seco e armazene a -80°C até que se cryosectioning.</li>
	<li>Congele o cérebro em OUTUBRO e faça criosections.</li>
	<li>Corrigir e cobrir seções de deslizamento para microscopia de fluorescência. A excitação do EBD atinge picos de excitação de 470 e 540 nm e picos de emissões a 680 nm. Tampar com meio de montagem DAPI para visualizar morfologia celular global.</li>
</ol>

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<li>Baseri, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activation+of+signaling+pathways+following+localized+delivery+of+systemically+administered+neurotrophic+factors+across+the+blood-brain+barrier+using+focused+ultrasound+and+microbubbles%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Activation of signaling pathways following localized delivery of systemically administered neurotrophic factors across the blood-brain barrier using focused ultrasound and microbubbles.</a> Physics in Medicine and Biology. 57 (7), 65-81 (2012).</li>
<li>Rodríguez-Frutos, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+brain-derived+neurotrophic+factor+delivery+by+ultrasound+and+microbubbles+promotes+white+matter+repair+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Enhanced brain-derived neurotrophic factor delivery by ultrasound and microbubbles promotes white matter repair after stroke.</a> Biomaterials. 100, 41-52 (2016).</li>
<li>Karakatsani, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amelioration+of+the+nigrostriatal+pathway+facilitated+by+ultrasound-mediated+neurotrophic+delivery+in+early+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">Amelioration of the nigrostriatal pathway facilitated by ultrasound-mediated neurotrophic delivery in early Parkinson's disease.</a> Journal of Controlled Release. 303, 289-301 (2019).</li>
<li>Lin, C. -Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive%2C+neuron-specific+gene+therapy+by+focused+ultrasound-induced+blood-brain+barrier+opening+in+Parkinson%27s+disease+mouse+model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">Non-invasive, neuron-specific gene therapy by focused ultrasound-induced blood-brain barrier opening in Parkinson's disease mouse model.</a> Journal of Controlled Release. 235, 72-81 (2016).</li>
<li>Long, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Treatment+of+Parkinson%27s+disease+in+rats+by+Nrf2+transfection+using+MRI-guided+focused+ultrasound+delivery+of+nanomicrobubbles%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemical+and+Biophysical+Research+Communications%22%5BJournal%5D)">Treatment of Parkinson's disease in rats by Nrf2 transfection using MRI-guided focused ultrasound delivery of nanomicrobubbles.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. , (2016).</li>
<li>Fan, C. -H., Lin, C. -Y., Liu, H. -L., Yeh, C. -K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound+targeted+CNS+gene+delivery+for+Parkinson%E2%80%99s+disease+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">Ultrasound targeted CNS gene delivery for Parkinson’s disease treatment.</a> Journal of Controlled Release. 261, 246-262 (2017).</li>
<li>Kinoshita, M., McDannold, N., Jolesz, F. A., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+delivery+of+antibodies+through+the+blood-brain+barrier+by+MRI-guided+focused+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemical+and+Biophysical+Research+Communications%22%5BJournal%5D)">Targeted delivery of antibodies through the blood-brain barrier by MRI-guided focused ultrasound.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 340 (4), 1085-1090 (2006).</li>
<li>Todd, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulation+of+brain+function+by+targeted+delivery+of+GABA+through+the+disrupted+blood-brain+barrier%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Modulation of brain function by targeted delivery of GABA through the disrupted blood-brain barrier.</a> Neuroimage. 189, 267-275 (2019).</li>
<li>Nance, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+delivery+of+stealth%2C+brain-penetrating+nanoparticles+across+the+blood-brain+barrier+using+MRI-guided+focused+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">Non-invasive delivery of stealth, brain-penetrating nanoparticles across the blood-brain barrier using MRI-guided focused ultrasound.</a> Journal of Controlled Release. 189, 123-132 (2014).</li>
<li>Mulik, R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Localized+delivery+of+low-density+lipoprotein+docosahexaenoic+acid+nanoparticles+to+the+rat+brain+using+focused+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Localized delivery of low-density lipoprotein docosahexaenoic acid nanoparticles to the rat brain using focused ultrasound.</a> Biomaterials. 83, 257-268 (2016).</li>
<li>Lin, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-Brain-Barrier-Penetrating+Albumin+Nanoparticles+for+Biomimetic+Drug+Delivery+via+Albumin-Binding+Protein+Pathways+for+Antiglioma+Therapy%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Blood-Brain-Barrier-Penetrating Albumin Nanoparticles for Biomimetic Drug Delivery via Albumin-Binding Protein Pathways for Antiglioma Therapy.</a> ACS Nano. 10 (11), 9999-10012 (2016).</li>
<li>Timbie, K. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MR+image-guided+delivery+of+cisplatin-loaded+brain-penetrating+nanoparticles+to+invasive+glioma+with+focused+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">MR image-guided delivery of cisplatin-loaded brain-penetrating nanoparticles to invasive glioma with focused ultrasound.</a> Journal of Controlled Release. 263, 120-131 (2017).</li>
<li>Fan, C. -H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SPIO-conjugated%2C+doxorubicin-loaded+microbubbles+for+concurrent+MRI+and+focused-ultrasound+enhanced+brain-tumor+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">SPIO-conjugated, doxorubicin-loaded microbubbles for concurrent MRI and focused-ultrasound enhanced brain-tumor drug delivery.</a> Biomaterials. 34 (14), 3706-3715 (2013).</li>
<li>Mainprize, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-Brain+Barrier+Opening+in+Primary+Brain+Tumors+with+Non-invasive+MR-Guided+Focused+Ultrasound%3A+A+Clinical+Safety+and+Feasibility+Study%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Blood-Brain Barrier Opening in Primary Brain Tumors with Non-invasive MR-Guided Focused Ultrasound: A Clinical Safety and Feasibility Study.</a> Scientific Reports. 9 (1), 321(2019).</li>
<li>Chen, K. -T., Wei, K. -C., Liu, H. -L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theranostic+Strategy+of+Focused+Ultrasound+Induced+Blood-Brain+Barrier+Opening+for+CNS+Disease+Treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Theranostic Strategy of Focused Ultrasound Induced Blood-Brain Barrier Opening for CNS Disease Treatment.</a> Frontiers in Pharmacology. 10, 86(2019).</li>
<li>Lipsman, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-brain+barrier+opening+in+Alzheimer%E2%80%99s+disease+using+MR-guided+focused+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Blood-brain barrier opening in Alzheimer’s disease using MR-guided focused ultrasound.</a> Nature Communications. 9 (1), 2336(2018).</li>
<li>Stewart, K., Schroeder, V. Compound Administration I. , JoVE. Cambridge, MA. Available from: 
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<li>Liu, H. -L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+enhanced+by+superparamagnetic+iron+oxide+particles%3A+usefulness+for+distinguishing+between+focused+ultrasound-induced+blood-brain+barrier+disruption+and+brain+hemorrhage%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging enhanced by superparamagnetic iron oxide particles: usefulness for distinguishing between focused ultrasound-induced blood-brain barrier disruption and brain hemorrhage.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 29 (1), 31-38 (2009).</li>
<li>Geiger, B. M., Frank, L. E., Caldera-Siu, A. D., Pothos, E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Survivable+stereotaxic+surgery+in+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Survivable stereotaxic surgery in rodents.</a> Journal of Visualized Experiments. (20), e880(2008).</li>
<li>Marty, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+study+of+blood-brain+barrier+closure+after+its+disruption+using+ultrasound%3A+a+quantitative+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cerebral+Blood+Flow+and+Metabolism%22%5BJournal%5D)">Dynamic study of blood-brain barrier closure after its disruption using ultrasound: a quantitative analysis.</a> Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 32 (10), 1948-1958 (2012).</li>
<li>Alonso, A., Reinz, E., Fatar, M., Hennerici, M. G., Meairs, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clearance+of+albumin+following+ultrasound-induced+blood-brain+barrier+opening+is+mediated+by+glial+but+not+neuronal+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Clearance of albumin following ultrasound-induced blood-brain barrier opening is mediated by glial but not neuronal cells.</a> Brain Research. 1411, 9-16 (2011).</li>
<li>McDannold, N., Zhang, Y., Vykhodtseva, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-brain+barrier+disruption+and+vascular+damage+induced+by+ultrasound+bursts+combined+with+microbubbles+can+be+influenced+by+choice+of+anesthesia+protocol%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">Blood-brain barrier disruption and vascular damage induced by ultrasound bursts combined with microbubbles can be influenced by choice of anesthesia protocol.</a> Ultrasound in Medicine & Biology. 37 (8), 1259-1270 (2011).</li>
<li>McDannold, N., Zhang, Y., Vykhodtseva, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Effects+of+Oxygen+on+Ultrasound-Induced+Blood-Brain+Barrier+Disruption+in+Mice%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">The Effects of Oxygen on Ultrasound-Induced Blood-Brain Barrier Disruption in Mice.</a> Ultrasound in Medicine & Biology. 43 (2), 469-475 (2017).</li>
<li>O'Reilly, M. A., Muller, A., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound+insertion+loss+of+rat+parietal+bone+appears+to+be+proportional+to+animal+mass+at+submegahertz+frequencies%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">Ultrasound insertion loss of rat parietal bone appears to be proportional to animal mass at submegahertz frequencies.</a> Ultrasound in Medicine & Biology. 37 (11), 1930-1937 (2011).</li>
<li>Abrahao, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((First-in-human+trial+of+blood-brain+barrier+opening+in+amyotrophic+lateral+sclerosis+using+MR-guided+focused+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">First-in-human trial of blood-brain barrier opening in amyotrophic lateral sclerosis using MR-guided focused ultrasound.</a> Nature Communications. 10 (1), 4373(2019).</li>
</ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Aqui descrevemos uma abordagem benchtop para microbolhas assistida fus bbb abertura com abordagens alternativas, incluindo, dois transdutores diferentes e métodos para direcionamento intracraniano com e sem orientação de ressonância magnética. Atualmente, para estabelecer a abertura do FUS BBB guiado por RESSONÂNCIA Magnética no laboratório, há a opção de comprar excelentes dispositivos prontos para uso que fornecem resultados altamente padronizados e reprodutíveis com interfaces fáceis de usar. No entanto, muitos labora...

Apesar das muitas descobertas na neurociência básica, o número de tratamentos emergentes para distúrbios neurodesenvolvimentantes e neurodegenerativos permanece relativamente limitado1,2. Uma compreensão mais profunda dos genes, moléculas e circuitos celulares envolvidos em distúrbios neurológicos tem sugerido tratamentos promissores irrealizáveis em humanos com técnicas atuais3. Tratamentos eficazes são muitas vezes limitados pela necessidade de ser penetrável cerebral e específico do local4,5,6,7,8. No entanto, os métodos existentes de entrega de medicamentos localizados para regiões cerebrais específicas (por exemplo, entrega via injeção ou cânula) são invasivos e requerem uma abertura a ser feita no crânio9. A invasividade desta cirurgia impede o uso rotineiro do parto localizado no cérebro humano. Além disso, os danos teciduais e as respostas inflamatórias resultantes são confundimentos onipresentes para estudos básicos e pré-clínicos que dependem da injeção intracerebral10. A capacidade de fornecer agentes não invasivamente através da barreira cerebral sanguínea (BBB) e direcioná-los para regiões cerebrais específicas pode ter um tremendo impacto nos tratamentos para distúrbios neurológicos, ao mesmo tempo em que fornece uma poderosa ferramenta investigativa para pesquisas pré-clínicas.
Um método de transporte direcionado através do BBB com dano mínimo de tecido é o ultrassom focado transcranário (ME) juntamente com microbolhas para abrir o BBB11,12,13,14,15,16. A abertura do FUS BBB ganhou atenção recente para o tratamento de distúrbios neurodegenerativas, derrame e glioma, localizando terapêuticas para atingir regiões cerebrais como fatores neurotróficos17,18,19, terapias genéticas20,21,22, anticorpos23, neurotransmissores24, e nanopartículas25,26,27,28,29. Com sua ampla gama de aplicações e sua natureza não invasiva30,31, a abertura do FUS BBB é uma alternativa ideal para injeções intracranianas estereotaxas rotineiras. Além disso, devido ao seu uso atual em humanos30,32, investigações pré-clínicas usando essa técnica podem ser consideradas altamente translacionais. No entanto, a abertura do FUS BBB ainda não foi uma técnica amplamente estabelecida em ciência básica e pesquisa pré-científica devido à falta de acessibilidade. Por isso, fornecemos um protocolo detalhado para uma abordagem de bancada para a abertura do FUS BBB como ponto de partida para laboratórios interessados em estabelecer essa técnica.
Estes estudos foram conduzidos com um transdutor de ultrassom específico de ar apoiado por ar de alta potência ou um transdutor de imersão ultrassônica de baixa potência. Os transdutores foram conduzidos por um amplificador de energia RF projetado para cargas reativas e um gerador de função de bancada padrão. Os detalhes para esses itens podem ser encontrados na Tabela de Materiais.

<table><tbody><tr><td>Bubble shaker</td><td>Lantheus Medical Imaging</td><td>VMIX</td><td>VIALMIX, dispositivo de ativação usado para ativar microbolhas Definity microbolhas</td></tr><tr><td>Plugue do cateter/ Tampa de injeção</td><td>Tecnologias de infusão SAI</td><td>Número da peça: IC</td><td>Plugue do cateter/ Tampa de injeção</td></tr><tr><td>Corante azul Evans Sigma</td><td></td><td>E2129-10G</td><td>Corante azul Evans</td></tr><tr><td>Gerador de função</td><td>Tektronix</td><td>AFG3022B</td><td>Canal duplo, 250MS/s,</td></tr><tr><td>transdutor FUS de 25MHz, 1.1MHz</td><td>FUS Instruments</td><td>TX-110</td><td>Transdutor de ultrassom com foco esférico compatível com ressonância magnética de 1 MHz com um hidrofone</td></tr><tr><td>Almofada de aquecimento para camundongos e ratos</td><td>Kent Scientific</td><td>PS-03</td><td>Almofada de aquecimento - PhysioSuite para camundongos e ratos</td></tr><tr><td>Bomba de infusão</td><td>KD Scientific</td><td>780100</td><td>KDS 100 Legacy Bomba de infusão de seringa única Fita</td></tr><tr><td>Kapton</td><td>Gizmo Dorks</td><td>https://www.amazon.com/dp/B01N1GGKRC/ ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_GbR7Db56HKD91</td><td>Fita Gizmo Dorks Kapton (Poliimida) para Impressoras 3D e Impressão, 8 x 8 polegadas, 10 Folhas por Pacote</td></tr><tr><td>Transdutor de imersão de baixa potência,</td> Transdutor de Imersão <td>Olympus</td><td>V303-SU</td> de 1MHz<td>, 1 MHz, 0.50 in. Diâmetro do elemento, estilo de caixa padrão, conector UHF reto, F = 0,80 IN</td></tr><tr><td>conjuntos de ímã</td> PTF <td>WINOMO</td><td>https://www.amazon.com/dp/B01DJZQJBG/ ref = cm_sw_em_r_mt_dp_U_JYQ7DbM32E5QC</td><td>WINOMO 15mm costurar em fechos de saco magnético para costura Scrapbooking - 10 conjuntos</td></tr><tr><td>amplificador de RF</td><td>E & I</td><td>A075</td><td>75W</td></tr><tr><td>Cateter de veia caudal</td><td>BD</td><td>382512/ Fisher Item:</td><td>NC1228513 24g BD Insyte Autoguard blindado IV cateteres (não alados)</td></tr><tr><td>Microbolhas de contraste de ultrassom</td><td>Lantheus Medical Imaging</td><td>DE4, DE16</td><td>DEFINITY (Perflutren Lipid Microsphere)</td></tr><tr><td>Gel de ultrassom</td><td>Aquasonic</td><td>https://www.amazon.com/dp/B07FPQDM4F/ ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_D6Q7Db3J9QP7P</td><td>Ultrasound Gel Aquasonic 100 Transmissão 1 Litro Squeeze</td></tr><tr><td>Bottle Conjuntos de infusão com asas, 22ga.</td><td>Fisher Healthcare</td><td>22-258087</td><td>Terumo Surflo Winged Infusion</td></tr><tr><td>Sets software do controlador do motor</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>software personalizado escrito em LabView para controlar o ambiente de tempo de execução do controlador do motor Velmex</td></tr><tr><td>para o software do controlador do motor</td><td>National Instruments</td><td>LabView runtime engine versão 2017 ou superior</td><td>https://www.ni.com/en-us/support/downloads/software-products/download.labview.html</td></tr><tr><td>Atuador de estágio linear de 3 eixos (posicionador XYZ)</td> <td>Parafusos Velmex</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>Velmex MB-1</td><td>BiSlide Bolt 1/4-20x3/4" Parafuso de cabeça de soquete (pacote de 10), Qtd:3</td></tr><tr><td>controlador de motor</td><td>Controle Velmex</td><td>VXM-3</td>, <td>controle de motor de passo programável de 3 eixos, Qtd:1</td></tr><tr><td>grampos de montagem</td><td>Velmex</td><td>MC-2</td><td>Cleat, 2 furos BiSlide, Qtd:6</td></tr><tr><td>grampos de montagem</td><td>Velmex</td><td>MC-2</td><td>Cleat, 2 furos BiSlide, Qtd:2</td></tr><tr><td>conversor usb para serial</td> Cabo de Comunicação Serial <td>Velmex</td><td>VXM-USB-RS232</td><td>USB para RS232 10ft, Qty:1</td></tr><tr><td>estágio linear do eixo x Velmex</td><td></td><td>MN10-0100-M02-21</td><td>BiSlide, viagem=10 polegadas, 2 mm/rot, limites, NEMA 23, Qtd:1</td></tr><tr><td>motor de passo do eixo x</td><td>Velmex</td><td>PK266-03A-P1</td><td>Vexta Tipo 23T2, Motor de Passo de Eixo Único, Qtd:1</td></tr><tr><td>estágio linear do eixo y</td><td>Velmex</td><td>MN10-0100-M02-21</td><td>BiSlide, viagem=10 polegadas, 2 mm/rotação, limites, NEMA 23, Qtd:1</td></tr><tr><td>motor de passo do eixo y</td><td>Velmex</td><td>PK266-03A-P1</td><td>Vexta Tipo 23T2, Motor de Passo de Eixo Único, Qtd:1</td></tr><tr><td>amortecedor de eixo z</td><td>Amortecedor Velmex</td><td>D6CL-6.3F</td><td>D6CL para Tipo 23 Amortecedor de Passo de Eixo Duplo Motor, Qtd:1</td></tr><tr><td>estágio linear do eixo z</td><td>Velmex</td><td>MN10-0100-M02-21</td><td>BiSlide, viagem=10 polegadas, 2 mm/rotação, limites, NEMA 23, Qtd:1</td></tr><tr><td>motor de passo do eixo z</td><td>Velmex</td><td>PK266-03B-P2</td><td>Vexta Tipo 23T2, Motor de Passo de Eixo Duplo, Qtd:1</td></tr><tr><td>arquivos</td><td></td><td></td><td></td>imprimíveis em 3D</tr><tr><td>Montagem e ponteiro</td><td></td><td></td> <td>do transdutor de imersãohttps://www.tinkercad.com/things/cRgTthGXSRq</td></tr><tr><td>Quadro estereotáxico</td><td></td><td></td><td>https://www.tinkercad.com/things/ilynoQcdqlH</td></tr><tr>Suporte <td></td><td></td> de<td>quadro estereotáxico</td><td>https://www.tinkercad.com/things/aZNgqhBOHAX</td></tr><tr><td>9.4T pequeno furo animal MRI</td><td>Bruker</td><td>Bruker BioSpec 94/20</td><td>ParaVision versão 5.1</td></tr><tr><td>AAV9-hsyn-GFP</td><td>Addgene</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Creme removedor de cabelo</td><td>Church & Dwight</td><td></td><td>Nair creme</td></tr><tr><td>gadobutrol agente de contraste de ressonância magnética</td><td>Bayer</td><td></td><td>Gadavist (Gadobutrol, 1mM / mL)</td></tr> <tr><td>Quadro estereotáxico</td><td>Stoelting</td> <td># 51500</td><td>não compatível com ressonância magnética</td></tr><tr><td>dispositivo de entrega de FUS chave na mão</td><td>FUS Instruments</td><td>RK-300</td><td>pronto para usar FUS compatível com ressonância magnética para roedores</td></tr></tbody></table>

uma abordagem benchtop para a abertura da barreira cerebral de sangue específica do local usando ultrassom focado em um modelo de rato

A Benchtop Approach to the Location Specific Blood Brain Barrier Opening using Focused Ultrasound in a Rat Model

Cirurgia estereotaxica é o padrão ouro para a droga localizada e a entrega de genes para o cérebro de roedores. Essa técnica tem muitas vantagens sobre a entrega sistêmica, incluindo localização precisa para uma região cerebral alvo e redução de efeitos colaterais fora do alvo. No entanto, a cirurgia estereotaxa é altamente invasiva, o que limita sua eficácia translacional, requer longos tempos de recuperação e oferece desafios ao atingir múltiplas regiões cerebrais. O ultrassom focado (FUS) pode ser usado em combinação com microbolhas circulantes para abrir transitoriamente a barreira cerebral do sangue (BBB) em regiões de tamanho milímetro. Isso permite a localização intracraniana de agentes entregues sistematicamente que normalmente não conseguem atravessar o BBB. Esta técnica fornece uma alternativa não invasiva à cirurgia estereotaxa. No entanto, até o momento, essa técnica ainda não foi amplamente adotada em laboratórios de neurociência devido ao acesso limitado a equipamentos e métodos padronizados. O objetivo geral deste protocolo é fornecer uma abordagem de bancada para a abertura do FUS BBB (BBBO) que seja acessível e reproduzível e, portanto, possa ser facilmente adotada por qualquer laboratório.

Aqui, demonstramos que o ultrassom focado com microbolhas pode induzir abertura de BBB localizada utilizando os parâmetros especificados acima com o transdutor de imersão de baixa potência(Figura 3) e o transdutor FUS(Figura 4). Primeiro, em experimentos iniciais, o transdutor de imersão de baixa potência foi direcionado para um hemisfério cerebral anterior(Figura 3b) ou medial(Figura 3a). Os animais fo...

Ultrassom focado com agentes de microbolhas pode abrir a barreira cerebral sanguínea de forma focal e transitória. Esta técnica tem sido usada para fornecer uma ampla gama de agentes através da barreira cerebral do sangue. Este artigo fornece um protocolo detalhado para a entrega localizada ao cérebro de roedores com ou sem orientação de ressonância magnética.

Uma abordagem benchtop para a abertura da barreira cerebral de sangue específica do local usando ultrassom focado em um modelo de rato

Stereotaxic surgery is the gold standard for localized drug and gene delivery to the rodent brain. This technique has many advantages over systemic ...

O ultrassom focalizado em combinação com microbolhas circulantes pode ser usado para fornecer aberturas temporárias de tamanho milimétrico na barreira hematoencefálica. Isso permite a entrega não invasiva de agentes circulantes sistemicamente para atingir regiões cerebrais. Para começar, encha o tampão do cateter com soro fisiológico e aqueça a cauda do rato com uma lâmpada, tomando cuidado para não superaquecer o animal.Insira um cateter de veia da cauda de calibre 24 que será usado para fornecer microbolhas, corante azul de Evans, contraste de ressonância magnética de gadobutrol se estiver usando ressonância magnética e o agente experimental de interesse. O sangue encherá a bainha quando a veia for atingida. Lentamente, remova a agulha interna enquanto empurra a bainha ainda mais para dentro da veia.Aparafuse o plugue do cateter na extremidade da porta do cateter, assim que a porta estiver cheia de sangue. Enrole cuidadosamente a fita adesiva ao redor do cateter e da cauda para mantê-lo no lugar, começando com um pequeno pedaço na parte superior e trabalhando na direção caudal. Deixe a extremidade do plugue do cateter exposta.Conecte a linha de anestesia no conector de anestesia na estrutura estereotáxica. Em seguida, fixe a cabeça do animal na armação, colocando a boca na barra de mordida e guiando as barras auriculares em ambos os canais auditivos e apertando os parafusos de fixação. Mova o animal para a cama de ressonância magnética.Usando parâmetros descritos no manuscrito do texto, colete imagens ponderadas em T2 coronal e axial que capturam todo o cérebro, bem como a ressonância magnética fiducial para medições de coordenadas. Nas imagens coronais, encontre a imagem em que o fiducial é o maior, indicando o centro do fiducial. Registre a distância do topo da região fiducial à região cerebral de interesse em milímetros, tanto na direção médio-lateral quanto na direção dorsal-ventral.Nas imagens axiais, encontre a imagem que mostra o topo do fiducial e registre as coordenadas X e Y para o centro do fiducial e as coordenadas X e Y da região do cérebro de interesse. Calcule a distância do centro da região fiducial ao cérebro alvo nas direções rostral-caudal e médio-lateral. Depois de reunir as coordenadas, colete as imagens de pré-digitalização.Mantendo o animal neste quadro estereotáxico, transporte-o rapidamente do leito de ressonância magnética para a configuração do FUS de bancada. Certifique-se de que o animal permaneça dormindo sob o efeito da anestesia. Deslize a moldura no suporte da moldura e encaixe-a firmemente no lugar.Use uma tesoura para raspar a cabeça do animal, depois escove o excesso de pelos e aplique creme removedor de pelos no couro cabeludo. Deixe descansar por três minutos e limpe-o com água e gaze. Se estiver usando orientação por ressonância magnética, conecte o ponteiro e mova-o para o local do fiducial de ressonância magnética.Posicione o ponteiro no topo e no centro da ressonância magnética fiducial, que é o ponto a partir do qual todas as distâncias na imagem de ressonância magnética foram calculadas. Remova o ponteiro e mova o posicionador para as coordenadas médio-lateral e as coordenadas rostral-caudais. Lamba o botão de posição nula e levante o posicionador pressionando o botão para cima 50, para permitir a colocação do banho-maria e do gel de ultrassom.Aplique o gel de ultrassom no couro cabeludo do animal e coloque o banho-maria sobre o animal, com a janela da fita de poliimida pressionada sobre o gel, certificando-se de que não haja bolhas de ar no gel. Encha o banho-maria com água desgaseificada. Se estiver usando o transdutor de alta potência, abaixe o posicionador para que o ímã fique logo acima da água.Conecte o transdutor ao posicionador abaixando cuidadosamente o transdutor na água em um ângulo e conectando os ímãs. Abaixe o posicionador até a coordenada dorsal-ventral e ligue o amplificador de potência de RF. Injete um mililitro por quilograma de corante azul 3%Evans enfiando a ponta de uma agulha no plugue do cateter e injetando.Todo o animal deve ficar azul em segundos, indicando que o cateter está posicionado corretamente na veia da cauda. Deixe o corante circular por cinco minutos e, em seguida, ative as microbolhas agitando-as violentamente com o agitador de bolhas. Inverta esta seringa várias vezes para obter uma distribuição uniforme de microbolhas e, em seguida, coloque e encha o conjunto de infusão com asas.Posicione a seringa na bomba de infusão e ajuste a bomba de infusão para fornecer 0.2 mililitros a uma taxa de seis mililitros por hora, proporcionando infusão lenta das microbolhas durante os dois minutos de exposição ao FUS. Insira a agulha alada no plugue do cateter. Primeiro execute a bomba de infusão, aguarde três segundos e, em seguida, inicie o tratamento FUS pressionando o botão liga e no gerador de funções.Repita isso duas vezes por região com cinco minutos entre elas para permitir que as microbolhas desapareçam. Pressione novamente o botão de ligar no gerador de funções para interromper o tratamento FUS quando a bomba de infusão parar em dois minutos. Aguarde cinco minutos para que as microbolhas desapareçam, depois inicie a infusão e o segundo tratamento FUS.Imediatamente após o segundo tratamento com FUS, injete contraste de gadobutrol e o agente de interesse. O volume total entregue de todos os agentes não deve exceder cinco mililitros por quilograma. Para confirmar a abertura da BHE, coloque o animal de volta na cama de ressonância magnética exatamente no mesmo local e conecte a linha de anestesia.Colete pós-exames de ressonância magnética com os mesmos parâmetros de imagem das imagens pré-exame para confirmar o realce da ressonância magnética do gadobutrol na região da abertura do BBB. Este protocolo foi usado para induzir a abertura localizada da barreira hematoencefálica com o transdutor de imersão de baixa potência e o transdutor de ultrassom focalizado de alta potência. Primeiro, o transdutor de imersão de baixa potência foi direcionado para o hemisfério cerebral anterior ou medial.Os animais foram sacrificados com ou sem perfusão, e a abertura da BHE foi visualizada via autofluorescência do corante azul de Evans. Em experimentos posteriores, o transdutor FUS foi direcionado para o hipocampo ou para o córtex cingulado anterior. Além do corante azul de Evans, o agente de contraste de ressonância magnética gadobutrol foi usado para verificar a abertura direcionada da BHE em VIVO.Depois que os animais foram sacrificados, a autofluorescência do corante azul de Evans confirmou o local de abertura. Para avaliar se essa técnica poderia ser usada para entrega de genes direcionados, AAV nove expressando proteína fluorescente verde e contraste de gadobutrol foram injetados imediatamente após a abertura da barreira hematoencefálica no hipocampo. O animal foi fotografado para verificar a abertura com contraste de gadobutrol.Em seguida, a entrega do gene foi confirmada pela expressão de GFP. Este protocolo oferece uma abordagem de bancada para a abertura da barreira hematoencefálica mediada por ultrassom de foco guiada por ressonância magnética, que pode ser facilmente adaptada por outros laboratórios para fornecer uma alternativa translacional não invasiva à cirurgia estereotáxica.

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Neuroscience

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