МРТ наведением Нарушение гематоэнцефалический барьер использованием транскраниальной сфокусированным ультразвуком в крысиной модели

Общая цель данной процедуры заключается в локальном нарушении гематоэнцефалического барьера для обеспечения проникновения в ткани молекул, которые в обычных условиях ограничены сосудистым руслом головного мозга. Это достигается путем предварительной подготовки животного и его размещения в положении на спине в водяной бане над датчиком сфокусированного ультразвука и трехкоординатной системой позиционирования датчика. Вторым этапом процедуры является получение МРТ-изображений для предоставления системы позиционирования информации о целевой области.

Третьим этапом процедуры является подготовка и введение раствора микропузырьков. Заключительным этапом процедуры является настройка параметров ультразвука и его воздействие. В итоге можно получить результаты, демонстрирующие проницаемость гематоэнцефалического барьера в зонах соникации с помощью Т1-взвешенной МРТ с контрастным усилением.

Значение данной методики распространяется на терапию заболеваний головного мозга и ЦНС, поскольку такое локальное и воспроизводимое нарушение гематоэнцефалического барьера позволяет исследовать фармакологические вмешательства при состояниях, которые ранее плохо поддавались лекарственной терапии. Как правило, люди, только начинающие использовать этот метод, могут столкнуться с трудностями, так как манипуляции с пузырьками и их введение требуют терпения и осторожности, чтобы избежать разрыва пузырьков до того, как они достигнут цели. Демонстрация подготовки животного будет представлена далее.

Техник из нашей лаборатории выбирает подходящий откалиброванный ультразвуковой датчик. Далее в ванночку, заполненную дегазированной деионизированной водой, установленную на платформу МРТ 1,5 Тл или 3 Тл, помещают ультразвуковой датчик с помощью совместимой с МРТ трех осевой системы или платформы позиционирования, направив датчик к поверхности воды. Ванночка должна иметь верхнюю пластину для фиксации животных; после проведения анестезии изофлураном шерсть на голове и шее выбривают.

Затем удалите оставшуюся шерсть с помощью депиляционного крема. Введите в хвостовую вену катетер 22-го калибра с трехходовым краном и промойте его смесью гепарина и физиологического раствора для предотвращения образования тромбов в катетере. Введите инъекционные анестетики внутримышечно, после чего извлеките животное из камеры с изофлураном.

За 10 минут до начала эксперимента нанесите небольшое количество ультразвукового геля на темя животного, чтобы минимизировать вероятность образования пузырьков воздуха. Затем поместите анестезированное животное в положение на спине в систему ультразвукового позиционирования так, чтобы темя контактировало с водяной баней через отверстие в верхней пластине.

Голову можно зафиксировать с помощью прикусной шины, если она имеется, или плотно прикрепив ленту к подбородку. Затем зафиксируйте конечности задних лап к системе позиционирования с помощью ленты. Накройте животное полотенцем или одеялом для сохранения тепла.

В ходе эксперимента получите исходные аксиальные Т2-взвешенные и Т1-взвешенные МР-изображения головного мозга, используя соответствующие параметры сканирования. Выберите целевую область на Т2-взвешенных снимках, избегая желудочков и срединной линии мозга и выбирая глубину среднего мозга.

Переместите фокус преобразователя в целевую область. Активируйте Definitive microbubbles согласно протоколу производителя и медленно наберите небольшой объем в шприц объемом 1 мл. Используя иглу 18 G, удалите пузырьки воздуха из шприца, осторожно перемещая поршень вперед-назад вместо постукивания.

Поскольку это может привести к разрушению микропузырьков, разведите их в физиологическом растворе в соотношении 10:1 (раствор к микропузырькам), медленно вводя необходимый объем микропузырьков в шприц с физиологическим раствором. Осторожно переверните шприц, чтобы тщательно перемешать микропузырьки с раствором до достижения однородности. Рассчитайте необходимый объем дозы, исходя из 0.02 milliliters на kilogram микропузырьков или 0.2 milliliters на kilogram раствора.

При разведении 1 к 10. Установите параметры соникации, используя импульсы с низким рабочим циклом вместо непрерывной волны соникации. Проверьте, сохраняется ли контакт головы животного с водой.

Начните ультразвуковую обработку, одновременно медленно вводя микропузырьки через катетер хвостовой вены. После завершения облучения промойте катетер 0.5 миллилитров физиологического раствора. Через катетер хвостовой вены введите контрастный агент для МРТ, после чего снова промойте систему 0.5 миллилитров физиологического раствора.

Выполните Т1-взвешенную визуализацию до тех пор, пока не пройдет пик контрастирования. Соникация. Участки, в которых деструкция прошла успешно, будут демонстрировать более выраженное усиление сигнала, чем окружающие ткани. Выполните Т2-взвешенную визуализацию для выявления высокого сигнала в зонах соникации, что в данном случае указывает на отек.

Здесь представлены типичные T1-взвешенные МР-изображения до и после проведения FUST. На T1-взвешенном изображении с контрастным усилением видны отчетливые фокальные отверстия. Показаны четыре зоны соникации, при этом в зонах один и два наблюдается особенно интенсивное контрастное усиление.

В точках один и два также наблюдается высокая интенсивность сигнала при T2-взвешенном режиме визуализации после FUS, что указывает на отек. Область Т2-взвешенного отека иногда легче визуализировать на сагиттальных срезах; здесь представлены T1-взвешенные и T2-взвешенные сагиттальные срезы через зону сонации. Показаны точки один и три; отек после FUS виден в точке один, но не в точке три.

Спектральный анализ зарегистрированных данных акустической эмиссии может выявить гармонические эмиссии и/или суб- и ультрагармонические эмиссии при возникновении стабильной кавитации. Данные, полученные за один импульс длительностью 10 миллисекунд на частоте 551,5 килогерц, демонстрируют основную частоту, а также гармоники, а также суб- и ультрагармоники. Использование более высоких частот соникации приводит к более локализованным отверстиям из-за меньшего размера фокального пятна, как показано здесь.

Более высокие частоты можно использовать для создания более мелких областей открытия, что позволяет исследовать средний мозг с меньшим влиянием факторов, связанных с близостью к черепу. При выполнении данной процедуры важно помнить, что осторожное обращение с микропузырьками имеет решающее значение для достижения хороших результатов. После отработки этой методики исследователи смогут приступить к поиску ответов на другие вопросы, например, какова эффективность доставки терапевтического агента к конкретной мишени в мозге?