En teknikk er beskrevet for bredt åpne blod-hjerne barrieren hos mus ved hjelp av mikrobobler og ultralyd. Ved hjelp av denne teknikken, kan mangan gis til musen hjernen. Fordi mangan er en MR kontrastmiddel som akkumuleres i depolarized nevroner, gjør denne tilnærmingen avbildning av neuronal aktivitet.
Selv om mus er den dominerende modellen system for å studere de genetiske og molekylære grunnlaget for nevromedisin, funksjonell Bildediagnostiske i mus forblir teknisk utfordrende. En tilnærming, Activation-Induced manganfosfatbelegg forbedret MR (AIM MRI), har blitt brukt med hell for å kartlegge neuronal aktivitet i gnagere 1-5. I AIM MR, Mn 2 + fungerer en kalsium analog og akkumuleres i depolarized nevroner 6,7. Fordi Mn 2 + forkorter T 1 vev eiendom, vil regioner av forhøyet nerveaktiviten forbedre i MR. Videre Mn 2 + forsvinner sakte fra de aktiverte regionene, og derfor kan stimulering utføres utenfor magneten før bildebehandling, slik at større eksperimentell fleksibilitet. Men fordi Mn 2 + ikke krysser lett blod-hjerne barrieren (BBB), behovet for å åpne BBB har begrenset bruken av AIM MR, særlig i mus.
Ett verktøy for å åpne BBB er ultrasound. Selv om potensielt skadelig, hvis ultralyd gis i kombinasjon med gassfylte mikrobobler (dvs. ultralyd kontrastmidler), er den akustiske trykket som er nødvendig for BBB åpningen betydelig lavere. Denne kombinasjonen av ultralyd og mikrobobler kan brukes til pålitelig åpne BBB uten å forårsake vevsskade 8-11.
Her er en metode presenteres for utføring AIM MRI ved hjelp av mikrobobler og ultralyd for å åpne BBB. Etter en intravenøs injeksjon av perflutren mikrobobler, er en ufokusert pulset ultralyd strålen brukes på barbert mus hodet i 3 minutter. For enkelhets skyld kaller vi denne teknikken av BBB Åpning med mikrobobler og ultralyd som BOMUS 12. Bruke BOMUS å åpne BBB gjennom begge hjernens hemisfærer, er mangan gis til hele musen hjernen. Etter eksperimentell stimulering av lett sederte mus, er AIM MR brukes til å kartlegge nerveaktivitet.
Tildemonstrere denne tilnærmingen, er her BOMUS og AIM MR brukes til å kartlegge ensidig mekanisk stimulering av vibrissae i lett sederte mus 13. Fordi BOMUS kan åpne BBB gjennom begge halvkuler er unstimulated side av hjernen som brukes til å kontrollere for ikke-spesifikk bakgrunn stimulering. Den resulterende 3D-aktivering kart stemmer godt med publisert fremstillinger av vibrissae regioner av fat feltet cortex 14. Den ultrasoniske åpningen av BBB er rask, noninvasive, og reversible, og dermed denne tilnærmingen er egnet for høy gjennomstrømning og / eller longitudinelle studier i våken mus.
Her ble en metode presentert for invasivt åpne BBB hele musen hjernen med ultralyd og mikrobobler (BOMUS). Med BBB åpen, Mn 2 + ble administrert og aktivisering-indusert mangan-enhanced MR (AIM MR) ble brukt til bilde nerveaktivitet ved kort varighet stimulering i lett sederte mus.
Tilstrekkelig BBB åpningen ble oppnådd med en topp-negativ lydtrykk på 0,36 MPa. Obs, er dette trykket ved hodebunnen overflate i midten av ultralyd strålen. Målinger av enkelt-element svinger st…
The authors have nothing to disclose.
Alt arbeid ble utført ved Duke Center for In Vivo Mikroskopi, en NIH / NIBIB nasjonal Biomedical Technology Resource Center (P41 EB015897) og NCI Small Animal Imaging Resource Program (U24 CA092656). Ytterligere støtte ble gitt fra 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 |