Summary
Целью протокола является предоставление метода для производства неинвазивных нейронных поражений в головном мозге. Метод использует магнитно-резонанс-управляемый Фокусированная ультразвук (MRgFUS) для того чтобы открыть барьер мозга крови в преходящем и фокусном образе, для того чтобы поставить циркулируя нейротоксин к parenchyma мозга.
Abstract
Хирургическое вмешательство может быть достаточно эффективным для лечения некоторых видов медицинских неразрешимых неврологических заболеваний. Этот подход особенно полезен при расстройствах, при которых идентифицируемые нейронные схемы играют ключевую роль, такие как эпилепсия и двигательные расстройства. Имеющиеся в настоящее время хирургические методы, хотя и эффективны, как правило, включают инвазивную хирургическую процедуру, которая может привести к хирургическому повреждению нецелевых тканей. Следовательно, было бы важно расширить спектр хирургических подходов, чтобы включить метод, который является одновременно неинвазивным и нейротоксическим.
Здесь представлен метод производства фокусных, нейронных поражений в головном мозге неинвазивным способом. Этот подход использует низкоинтенсивное сфокусированное УЗИ вместе с внутривенными микропузырями, чтобы временно и очаги открыто гемового мозга Барьер (BBB). Период временного открытия BBB затем используется для фокусного доставки системно управляемого нейротоксина в целевую область мозга. Нейротоксин хинолиновая кислота (КК), как правило, BBB-непроницаемой, и хорошо переносится при введении интраперитонально или внутривенно. Однако, когда КК получает прямой доступ к тканям мозга, он токсичен для нейронов. Этот метод был использован у крыс и мышей для целевой конкретных областей мозга. Сразу же после MRgFUS, успешное открытие BBB подтверждается с помощью контрастного расширенного T1-взвешенной визуализации. После процедуры, T2 изображения показывает травмы ограничивается целевой области мозга и потеря нейронов в целевой области может быть подтверждено посмертное использованием гистологических методов. Примечательно, что животные, введенные с солевым раствором, а не КК действительно демонстрируют открытие BBB, но точка не проявляют травмы или потери нейронов. Этот метод, который называют точной внутримозговой неинвазивной управляемой хирургии (PING) может обеспечить неинвазивный подход для лечения неврологических расстройств, связанных с нарушениями в нервной схеме.
Introduction
Целью данного метода является предоставление средств для производства неинвазивных нейрональных поражений в целевой области мозга. Смысл разработки такого подхода заключается в отключении нейронных схем, способствующих неврологическим расстройствам. Например, хирургия может быть весьма эффективным в лечении некоторых медицинских неразрешимых неврологических расстройств, таких как лекарственно-устойчивая эпилепсия (DRE)1. Тем не менее, каждый из доступных хирургических методов обладают ограничениями с точки зрения производства нежелательных побочных повреждений мозга. Традиционная резективная хирургия может быть высокоинвазивной с риском кровотечения, инфекции, сгустков крови, инсульта, судорог, отек мозга, и повреждениенерва 2. Альтернативы резективной хирургии, которые являются минимально инвазивными или неинвазивными включают лазерную интерстициальную тепловую терапию и радиохирургию, которые также доказали свою эффективность в подавлении судорог в DRE. В последнее время тепловые поражения, производимые высокоинтенсивным сфокусированным ультразвуком (HIFU), показали перспективу в сокращении судорог. HIFU является неинвазивным; однако, его окно обработки в настоящее время ограничено более центральными областями мозга из-за риска теплового повреждения нецелевых тканей, расположенных в непосредственной близости от черепа. Несмотря на такие ограничения, преимущества операции часто перевешивают потенциальные риски. Например, хотя хирургия DRE может привести к сопутствующему повреждению мозга, его благотворное воздействие на подавление судорог и улучшение качества жизни, как правило, преобладают над хирургическими рисками.
Метод, описанный в настоящем, Точная внутримозговая неинвазивная управляемая хирургия (PING), был разработан с целью отключения нейронных схем, ограничивая при этом сопутствующие повреждения мозга. Метод использует низкой интенсивности сосредоточены ультразвука в сочетании с внутривенной инъекции microbubbles, чтобы открыть BBB, для того, чтобы доставить нейротоксин. Этот подход не производит тепловых поражений мозга3,4,5,6,7, и период открытия BBB могут быть использованы для доставки BBB-непроницаемых соединений в мозг parenchyma. Открытие BBB является переходным, и может быть произведено в целенаправленной манере с помощью магнитно-резонансной томографии руководства. В наших исследованиях, период открытия BBB был использован для доставки циркулирующих нейротоксинов в целевой области мозга паренхима у крыси мышей 8,9. Квинолиновая кислота является нейротоксин, который хорошо переносится привведении внутривенно 10,внутриартериально 10, или интраперитонально8,9,11. Отсутствие токсичности ДЛЯ связано с его плохой проницаемостью BBB, которая, как сообщается, ничтожно мала10. В отличие от этого, прямое введение КК в мозг паренхима производит нейрональные поражения, которые щадятсоседние аксоны 12,13. Таким образом, при циркулирующей КК получает доступ к паренхиме мозга в целевой области открытия BBB, нейрональная смертьпроизводится 8,9. Таким образом, настоящий метод приводит к потере фокусных нейронов в точно целенаправленной и неинвазивной манере.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все методы, описанные здесь, были одобрены Комитетом по уходу за животными Университета Вирджинии.
1. Подготовка реагентов
- В день операции приготовьте 6,0 мл инъекционной хинолиновой кислоты (ЗА). Растворите 450 мг КК в 4,0 мл 1,0 N NaOH. Добавьте 0,6 мл 10x PBS, рН до 7,4 и довнесите до конечного объема 6,0 мл с dH2O. Фильтр через фильтр шприца 0,22 мкм. Раствор стабилен в течение 2 недель при 4 градусах Цельсия.
- Подготовка aqueous дисперсии микропузырьки в нормальном солевом зонда sonication от деафторобутан газа и стабилизировать с DSPC / PEG stearate монослойной оболочки12.
- Размер микропузырьки флотации при нормальной гравитации. Определите концентрацию и размер микропузыря с помощью счетчика Multisizer III. Концентрация и распределение размеров микропузыря должны быть соответственно 6х 10 8/мли 2 мкм (средний диаметр частиц). Самые большие пузыри удаляются путем исключения/разделения флотации.
- Кроме того, приобрести коммерчески доступные микропузырьки.
2. Подготовка животных
- Акклиматизировать животное (крыса или мышь) в течение 3 дней после родов. Эксперименты, описанные здесь использовали Sprague-Dawley крыс (5-6 недель) или теленцефалии внутренней структурной гетеротопии (тиш) крыс (местная колония).
- Дом животных под 12-часовой свет: 12 часов темного цикла.
- Запись веса животных. Эта информация важна на протяжении всей процедуры.
- Получить T2-взвешенные изображения MR за день до процедуры FUS для того, чтобы установить предоперационные базовые изображения. Используйте следующие параметры для визуализации T2: время повторения/эхо времени (TR/TE) 3000/138 миллисекунд, 3 средних, поле зрения 29 х 45мм 2, размер матрицы 125 х 192, толщина ломтика 0,23 мм.
- Обезболивать животное изофлураном (4% индукции, 2% содержание). Подтвердите достаточную глубину анестезии с помощью щепотки ноча. Нанесите офтальмологическую мазь на глаза.
- Бритье кожи головы животного, и удалить оставшиеся волосы с депиляативным кремом.
- Используйте катетер хвостовой вены для вливания микропузырей, контрастного агента и КК. Катетеры состоят из длины трубки PE10, оснащенной иглой 30 G x 1/2 дюйма. Оставьте 1 мл шприц с гепаринизированным солевым раствором в линии, чтобы быть удалены и присоединены, когда линия используется для настоев.
3. Процедуры МРТ и ПИНГ
- Выполните МРТ на блоке 7 T MR с градиентной силой 600 мТ/мс(рисунок 1 и рисунок 2). Выполняйте МРТ-приобретения с помощью поверхностной катушки, включенной в систему FUS.
ПРИМЕЧАНИЕ: Система FUS, используемая для экспериментов, состоит из трех частей: i) система звуковой связи является МЗР-совместимой заранее сфокусированной, 8-элементный кольцеобразный массив, трансдуцер 1,5 МГц (сферический радиус 20 мм и 2 мм, активный диаметр 25 мм (f-число 0,8), с 80% электрической акустической эффективностью, которая подключена к фазированному генератору массива и усилителю мощности RF; ii) МР-совместимая моторизованная стадия позиционирования для перемещения преобразователя в передне-заднем направлении и медио-боковом направлении; iii) рабочая станция Thermoguide для контроля доставки звуковой, включая электронную фокусировку через фазовую модуляцию для регулировки фокусной глубины(рисунок 2). - Поместите обезболивающее животное на катушки сани сборки (Рисунок 1) из MR-совместимой системы FUS в положении подвержены. Обездвижить животное с помощью резцы бар и ухо баров включены в колыбели саней.
- Нанесите акустический гель на кожу головы, смоченую водой; гарантируя, что пузырьков не существует, поместите мембранный барьер водной циркуляционные части сборки предуктора над черепом животного и опустите сборку предуктора, насколько это возможно, в параллельной планарной ориентации по отношению к черепной пластине. Поместите диафрагму предуцера твердо против бритой кожи головы животного прямо над черепной пластиной.
- Прикрепите пневматический датчик к телу хирургической лентой, чтобы контролировать дыхание. Распоить пневматический датчик на левой нижней грудной клетке.
- Переместите сборку руки FUS с катушками, санями и животными в блок МРТ 7T(рисунок 1).
- Вы запустите последовательность T2-разведчика, чтобы определить общее физическое положение сборки предуцера относительно головы животного, и сделать механические корректировки по мере необходимости(рисунок 2). Параметры для визуализации T2: время повторения/эхо времени (TR/TE) - 3000/138 миллисекунд, 3 средних, поле зрения - 29 х 45мм 2,размер матрицы - 125 х 192, толщина ломтика - 0,23 мм. Термометрия обычно не используется в этом протоколе.
- Получить T2 изображения для уточнения позиционирования предуцера. Точно определите местоположение предуцера и укажите координационный центр (ы) звуковой работы с использованием функции таргетинга программного обеспечения. Параметры для визуализации T2: время повторения/эхо времени (TR/TE) - 3000/138 миллисекунд, 3 средних, поле зрения - 29 х 45мм 2,размер матрицы - 125 х 192, толщина ломтика - 0,23 мм.
- Непосредственно перед sonication, вводить 300 йл / кг microbubbles14 через хвостовую вену.
- Используйте 1,5 МГц предуцера для производства sonications (30 мс волновой пакет, 3% цикла службы, 1 Гц частоты повторения всплеска, 240 с продолжительностью / sonication.
- Сразу же после sonication, вводить гадодиамид контрастного агента через хвостовую вену, а затем выполнить T1 взвешенных плюс контрастное сканирование, чтобы подтвердить открытие BBB и точность ориентации. Параметры для T1-взвешенной визуализации: TR/TE - 900/12 миллисекунд, 2 средних, поле зрения - 24 х 30 мм2,размер матрицы - 208 х 256, толщина ломтика - 0,7 мм. Как правило, выполняется одно сканирование T1.
- Удалите руку FUS и санки из МРТ, и поместите животное на грелку установлен на 40 градусов по Цельсию, сохраняя при этом 2% изофлюран анестезии.
- Начиная с 30 минут после звуковой связи, используйте шприц-насос, чтобы наполнить КК (75 мг/мл раствора бульона) через хвостовую вену в течение 1 ч со скоростью 16,8 л/мин для достижения окончательной дозы 225 мг/кг (кв.с. до 1,0 мл солевого раствора).
- Когда инфузия завершена, прекратите анестезию, удерживая животное на грелке до готовности. Поместите животное в клетку и проводите плановые проверки его деятельности каждые 15 минут, в течение нескольких часов после процедуры.
- Верните животное в вивариум и проверяйте каждые 6 часов в течение первого дня на наличие бедствия или нерегулярной деятельности.
- Один день после сонной, выполнить T2 взвешенных MR изображений для оценки любых повреждений в области sonication. Параметры для изображения T2: время повторения/эхо времени (TR/TE) - 3000/138 миллисекунд, 3 средних, поле зрения - 29 х 45мм 2,размер матрицы - 125 х 192, толщина ломтика - 0,23 мм. Изображения оцениваются для областей гиперинтенсивности для выявления возможных повреждений тканей / отеков.
4. Посмертный анализ потери нейронов
- Разрешить пост-sonication, период выживания 4-5 дней для оценки потери нейронов с Флюоро-Джейд гистохимии.
- Глубоко обезболивать животное с изофлорана, и усыплять через внутрикардовые перфузии с 0,1 М фосфат буфера (рН 7,4), а затем 4% параформальдегида в фосфатном буфере.
- Удалить мозг из черепа и после исправления в течение 2 дней в 4% paraformaldehyde.
- Погрузите мозг в 30% сахарозы для криопротекторной, и вырезать разделы толщиной 20-30 мкм с криостата.
- Гора криоста разделы на желатиновые горки и воздух сухой ночь.
- Регидратировать слайды в дистиллированной воде, а затем обезвоживать в восходящих градуированных этанолов. После обезвоживания, регидратировать слайды в нисходящей градуированных этанолов.
- Передача слайдов в раствор 0,06% перманганата калия в течение 15 минут на орбитальном шейкере.
- Промыть слайды в течение 1 мин в дистиллированной воде и передачи на 0,001% раствор Фтор-Джейд B в 0,1% уксусной кислоты. Инкубировать под нежным возбуждением в течение 30 мин при комнатной температуре. Промыть слайды три раза в течение 1 мин в дистиллированной воде.
- Высушите горки на слайде теплее, эквилибрировать в ксиленах в течение 3 минут, и coverslip с помощью DPX монтажа средств массовой информации.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
В этом разделе описывается влияние PING на нейроны, расположенные в неокортической дисплазии. Ткань дисплазии являются общей чертой в мозге пациентов с лекарственно-устойчивой эпилепсией, и хирургическое удаление захвата генной дисплазии может обеспечить отличный контроль судорог15. Таким образом, определение влияния PING на диспластическую ткань мозга является важным приоритетом. Крыса модель генетической дисплазии корковой, тиш крысы, был выбран для изучения этого вопроса, потому что тиш мозга экспонатов диспластической ткани (подкорковой полосы гетеротопии), расположенных ниже обычно расположен неокортекс (Рисунок 3)16. И дисплазия, и чрезмерно неокортекс содержат нейроны, которые являются функциональными и обладают характерной неокортическойсвязью 17,,18.
PING ориентации гетеротопии тиш крысы мозга был эффективен в производстве фокусных нейронов потери диспластических нейронов (Рисунок 3). T2-взвешенные изображения, сделанные в один прекрасный день после PING экспонат областях гиперинтенсивности, в соответствии с повреждением тканей в целевых областях sonication. Посмертное окрашивание с помощью Fluoro-Jade после 5-дневного периода выживания после PING продемонстрировало вырождающиеся нейроны в области T2-гиперинтенсивности, подтверждая способность PING производить потерю нейронов в целевой диспластической неокортической ткани.
Рисунок 1: Магнитный резонанс (MR)-совместимые сани и 7T MR магнит. Изображены ключевые особенности саней, используемых для позиционирования животного в МР-магните и для доставки звуковых данных (A). Сборка саней показана вставленной в магнит 7T MR(B). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Контрольная комната для магнитно-резонансной (MR) визуализации и MR-управляемый фокусный ультразвук (FUS). Диспетчерской состоит из двух основных станций. Станция, где следователь сидит является областью планирования для ориентации FUS (A). Вторая станция является зоной управления для системы МРТ(В). Медно-усиленное окно за станцией МРТ смотрит в помещение, в которое находится магнит 7Т. Монитор на станции FUS отображает программное обеспечение, контролируя руководство и параметры sonication(C). В этом примере показана звуковая ориентация на стриатум, наложенный на T2-взвешенное MR-изображение(D). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: PING производит потерю нейронов в диспластической неокортексе мозга крысы тиш. T2-взвешенные изображения MR (A,B) были получены на следующий день после PING. Неокортекс «N», гетеротопия (H) и боковой желудочек «LV» помечены для целей ориентации(A). Области гиперинтенсивности (белые и желтые стрелки), свидетельствующие о повреждении тканей, можно увидеть в целевых областях гетеротопии по обе сторонымозга (B). Посмертное окрашивание Флюоро-Джейд(C-F). Ярко-зеленые клетки, представляющие вырождающиеся нейроны, наблюдаются в областях, соответствующих областям гиперинтенсивности как на левой (C,E;белые стрелки), таки в правой (D,F; желтые стрелки) сторонах мозга. Шкала баров: C,D и 1 мм; E,F 0,5 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Метод PING предназначен для производства неинвазивных, целевых поражений нейронов. Метод вытекает из сильной и растущей основы исследований в области сфокусированногоультразвука 3,,4,,5,,6,,7. Способность обеспечить координационный доступ к определенным областям мозга parenchyma через переходное открытие BBB создала путь для доставки широкого спектра агентов, которые, как правило, не получить доступ к мозгу. Эта возможность в значительной степени передовые для центральной доставки терапевтических агентов, которые обладают плохой проницаемости BBB. Метод PING использует ту же возможность по-другому, обеспечивая нейротоксин, с конечной целью уничтожения схем, которые способствуют неврологической дисфункции. Аномальные нейронные схемы представляет собой эффективную цель для хирургического вмешательства, чтобы окутыть воздействиенекоторых неврологических расстройств 2,15. Долгосрочная цель метода PING заключается в увеличении имеющихся в настоящее время подходов к отключению схем, способствующих нервной дисфункции.
В разработке всеобъемлющего исследования с использованием метода ПИНГ будут включены несколько контрольных групп. Эти группы будут включать в себя: a) необработанную группу (No FUS/No QA); b) группа, контролирующая прямые последствия ФУС (FUS/No QA); c) группа, оценивающая непосредственное воздействие системного нейротоксина при отсутствии ФУС (No FUS/ЗА). Результаты в этих группах будут сопоставлены с основной группой PING (FUS/ЗА).
Метод PING требует базовых навыков для обращения с мелкими животными. К ним относятся индукция и поддержание анестезии, размещение линии хвостовых вен, внутривенное введение нескольких агентов при установке МРТ-блока, внутривенное вливание препарата, уход за животными в оперативно-послеоперационный период. Он также требует способности выполнять внутрикардиальной перфузии, секционирования тканей, гистохимического окрашивания, и микроскопические анализы. Институциональная подготовка и одобрение Со стороны Комитета по уходу за животными и использованию, или эквивалентного учреждения, необходимы для нескольких шагов в протоколе.
Первоначальный протокол для процедуры PING используется повторяющиеся внутриперитонеальной инъекции КК в течение несколькихдней 8,9. Такой подход по-прежнему является жизнеспособным и эффективным. Тем не менее, текущий протокол изменил маршрут и скорость администрирования КК. В частности, КК вводили внутривенно в течение 1 ч постзвуковой период инфузии. Опять же, любой административный протокол является эффективным. 4-5-дневный период выживания, используемый в текущем протоколе, был принят для оптимизации использования метода Флюоро-Джейд для обнаружения вырождающихся нейронов. Если требуются более длительные периоды выживания, то будут указаны альтернативные методы окрашивания тканей. Один из таких подходов заключается в использовании нейрон-специфических антител (например, анти-NeuN), чтобы продемонстрировать иммуногистохимически, где выжившие нейроны остались после более длительного пост-звукового периода выживания. Было бы также полезно проработать различные результаты в дополнение к нынешнему структурному анализу. Например, после проведения оценок электрофизиологических и поведенческих исходов можно было бы значительно повысить характеристику воздействия метода ПИНГ.
Одним из возможных осложнений процедур FUS является то, что температура может быть повышена в непосредственной близости от черепа, особенно при ориентации корковых областях, расположенных рядом с черепом. Это осложнение в настоящее время ограничивает диапазон участков (оболочка обработки), податливаясь тепловой поражению с использованием высокоинтенсивных ФУС (HIFU). В контексте PING, тепловые увеличения вблизи черепа может также представлять собой ограничение техники. Тем не менее, низкая интенсивность sonication используется с PING снижает риск тепловой травмы, и следует расширить оболочку лечения по сравнению с HIFU.
Метод PING обладает несколькими функциями, которые являются как инфраструктурными, так и учебно-интенсивными. Требуется мрт-совместимое оборудование FUS и МАГНИТНО-резонансная томография, оборудованная для исследований на животных. Это представляет собой значительные передние инвестиции, с тем чтобы обеспечить необходимую исследовательскую инфраструктуру. Вместе с тем отрадно отметить, что число площадок, оснащенных технологией FUS, быстро расширяется как для научных исследований, так и для клинических исследований. Таким образом, по мере увеличения числа имеющихся площадок для выполнения таких работ будут возрастать возможности для проведения на месте и/или совместного расследования. Что касается профессиональной подготовки, то любой следователь, желающий провести исследования в области ФУС, выиграет от профессиональной подготовки исследовательской группы, завещаемой экспериментам в рамках ФУС. Например, программное обеспечение MRgFUS таргетинга, хотя и относительно просто, легче приобрести, когда посоветовал опытный следователь.
Существует несколько альтернативных хирургических методов для удаления нарушенных нейронных схем. К ним относятся резективная хирургия, стереотаксическая лазерная абляция, радиохирургия, высокоинтенсивное сфокусированное УЗИ и радиочастотное лечение. Каждый из этих подходов является эффективным и может иметь значительную терапевтическую ценность для некоторых медицинских неразрешимых расстройств. Однако эти хирургические методы обладают одним или более конкретными ограничениями: а) инвазивная процедура, b) паннекротическое воздействие на целевую ткань, с) повреждение прилегающих, нецелевых тканей (например, аксонов прохода) и d) задержка в достижении эффективных результатов. Существенными преимуществами метода ПИНГ являются то, что он: а) является неинвазивным, b) не является паннекротическим, с) ограничивает воздействие на соседние нецелевых тканей и d) должен обеспечивать быстрые результаты.
Есть несколько потенциальных будущих направлений для метода PING, в том числе как доклинических, так и клинических применений. Что касается экспериментов на животных, метод обеспечивает средства для производства очаговых поражений нейронов в доклинических моделях неврологических заболеваний. Например, мы недавно использовали этот подход для проверки эффекта PING в модели грызунов лимбической эпилепсии19. Лечение PING уменьшило частоту хронических, спонтанных припадков в пилокарпиновой модели лимбической эпилепсии. Это исследование предоставило первое, доклинческое доказательство концепции полезности PING в лечении неврологических расстройств.
Квинолиновая кислота была выбрана для процедуры PING по двум основным причинам. Во-первых,существующая литература 11 указывает на то, что поражения нейрональных клеток тела могут быть произведены, щадя другие нецелевых тканей, таких как аксоны прохода. Во-вторых, хотя КК является нейротоксическим при доставке непосредственно в мозг, он хорошо переносится при введении системно из-за его ограниченной проницаемости через BBB. Другие токсины, которые хорошо переносятся периферийно, такие как глутамат натрия (MSG), можно рассматривать в качестве альтернативы для КК. Ключевым преимуществом MSG будет то, что существует существенная литература в отношении использования этого соединения людьми. Важной целью будущих исследований будет определение специфики травм, производимых КК или другими системно управляемых нейротоксинов с точки зрения потенциальной специфичности клеточного типа. Другим потенциальным доклинологическим применением этого общего подхода было бы введение периферийно переносится соединение, которое является токсичным для других типов клеток в мозге parenchyma, таких как глиальные клетки. Например, периферическая инъекция токсина, который влияет на олигодендроглию, может позволить очаговую демиелинизацию в области белого вещества. Это позволило бы целенаправленно демиелинизацию части целевого пути. Кроме того, такой подход, возможно, позволит продать оценку последовательной демиелинизации одного и того же участка, что является отличительной чертой рецидива рассеянного склероза.
Что касается возможного будущего применения PING у людей, неврологические расстройства, при которых нарушенные нейронные схемы являются мишенью, могут быть подложны для лечения ПИНГ. Основываясь на наших первоначальных доклиническихвыводов 19, лекарственно-устойчивой эпилепсии (DRE) является многообещающим примером расстройства, которые могли бы извлечь выгоду из PING. Хирургическое лечение DRE может быть весьма полезным, но остается одним из наиболее недостаточного лечения, что на самом деле эффективно для крупных неврологических расстройств. Преимущество PING в этой обстановке заключается в том, что объем целевой области может быть конформным и увеличен за счет использования серийных звуковых данных на нескольких участках. Это позволит более точной ориентации неправильной формы и неправильного размера целей в мозге parenchyma. Процесс перевода для PING обязательно будет включать тестирование на безопасность системного администрирования КК у не-человеческих приматов, и в конечном счете у людей. Кимуренин метаболиты, как правило, очищается от крови через почки и устранены с помощьюмочеиспускания 20,21; однако в этой модели не была оценена судьба вводимого КК. Тем не менее, в этом контексте важно отметить, что высокий уровень системно управляемого КК хорошо переносится у грызунов. Важно отметить, что использование PING не исключает стандарта лечения. Если бы одиночные или множественные методы лечения PING оказались неэффективными в данном пациенте, то другие процедуры, такие как резективная или абляционная хирургия, оставались бы жизнеспособными вариантами. Важно также признать, что клиническая среда, в которой PING будет появляться идеально готова дляперевода и реализации 22,23,24,25,26. Структурные и функциональные методы визуализации быстро совершенствуются, что позволит лучше определить соответствующие целевые (ы) для точного вмешательства. Кроме того, нет необходимости в проектировании, строительстве или утверждении нового медицинского устройства для PING. MR-управляемый, высокоинтенсивный FUS уже установленный и утвержденный способ для нескольких показаний, в том числе неврологических приложений. И, как упоминалось ранее, в последние годы наблюдается распространение сайтов, на которых FUS уже находится в клиническом использовании. Вместе эти преимущества предлагают перспективный курс развития для PING для нескольких приложений.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторов нечего раскрывать.
Acknowledgments
Авторы признают Рене Джека Роя за отличную техническую поддержку в области МРТ. Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения (R01 NS102194 к KSL и R01 CA217953-01 к MW), Фондом Честера (KSL) и Фокусовым ультразвуковым фондом (KSL и JW).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Wiebe, S., Eliasziw, M., Matijevic, S. I. Changes in quality of life in epilepsy: How large must they be to be real. Epilepsia. 42, 113-118 (2001).
- McClelland, S., Guo, H., Okuyemi, K. S. Population-based analysis of morbidity and mortality following surgery for intractable temporal lobe epilepsy in the United States. Archives of Neurology. 68, 725-729 (2011).
- Hynynen, K., McDannold, N., Vykhotseva, N., Jolesz, F. A. Noninvasive MR imaging-guided focal opening of the blood-brain barrier in rabbits. Radiology. 220, 640-646 (2001).
- McDannold, N., Vykhodtseva, N., Raymond, S., Jolesz, F. A., Hynynen, K. MRI-guided targeted blood-brain barrier disruption with focused ultrasound: histological findings in rabbits. Ultrasound in Medicine & Biology. 31, 1527-1537 (2005).
- Park, J., Zhang, Y., Vykhodtseva, N., Jolesz, F. A., McDannold, N. J. The kinetics of blood brain barrier permeability and targeted doxorubicin delivery into brain induced by focused ultrasound. Journal of Controlled Release. 162 (1), 134-142 (2012).
- Sheikov, N., McDannold, N., Vykhodtseva, N., Jolesz, F., Hynynen, K. Cellular mechanisms of the blood-brain barrier opening induced by ultrasound in the presence of microbubbles. Ultrasound in Medicine & Biology. 30, 979-989 (2004).
- Vlachos, F., Tung, Y. S., Konofagou, E. E. Permeability assessment of the focused ultrasound-induced blood-brain barrier opening using dynamic contrast-enhanced MRI. Physics in Medicine and Biology. 55 (18), 5451-5466 (2010).
- Zhang, Y., et al. focal disconnection of brain circuitry using magnetic resonance-guided low-intensity focused ultrasound to deliver a Neurotoxin. Ultrasound in Medicine & Biology. 42 (9), 2261-2269 (2016).
- Zhang, Y., et al. Testing different combinations of acoustic pressure and doses of quinolinic acid to induce focal-neuron loss in mice using transcranial low-intensity focused ultrasound. Ultrasound in Medicine & Biology. 45, 129-136 (2018).
- Foster, A. C., Miller, L. P., Oldendorf, W. H., Schwarcz, R. Studies on the disposition of quinolinic acid after intracerebral or systemic administration in the rat. Experimental Neurology. 84, 428-440 (1984).
- Beskid, M., Różycka, Z., Taraszewska, A. Quinolinic acid: effect on the nucleus arcuatus of the hypothalamus in the rat (ultrastructural evidence). Experimental and Toxicologic Pathology. 49, 477-481 (1997).
- Schwarcz, R., Köhler, C. Differential vulnerability of central neurons of the rat to quinolinic acid. Neuroscience Letters. 38, 85-90 (1983).
- Schwarcz, R., Whetsell, W. O., Mangano, R. M. Quinolinic acid: an endogenous metabolite that produces axon-sparing lesions in rat brain. Science. 219, New York, N.Y. 316-318 (1983).
- Klibanov, A. L. Microbubble contrast agents: targeted ultrasound imaging and ultrasound-assisted drug-delivery applications. Investigative Radiology. 41 (3), 354-362 (2006).
- Agari, T., et al. Successful treatment of epilepsy by resection of periventricular nodular heterotopia. Acta Medica Okayama. 66 (6), 487-492 (2012).
- Lee, K. S., et al. A genetic animal model of human neocortical heterotopia associated with seizures. The Journal of Neuroscience. 17 (16), 6236-6242 (1997).
- Schottler, F., Couture, D., Rao, A., Kahn, H., Lee, K. S. Subcortical connections of normotopic and heterotopic neurons in sensory and motor cortices of the tish mutant rat. The Journal of Comparative Neurology. 395 (1), 29-42 (1998).
- Schottler, F., et al. Normotopic and heterotopic cortical representations of mystacial vibrissae in rats with subcortical band heterotopia. Neuroscience. 108 (2), 217-235 (2001).
- Zhang, Y., et al. Effects of non-invasive, targeted, neuronal lesions on seizures in a mouse model of temporal lobe epilepsy. Ultrasound in Medicine and Biology. 46, 1224-1234 (2020).
- Holmes, E. W. Determination of serum kynurenine and hepatic tryptophan dioxygenase activity by high-performance liquid chromatography. Analytical Biochemistry. 172, 518-525 (1988).
- Shibata, K., Ohno, T., Sano, M., Fukuwatari, T. The urinary ratio of 3-hydroxykynurenine/3-hydroxyanthranilic acid is an index of predicting the adverse effects of D-trytophan in rats. Journal of Nutritional Science and Vitaminology. 60, 261-268 (2014).
- Aubry, J. -F., Tanter, M. MR-guided transcranial focused ultrasound. Therapeutic Ultrasound. , 97-111 (2016).
- Elias, W. J., et al. A Randomized trial of focused ultrasound thalamotomy for essential tremor. New England Journal of Medicine. 375, 730-739 (2016).
- Ghanouni, P., et al. Transcranial MR-guided focused ultrasound: a review of the technology and neuro applications. American Journal of Roentgenology. 205, 150-159 (2015).
- Martin, E., Jeanmonod, D., Morel, A., Zadicario, E., Werner, B. High-intensity focused ultrasound for noninvasive functional neurosurgery. Annals of Neurology. 66, 858-861 (2009).
- Monteith, S., et al. Transcranial magnetic resonance-guided focused ultrasound for temporal lobe epilepsy: a laboratory feasibility study. Journal of Neurosurgery. 12, 1-8 (2016).
