该协议的目标是提供一种在大脑中产生非侵入性神经元病变的方法。该方法利用磁共振引导聚焦超声(MRgFUS)以瞬态和焦焦的方式打开血脑屏障,为脑帕伦奇瘤提供循环神经毒素。
手术干预可以相当有效地治疗某些类型的医学上难以解决的神经系统疾病。这种方法对于可识别神经元回路发挥关键作用的疾病特别有用,例如癫痫和运动障碍。目前可用的手术方式虽然有效,但通常涉及侵入性外科手术,这可能导致非目标组织的手术损伤。因此,扩大手术方法的范围,包括非侵入性和神经毒性技术,将是有价值的。
在这里,提出了一种方法,以非侵入性的方式产生大脑中的焦点,神经元病变。这种方法利用低强度聚焦超声和静脉注射微泡来暂时和聚焦地打开血脑屏障(BBB)。然后利用瞬态 BBB 开放期,将系统管理的神经毒素定向到目标大脑区域。神经毒素奎诺林酸 (QA) 通常是 BBB 不透水, 在内向或静脉注射时耐受性良好。然而,当QA获得直接访问脑组织,它是有毒的神经元。这种方法已被用于大鼠和小鼠的特定大脑区域。在 MRgFUS 之后,使用对比度增强型 T1 加权成像确认 BBB 的成功打开。程序后,T2成像显示损伤仅限于大脑的目标区域,并且利用组织学技术在死后可以确认目标区域神经元的丧失。值得注意的是,注射盐水而不是QA的动物确实表现出BBB的开放性,但点不表现出损伤或神经元损失。这种方法,即精确脑内非侵入性导导手术(PING),可为治疗神经回路障碍相关的神经系统疾病提供非侵入性方法。
这种方法的目的是提供一种在大脑目标区域产生非侵入性神经元病变的方法。开发这种方法的理由是断开导致神经紊乱的神经元回路。例如,手术可以相当有效地治疗某些医学上难以解决的神经紊乱,如耐药癫痫(DRE)1。然而,每种可用的手术方式在对大脑产生不良的附带损害方面都有局限性。传统的切除手术可能具有高度侵入性,有出血、感染、血栓、中风、癫痫发作、脑肿胀和神经损伤的风险。微创或非侵入性手术的替代方案包括激光间散热治疗和放射外科,这也证明在抑制DRE癫痫发作方面是有效的。最近,高强度聚焦超声(HIFU)产生的热病变在减少癫痫发作方面显示出了希望。HIFU 是非侵入性的;然而,其治疗窗口目前仅限于大脑的更中心区域,因为头骨附近的非目标组织有热损伤的风险。尽管有这些限制,手术的好处往往大于潜在的风险。例如,虽然DRE手术可以产生附带的脑损伤,但它在抑制癫痫发作和提高生活质量方面通常优先于手术风险。
本文描述的方法,精确脑内非侵入性导导手术(PING),是为了断开神经回路,同时限制附带的脑损伤而开发的。该方法利用低强度聚焦超声与静脉注射微泡相结合打开BBB,以传递神经毒素。,这种方法不会产生热病变大脑3,4,5,6,7,4,5,6和BBB开放期,可以利用,以提供BBB不渗透化合物到大脑帕伦奇玛。37BBB 的开口是瞬态的,可以使用磁共振成像制导以有针对性的方式生产。在我们的研究中,BBB开放期已被利用来传递循环神经毒素到大鼠和小鼠脑帕伦奇玛的目标区域,8,9。奎诺林酸是一种神经毒素,在静脉注射10、静脉内10或内腹酮,8、9、11时耐受性良好。8QA毒性的缺乏是由于其不良的BBB渗透性,据报道,这是微不足道的10。相比之下,直接注射QA到脑帕伦奇玛产生神经元病变,使相邻的轴子12,13。12,因此,当循环QA获得进入BBB开放靶区的大脑帕伦奇马时,神经元死亡产生8,8,9。因此,目前的方法以精确针对性和非侵入性的方式产生焦点神经元损失。
PING 方法旨在产生非侵入性、靶向性神经元病变。,该方法源于聚焦超声,,3、4、5、6、7领域研究基础6的牢固和日益增长。35通过BBB的短暂开放,提供对脑帕伦奇马特定区域的聚焦访问能力,为提供各种通常无法进入大脑的制剂创造了一条途径。这一机会在很大程度上是为中央?…
The authors have nothing to disclose.
作者认可雷内·杰克·罗伊在核磁共振成像领域提供的出色技术支持。这项工作得到了国家卫生研究院(R01 NS102194至KSL和R01 CA217953-01至MW)、切斯特基金(KSL)和聚焦超声基金会(KSL和JW)的支持。
7T-ClinScan MRI System | Bruker Biospin, Ettinglen, Germany | MR Image Acquisition | |
Acoustic Gel | Litho CLEAR | 11-601 | High Viscosity Accoustic Transmission Gel |
DPX Mounting Medium | Electron Microscopy Sciences | 13512 | Resin Based Cover Glass Mountant |
Fluoro-Jade B | EDM Millipore | AG310 | High Affinity Stain For Degenerating Neurons |
Fluovac anesthetic adsorber | Harvard Apparatus | 34-0388 | Organic Anaesthesia Scavenger |
FUS System | Image Guided Therapy, Pessac, France | LabFUS | MR Compatible Small Animal Focused Ultrasound System |
Gadodiamide | GE Healthcare AS, Oslo, Norway | Omniscan | MR Contrast Agent |
Heparin | SAGENT | NDC2502140010 | Anti-Coagulant |
Hypodermic needle 30G x 1/2 | Becton-Dickinson | 26027 | Tail Vein Catheterization |
Insulin syringe 28G1/2 (1ml) | EXEL | 26027 | Administration of Injectables to Tail Vein Catheter |
Isofluorane atomizer | SurgiVet | VCT302 | Anaesthesia Administration |
Isoflurane | Henry Schein | NDC1169567762 | Anaesthesia |
KMnO4 | Sigma | 223468 | Reagent Used in Fluoro-Jade B Staining |
Microbubbles | Produced internally: A. Klibanov | 305106 | Blood Brain Barrier Disrupting Agent |
Microbubbles (commercial source) | Lantheus Medical Imaging, North Billerica, MA | Definity microbubbles | Blood Brain Barrier Disrupting Agent |
Monitoring & Gating System | Small Animal Instruments | Model 1030 | Respiration Monitoring |
Multisizer 3 Coulter counter | Beckman-Coulter, Hialeah, FL | Multisizer 3 | Used to Determine Average Size of Microbubbles |
Optixcare EYE LUBE | CLC MEDICA, Ontario, Canada | 11611 | Corneal Protectant-Eye Lube |
PE10 tubing | Becton-Dickinson | 427401 | Tail Vein Catheter Component |
Quinolinic Acid | Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX | CAS 89-00-9 | Neurotoxin |
Sprague-Dawley Rats | Taconic Biosciences | SD-M | Rat Model |
Syringe Pump | Carnegie Medicin | CMA 100 | Controlled Delivery of Quinolinic Acid |
Thermoguide Software | Image Guided Therapy, Pessac, France | Thermoguide | Drives Lab FUS System |
Tish Rats | In-house colony | Rat Model | |
Veet depilatory cream | Reckitt Benckiser | Removal of Scalp Hair |