En teknik beskrivs för i stort sett öppnande av blod-hjärnbarriären i mus med användning av mikrobubblor och ultraljud. Användning av denna teknik, kan mangan administreras till mushjärna. Eftersom mangan är ett MRI-kontrastmedel som ackumuleras i depolariserade neuroner, möjliggör detta tillvägagångssätt avbildning av neuronal aktivitet.
Även möss är den dominerande modellen för att studera de genetiska och molekylära grunderna för neurovetenskap, funktionell neuroimaging i möss är tekniskt utmanande. Ett tillvägagångssätt, Aktiveringsinducerat Mangan-MRT (AIM MRI), har använts framgångsrikt för att kartlägga neuronal aktivitet hos gnagare 1-5. I AIM MRI, Mn 2 + fungerar en kalcium-analog och ackumuleras i depolariserade nervceller 6,7. Eftersom Mn 2 + förkortar T 1 vävnaden egendom, kommer delar av förhöjd neuronal aktivitet ökar vid MRT. Vidare, Mn2 +-rensar långsamt från de aktiverade regionerna, och därför kan stimulering genomföras utanför magneten före avbildning, vilket möjliggör större flexibilitet experimentell. Eftersom Mn 2 + inte lätt passerar blod-hjärnbarriären (BBB), behovet av att öppna blod-hjärnbarriären har begränsat användningen av AIM MRI, speciellt i möss.
Ett verktyg för att öppna BBB är ULTrasound. Även potentiellt skadligt, om ultraljud ges i kombination med gasfyllda mikrobubblor (dvs ultraljud kontrastmedel), är den akustiska tryck som krävs för BBB öppning betydligt lägre. Denna kombination av ultraljud och mikrobubblor kan användas för att tillförlitligt öppna blod-hjärnbarriären utan att orsaka vävnadsskada 8-11.
Här är en metod presenteras för att utföra AIM MRI med hjälp av mikrobubblor och ultraljud för att öppna BBB. Efter en intravenös injektion av perflutren mikrobubblor är en ofokuserad pulsad ultraljudstrålen applicerades på den rakade möss huvudet under 3 minuter. För enkelhetens skull kallar vi denna teknik för BBB Vernissage med mikrobubblor och ultraljud som BOMUS 12. Använda BOMUS att öppna BBB under båda hjärnhalvorna är mangan administreras till hela musen hjärnan. Efter experimentell stimulering av lätt sederade möss, är AIM MRT användas för att kartlägga den neuronala svar.
Tilldemonstrera detta tillvägagångssätt, är häri BOMUS och AIM MRT användas för att kartlägga ensidig mekanisk stimulering av vibrissae i lätt sederade möss 13. Eftersom BOMUS kan öppna blod-hjärnbarriären genom båda hemisfärerna är den ostimulerade sidan av hjärnan som används för att kontrollera icke-specifik bakgrund stimulering. Den resulterande 3D-aktivering kartan stämmer väl överens med publicerade representationer av vibrissae regioner pipan fältet cortex 14. Ultraljud öppning av blod-hjärnbarriären är snabb, icke-invasiv, och reversibel, och sålunda detta tillvägagångssätt är lämpligt för hög genomströmning och / eller längsgående studier på vakna möss.
Här var en metod fram för icke-invasivt öppna BBB hela musen hjärnan med ultraljud och mikrobubblor (BOMUS). Med BBB öppna, + Mn 2 administrerades och aktivering-inducerad mangan-MRT (AIM MRI) användes för att bilden neuronal svar på kort tid stimulering i lätt sederade möss.
Adekvat BBB öppning uppnåddes med en topp-negativ ljudtryck på 0,36 MPa. Notera är detta tryck vid hårbotten yta i centrum av ultraljudstrålen. Mätningar av den enda element omvand…
The authors have nothing to disclose.
Allt arbete utfördes på Duke Center for In Vivo Microscopy, en NIH / NIBIB National Biomedical Technology Resource Center (P41 EB015897) och NCI Small Animal Imaging Resource Program (U24 CA092656). Ytterligare stöd gavs från NSF Graduate Research Fellowship (2003014921).
Name of the reagent | Company | Catalog number | Comments |
Hydrophone | Sonora Medical Systems, Longmont, CA | SN S4-251 | |
Translation stage | Newport Corporation, Irvine, CA | ||
Ultrasound transducer | Olympus NDT, Inc., Waltham MA | A306S-SU | Review the manufacturer’s test sheet that accompanies the transducer to find the exact center frequency of that particular transducer, which may differ from the nominal frequency listed in the catalog. (e.g., the nominal frequency of our transducer was 2.25 MHz, but the actual center frequency was 2.15 MHz.) |
Vevo Imaging Station | VisualSonics, Inc. Toronto, Canada | ||
50 dB power amplifier | E&I, Rochester, NY | model 240L | |
Signal generator | Agilent Technologies, Santa Clara, CA | model 33220A | |
MnCl2-(H2O)4 | Sigma | Molecular weight varies by batch, call manufacturer for exact measurement | |
Perflutren lipid microspheres | Lantheus Medical Imaging, N. Billerica, MA | DEFINITY | |
Microsphere agitator | Lantheus Medical Imaging, N. Billerica, MA | VIALMIX | |
MR imaging coil | m2m Imaging Corp., Hillcrest, OH | 35 mm diameter quadrature transmit/receive volume coil | |
MRI system | GE Healthcare, Milwaukee, WI | GE EXCITE console operating a 7-T horizontal bore magnet | |
Image analysis environment | Visage Imaging, San Diego, CA, MathWorks, Natick MA | Amira MATLAB |