Ultrasonik Kan-beyin bariyeri bozulması ve Manganez kontrastlı MRG kullanma İşlevsel beyin görüntüleme

Aşağıdaki deneyin genel amacı, faredeki nöronal aktivitenin manganezle güçlendirilmiş MRI ile görüntülenmesidir. Bu işlem, vibrisalar tek taraflı olarak uyararak ve kontralateral barrel alan korteksindeki nöronal yanıt haritalanarak gerçekleştirilir. İlk adım, deney için sinyal jeneratörü ve amplifikatör tarafından sürülen odaklanmamış bir ultrason transduserinden oluşan ultrason sisteminin kurulması ve kalibre edilmesidir.

Manganezin intraperitonal enjeksiyonundan sonra, manganezin beyin parenkimine girmesini sağlamak için ultrason ve mikro kabarcıklar ile kan-beyin bariyeri açılır. Ardından, fare bir nöronal stimülasyon paradigmasına tabi tutulur ve bu durum, beynin daha aktif bölgelerinde daha yüksek manganez birikimi ile sonuçlanır. Son olarak, beyin içindeki farklı manganez birikim seviyelerine bağlı olarak, T1 ağırlıklı MR görüntü yoğunluğundaki bölgesel farklılıkları gösteren MRI görüntüleri elde edilir.

Nörobilimde fare, beyin gelişimi ve hastalıklarının genetik ve moleküler temellerini incelemek için kullanılan baskın model sistemdir. Bu teknik, söz konusu fare modellerinde nöral aktivitenin haritalanması için non-invaziv bir araç sunmaktadır. Kan-beyin bariyerinin ultrasonik yöntemle bozulması, yalnızca fonksiyonel nörogörüntüleme amacıyla beyin parankimine manganez iletimi için değil, aynı zamanda gadolinyum bazlı kontrast maddeler veya kemoterapötikler dahil olmak üzere çok çeşitli diğer bileşiklerin beyin parankimine iletilmesi için de kullanılabilir.

Genel olarak, bu yöntemde yeni olan kişiler ultrason sistemini kalibre etmekte ve mikro tüpleri kullanmakta zorluk çekeceklerdir. Prosedür, laboratuvarımızdaki teknisyenlerin her birine uygulamalı olarak gösterilecektir. Ultrason sistemi, fare beynini kapsayacak yeterlilikte bir çapa sahip olan ve iki megahertz aralığında bir merkez frekansı olan tek elemanlı bir ultrason transdüserinden oluşmaktadır.

Transduser, ultrasonik puls dizisini üreten bir sinyal jeneratörü ve 50 desibellik bir güç amplifikatörü ile sürülür. Ultrason sistemini bir su tankında kalibre edin. Hidrofonu tankın tabanına yerleştirin ve transduseri üç eksenli bir öteleme tablası ile onun üzerine konumlandırın.

Ardından, transducer'a kısa bir sinüzoidal darbe dizisi uygulayın ve pik yanıtı bulmak için sahneyi ayarlayın; bu yanıt, ultrason demetinin merkezinde ve transducer'ın doğal odağında olmalıdır. Sonra, çeşitli giriş voltajları üzerinden birkaç akustik basınç ölçümü yapın ve giriş voltajı ile akustik basınç arasındaki ilişkiyi tahmin etmek için doğrusal regresyon kullanın. Yaklaşık 0.36 megapascals değerinde pik negatif akustik basınç oluşturmak için gereken darbe genliğini belirleyin.

Bu adımda, izofloran burun konisi aracılığıyla verilerek hayvan anesteziye alınır. Burun konisi düzeneği, hayvanın başını her seferinde kesin ve güvenilir bir şekilde aynı konumda sabitlemelidir; deney boyunca başı kafatası düz konumda tutmak için pnömatik bir yastık kullanılır. Solunum hızını izlemek ve solunum hızını dakikada 85 ile 125 nefes arasında tutacak şekilde anesteziği titre etmek için izleme yapılır. Aynı zamanda, rektal prob ile hayvanın sıcaklığı takip edilir ve bir ısı lambası veya üflenen hava kullanılarak vücut sıcaklığı korunur.

Ardından, hayvana bir kuyruk ven kateteri ve bir intraperitoneal kateter yerleştirin. Bir sonraki adım, VII'nin tek taraflı stimülasyonunu göstermek ve kontralateral barrel field korteksindeki nöronal yanıtı haritalamak için hayvanın tüylerini tıraşlamaktır. Kontralateral VII'yi, folikülü veya çevredeki cildi tahriş etmeden mümkün olduğunca cilt yüzeyine yakın bir yerden kesin.

Ardından hayvanı ultrason sistemine transfer edin ve kafa üzerine, içinde su kolonu bulunan alt ince plastik tabakalı saç derisine ultrason jeli uygulayın. Ultrason jelinde hapsolmuş hava kabarcıklarını dışarı itmek için bir pamuklu çubukla su kolonunun içinden ulaşın. Daha sonra ultrason transduserini, doğal odak mesafesinde doğrudan fare beyninin üzerine, suyun içine yerleştirin ve hapsolmuş hava kabarcıklarını gidermek için transduseri parmağınızla silin.

Ardından, flakonu çalkalayıcıda 45 saniye boyunca sallayarak perrin lipid mikrokürelerini üretin. Vialini oda sıcaklığında bırakın, ancak günün son kullanımından sonra, bir sonraki günün ilk kullanımına kadar buzdolabında saklayın. Sonraki günlerde, saklanan flakonu çalkalayıcıda yeniden karıştırın.

Ardından, kilogram başına 0,5 millimol manganez klorürü intraperitoneal olarak enjekte edin ve dağılması için 10 dakika bekleyin. Daha sonra, mikroküreleri yeniden süspande etmek için mikrobaloncuk flakonunu bir dakika boyunca elinizle çalkalayın. Sonrasında, 30 mikrolitre artı kateterin ölü hacmi kadar sıvı çekin.

Flakona hava enjekte etmemeye dikkat edin, çünkü bu durum geri kalan mikrobaloncukların yapısını bozacaktır. Ultrason darbe dizisini derhal başlatın ve mikroküreleri kuyruk ven kateteri aracılığıyla minimum gecikmeyle enjekte edin. Sonikasyona üç dakika boyunca devam edin.

Ardından ultrason sistemini kapatın. Beyindeki manganez seviyesi yaklaşık 40 dakika boyunca stabilize olduktan sonra izofloran akışını kesin ve burun konisini çıkarın. Bu noktada, barrel alan korteksini haritalamak için nöronal stimülasyon paradigmasına başlayın.

Bir fırçayı, karşı taraftaki vibra dizisi üzerinden yaklaşık bir ila beş hertz hızında dairesel hareketlerle 90 dakika boyunca hareket ettirin. Stimülasyondan sonra anesteziye devam edin, ardından vücut sıcaklığını korumaya devam edin ve isoflorine seviyesini dakikada 85 ila 125 solunum hızına göre titre edin. Ardından, fareyi bir MRI bobinine yerleştirin ve MRI sistemine transfer edin.

Ardından, burada gösterildiği gibi yüksek çözünürlüklü üç DT T1 ağırlıklı görüntü elde edin. Manganez veya gadolinyum tabanlı bir ajan gibi T1 kısaltan bir kontrast maddenin uygulanmasının ardından kan-beyin bariyerinin bozulması, BOMA uygulanmayan beyinlerle karşılaştırıldığında, T1 ağırlıklı görüntülemede beyin parenkiminde bir sinyal artışıyla sonuçlanır. İlk sütunda, yedi hayvanda risi tek taraflı olarak stimüle edilerek oluşturulan nöronal aktivite haritaları yer almaktadır.

İki farklı konumdaki fark haritaları, fırça ile stimüle edilen tarafın kontralateralinde artmış MRI sinyali göstermektedir. İkinci sütunda, p-değeri haritaları bu farkların göreceli anlamlılığını belirtmektedir. Üçüncü sütundaki ilgili beyin atlas diyagramları, bu aktif bölgelerin primer duyusal korteksin barrel alanına karşılık geldiğini göstermektedir.

Pratikle birlikte, bu teknik simülasyon süresine ek olarak yaklaşık iki saatte tamamlanabilir. Prosedürü uygularken, enjeksiyondan önce mikrobaloncuk flakonunu çalkalamayı ve flakona hava enjekte etmemeye dikkat etmeyi unutmamak önemlidir. Ayrıca, ultrason jelinde veya ultrason transdüserinin altında hava kabarcığı kalmadığından emin olmak önemlidir.

Bu gösterim için bıyıkları uyarmayı seçtik, ancak bu tekniğin ilgi duyulan herhangi bir uyarıcıyı incelemek için uyarlanabileceği açıktır. Prosedürün ardından hayvan tamamen iyileşebilir, bu da boylamsal çalışmalara olanak tanır.