Высокой пропускной способностью изображения руководствуясь стереотаксической нейронавигации и целенаправленной ультразвуковой системы для гемовеленно-мозгового барьера Открытие у грызунов

Глиомы высокой степени злокачественности, такие как диффузная внутренняя понтинная глиома, являются высокоинвазивными опухолями с высокой смертностью. Несмотря на годы обширных исследований, гематоэнцефалический барьер является важным аспектом, потому что химиотерапия не способна эффективно достигать мозга. К счастью, сфокусированный ультразвук способен временно и локально открыть гематоэнцефалический барьер для эффективного лечения.

Мы разработали небольшую и экономичную нейронавигационную сфокусированную ультразвуковую систему для разрушения гематоэнцефалического барьера. Эта система построена на коммерчески доступных компонентах и обладает высокой степенью автоматизации, что позволяет проводить доклинические исследования по оценке лекарственных средств. Прецизионная медицина определяется как правильный препарат в правильной дозе для нужного пациента в нужное время.

Чтобы добиться этого, необходимо пройти скрининг многих предварительно отобранных препаратов. Наша компактная высокопроизводительная система сфокусированного ультразвука для нарушения гематоэнцефалического барьера позволяет нам сделать именно это. Демонстрировать процедуру будут Рианна Хауманн и Элвин Т. Харт, два аспиранта из моей исследовательской группы.

Рабочий процесс стереотаксического нейронавигационного сфокусированного ультразвука под визуальным контролем включает интервенционную визуализацию и акустическую связь для сонопорации на ультразвуковой платформе. После этого может быть выполнена последующая визуализация. Выберите подходящий преобразователь, исходя из требований планируемого эксперимента.

Поместите его в напечатанный на 3D-принтере конус, наполненный дегазированной водой и закрытый на дне акустически прозрачной майларовой мембраной. Подключите преобразователь к функциональному генератору и усилителю мощности. Установите преобразователь на моторизованный линейный столик для автоматического вертикального позиционирования и подключите его к усилителю мощности.

Используйте съемную стереотаксическую платформу, которая включает в себя терморегулируемый нагрев, прикус и ушные планки, анестезию и мультимодальные реперные маркеры. Прикрепите платформу к 2D линейной сцене. Прежде чем использовать систему FUS, откалибруйте ее и определите точку фокусировки преобразователя.

Точка фокусировки соответствует вертикальному положению животного на стереотаксической платформе. Акклиматизируйте животное в помещении в течение как минимум одной недели после прибытия и регулярно взвешивайте его. В день эксперимента введите бупренорфин подкожно за 30 минут до лечения ФУЗ.

После обезболивания мыши нанесите глазную мазь, чтобы предотвратить сухость глаз. При необходимости удалите шерсть на макушке животного с помощью бритвы и крема для депиляции. Промойте кожу водой, чтобы удалить остатки.

Для экспериментов с моделями опухолей BLI введите 150 микролитров D-люциферина внутрибрюшинно с помощью инсулинового шприца 29 калибра. Для введения микропузырьков для вскрытия ГЭБ введите катетер хвостовой вены 26-30 калибра и промойте вену небольшим объемом раствора гепарина. Закрепите катетер тканевой лентой, чтобы предотвратить отслоение.

Если катетеризация прошла успешно, заполните катетер раствором гепарина, чтобы избежать свертывания крови. Поместите животное на стереотаксическую платформу с регулируемой температурой, чтобы избежать переохлаждения. Зафиксируйте голову животного с помощью прикусочной планки и ушных планок и прикрепите хвост и катетер к платформе.

Зафиксируйте корпус мыши ремешком. Поместите стереотаксическую платформу с установленной мышью в режим визуализации и сделайте снимки животного. Определите, правильно ли животное размещено на платформе.

Отметьте положение животного с помощью мультимодальных реперных маркеров в сочетании с конвейером обработки изображений в соответствии с точкой фокусировки датчика. Определите целевую область, поместив контур мозга поверх полученного рентгеновского снимка или используя изображения BLI для определения центра опухоли. Перед установкой датчика защитите ноздри и рот животного лентой, чтобы ультразвуковой гель не мешал дыханию.

Нанесите ультразвуковой гель на макушку головы мыши для правильной проводимости звука. Запись микропузырьковой кавитации осуществляется с помощью игольчатого гидрофона, который размещается в непосредственной близости от затылочной кости. На основе калибровочных значений направьте датчик в правильное положение над животным.

Примените предварительно настроенные настройки ко всем подключенным устройствам, чтобы нацелиться на интересующую область мозга. После того, как датчик будет размещен в правильном положении, растворите и активируйте микропузырьки, как описано производителем. Перед введением микропузырьков промойте катетер хвостовой вены физиологическим раствором, чтобы подтвердить доступ к хвостовой вене

Запустите траекторию озвучивания и одновременно вводите микропузырьки. В то же время игольчатый гидрофон будет обнаруживать и верифицировать кавитацию микропузырьков в режиме реального времени. При желании введите внутрисосудистое контрастное вещество или препарат после сонопорации.

Наблюдайте за животным до заранее определенного момента времени. Акустическое давление с механическим индексом 0,4 в сочетании с микропузырьками обеспечивало очень чувствительное и надежное средство обнаружения стабильной кавитации по сравнению с отсутствием обнаружения субгармоник при отсутствии микропузырьков или наблюдением инерционной кавитации при применении MI 0,6. В то время как акустическое давление при ИМ до 0,6 не приводило к макроскопическим повреждениям, микроскопические повреждения были гистологически засвидетельствованы при ИМ 0,6.

Амплитуда давления с ИМ 0,8 приводила к макроскопическому кровоизлиянию в мозг более крупных сосудов и обширному лизису тканей с экстравазацией эритроцитов. Внутривенно вводили препарат Evans blue для подтверждения открытия ГЭБ в области понтина. Экстравазация синего конъюгированного альбумина Эванса наблюдалась на уровне моста и мозжечка у мышей, получавших FUS и микропузырьки, демонстрируя точное нацеливание на интересующую область.

Наиболее важными этапами этого протокола являются правильная установка катетера в хвостовую вену, позиционирование и нацеливание на животное, а также инъекция микропузырьков с помощью сфокусированного ультразвука с обнаружением кавитации. Эта самодельная система фокусированного ультразвука может быть адаптирована и перепроектирована для решения нескольких исследовательских вопросов, при этом она является экономически эффективной и имеет автоматизированный рабочий процесс, что делает ее подходящей для относительно неопытных исследователей.