В данном исследовании представлен доклинический протокол мониторинга открытия гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) на модели крыс с использованием коммерческой системы фокусированного ультразвука (ФУЗ) для животных. Система ФУЗ была установлена на лабораторном столе или большой передвижной платформе (Рисунок 1). Крыс анестезировали изофлураном в смеси с кислородом через носовую маску в раме с держателем для преобразователя. Гидрофон с резонансной частотой 500 kHz для детектирования акустической кавитации был помещен в ФУЗ-преобразователь с резонансной частотой 1.0 MHz.
Как показано на Рисунке 2, система FUS включает настройки соникации и возможность регулировки положения мишени. Необходимо провести «тест движения» (motion test), чтобы убедиться, что преобразователь может перемещаться между точками в течение периода вспышки.
При открытии ГЭБ через него проходят молекулы GAD и бриллиантового синего. На Т1-взвешенном МР-изображении зафиксированы изменения интенсивности МР-сигнала, вызванные GAD (Рисунок 3A). После процедуры перфузии ткани, окрашенные бриллиантовым синим, были видны непосредственно (Рисунок 3B).
Для демонстрации воспроизводимости BBBO были проведены эксперименты на трех крысах. На рисунке 4A представлены Т1-взвешенные градиентные эхо-изображения после соникации и введения GAD. В трех экспериментах в целевой области наблюдалось значительное увеличение интенсивности МР-сигнала. Изображения DCE-MR показали, что наиболее значительное изменение интенсивности сигнала происходило через 7-8 мин после болюсного введения МР-контрастного вещества (рисунок 4B). Т1-взвешенные градиентные и Т2-взвешенные спин-эхо последовательности четко продемонстрировали область открытия ГЭБ, в то время как на Т1-карте до введения GAD значимых изменений не наблюдалось (рисунок 4C).
Протоколы работы с животными и проведения МРТ, предложенные в данном исследовании, демонстрируют возможность проведения МР-исследований с использованием модели крысы с катетеризацией яремной вены. МР-перфузионная визуализация и/или диффузионно-тензорная визуализация могут быть интегрированы в протокол для изучения нового МРТ-биомаркера для обнаружения открытия ГЭБ.

Рисунок 1: Настольная доклиническая система FUS и позиционирование крысы. (A) Настольная доклиническая система FUS. (B) Позиционирование крысы в системе. (C) Преобразователь 1 MHz и гидрофон, при этом гидрофон расположен в центре преобразователя FUS. (D) Расположение преобразователя и контейнера с водой для акустического согласования на голове крысы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Пользовательский интерфейс программного обеспечения доклинической системы FUS. Пользовательский интерфейс программного обеспечения доклинической системы FUS позволяет изменять настройки соникации и положение мишеней. Перед началом соникации необходимо провести «тест движения» (motion test), чтобы убедиться, что преобразователь может перемещаться между точками в течение периода вспышки. Эта функция измеряет время перемещения преобразователя между точками без проведения соникации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Т1-взвешенные изображения после введения гадолиния (GAD) и области мозга после вскрытия ГЭБ. (A) Т1-взвешенное изображение после введения GAD и (B) фотография мозга крысы после вскрытия ГЭБ. Метки R1 и R2 на изображении (A) соответствуют областям, показанным на (C). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: МР-визуализация после соникации и инъекции GAD. (A) T1-взвешенные МР-изображения трех крыс после соникации и инъекции GAD. (B) МРТ с динамическим контрастным усилением (DCE) крысы №3, иллюстрирующая временные изменения интенсивности сигнала. Контрастный агент для МРТ на основе GAD был введен в момент времени, отмеченный красной стрелкой. (C) T1-взвешенные, T2-взвешенные МР-изображения и T1-карты крысы №3, полученные до введения контрастного агента GAD. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
| 2D DWI (двумерная диффузионно-взвешенная МРТ) | Cor 2D | Корональная 2D Т1-карта | Cor 2D | Кор 2D | Кор. 2D ДЦМ (Болюс 1) | 2D-корреляция | 2D-корреляция |
| | карта R2* | | Предварительная подготовка к FLASH-терапии | RARE pre | | публикация FLASH | RARE-пост |
| Последовательность | ЭПИ | GRE | ТСЕ (трансмиссионная электронная микроскопия) | ГРЭ (глюкокортикоидный рецептор) | ТГС (трансмиссивные губчатые энцефалопатии) | ГРЭ (глюкокортикоидный рецептор) | GRE | ТСЭ (трансмиссивные губчатые энцефалопатии) |
| TR | 2100 мс | 500 мс | 2400, 1600, 1100, 800, 450, 300 мс | 30 мс | 2000 мс | 39,3 мс | 30 мс | 1500 мс |
| ТЭ | 22,1 мс | 12 эхо-сигналов; | 10,29 мс | 5,1 мс | 65 мс | 2,9 мс | 5,1 мс | 65 мс |
| | 3–47 мс | | | | | | |
| Толщина | 1 мм | 1 мм | 1 мм | 1 мм | 1 мм | 1 мм | 1 мм | 1 мм |
| Поле зрения | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 | 40 x 40 |
| Матрица | 192 | 192 | 192 | 256 | 192 | 128 | 256 | 192 |
| степень FA (бакалавр искусств) | 90 | 60 | 90/180 | 20 | 90/180 | 12 | 20 | 45/180 |
| Количество срезов | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Время сбора данных | 4 мин 12 с | 3 мин 12 с | 10 мин 38 с | 2 мин 9 с | 1 мин 52 с | 8 мин 23 с | 3 мин 52 с | 1 мин 24 с |
| Варианты | Сегмент 12, направление 3, b = 0, 54, 180, 522 с/мм2 | Количество усреднений = 2, расстояние между эхо-сигналами = 4 мс | Интервал между эхо-сигналами 10,3 мс, коэффициент RARA 2 | | Коэффициент RARE 10, среднее значение 4 | 200 µL препарат (Gadavist, 1 ммоль/кг) | | Коэффициент RARE 10, средние значения 4 |
| | | | | | для крысы массой 200 г: введение препарата, 1 мин до, 7 мин после 200 µL/min, 200 µL промывание физраствором | | |
Таблица 1: Протокол доклинической МРТ на МРТ-сканере 3T.