A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
يوصف أسلوب لفتح على نطاق واسع حاجز الدم في الدماغ في الماوس باستخدام microbubbles والموجات فوق الصوتية. باستخدام هذه التقنية، ويمكن أن تدار المنجنيز للدماغ الفأر. لأن المنغنيز هو وكيل النقيض من التصوير بالرنين المغناطيسي الذي يتراكم في الخلايا العصبية استقطابها، هذا النهج يمكن التصوير من نشاط الخلايا العصبية.
على الرغم من أن الفئران هي نظام النموذج السائد لدراسة الأسس الوراثية والجزيئية لعلم الأعصاب، وتصوير الأعصاب وظيفية في الفئران لا يزال تحديا من الناحية التقنية. وقد استخدم نهج واحد، وتفعيل الناتج عن المنغنيز معززة للتصوير بالرنين المغناطيسي (AIM التصوير بالرنين المغناطيسي)، بنجاح لرسم خريطة نشاط الخلايا العصبية في القوارض 1-5. التصوير بالرنين المغناطيسي في AIM، المنغنيز 2 + يعمل التناظرية الكالسيوم وتتراكم في الخلايا العصبية استقطابها 6،7. لأن المنجنيز 2 + T يقصر الملكية الأنسجة 1، ومناطق نشاط الخلايا العصبية في تعزيز مرتفعة التصوير بالرنين المغناطيسي. وعلاوة على ذلك، المنغنيز 2 + يزيل ببطء من المناطق المنشط، وبالتالي، لا يمكن أن يؤديها التحفيز خارج المغناطيس قبل التصوير، وتمكين مرونة أكبر التجريبية. ومع ذلك، لأن المنجنيز 2 + لا يعبر بسهولة حاجز الدم في الدماغ (ب ب ب)، على ضرورة فتح BBB قد حدت من استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي والهدف، وخاصة في الفئران.
أداة واحدة لفتح BBB هو ultrasound. على الرغم من المحتمل أن يسبب تلفا، إذا كانت تدار الموجات فوق الصوتية في تركيبة مع مليئة بالغاز microbubbles (أي عوامل التباين الموجات فوق الصوتية)، والضغط الصوتي المطلوبة لفتح BBB هو أقل من ذلك بكثير. ويمكن استخدام هذا المزيج من الموجات فوق الصوتية وmicrobubbles لفتح موثوق BBB دون التسبب في تلف الأنسجة 8-11.
هنا، ويقدم وسيلة لأداء AIM باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي والموجات فوق الصوتية microbubbles لفتح BBB. بعد الحقن في الوريد من microbubbles perflutren، يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية غير مركزة شعاع نابض في الرأس الماوس حلق لمدة 3 دقائق. عن البساطة، ونشير إلى هذه التقنية من افتتاح BBB مع Microbubbles والموجات فوق الصوتية كما BOMUS 12. باستخدام BOMUS لفتح BBB طوال كلا نصفي الكرة المخية، ويدير المنجنيز للدماغ الفأر كله. بعد تنشيط التجريبية للفئران مخدرا خفيفا، ويستخدم AIM التصوير بالرنين المغناطيسي لرسم خريطة للاستجابة الخلايا العصبية.
إلىشرح هذا النهج، وتستخدم هنا BOMUS والتصوير بالرنين المغناطيسي خاصة لتعيين تحفيز الميكانيكية من جانب واحد من vibrissae في الفئران مخدرا بخفة 13. لأن BOMUS يمكن فتح BBB في جميع أنحاء الكرة الأرضية على حد سواء، ويستخدم الجانب unstimulated من الدماغ للسيطرة على لتحفيز خلفية غير محددة. ينجم عنها من تفعيل خريطة 3D يتفق تماما مع تمثيلات نشرت في المناطق vibrissae الحقل برميل قشرة 14. افتتاح بالموجات فوق الصوتية من BBB سريع، موسع، وقابلة للانتكاس، وبالتالي هذا النهج هو مناسبة لدراسات عالية الإنتاجية و / أو الطولي في الفئران مستيقظا.
1. تجميع ومعايرة نظام الموجات فوق الصوتية
2. إعداد الكواشف
3. حيوان التحضير
4. الدم في الدماغ افتتاح الحاجز مع Microbubbles والصوت الفائق (BOMUS)
5. تحفيز الخلايا العصبية
6. ماغنيتيج التصوير بالرنين
7. صورة التحليل
8. ممثل النتائج
الطريقة المعروضة هنا واثنين من صندوق amental الخطوات التالية: (1) افتتاح BBB مع Microbubbles والموجات فوق الصوتية (BOMUS) و (2) تنشيط الناتج عن المنغنيز معززة للتصوير بالرنين المغناطيسي (AIM التصوير بالرنين المغناطيسي). لأن الخطوة الأخير يعتمد على السابق، فمن المهم للتحقق من BOMUS التنفيذ الناجح.
تعطيل حاجز الدم في الدماغ بعد تناوله لتي 1-تقصير وكيل النقيض من (مثل المنغنيز أو وكيل الجادولينيوم على أساس) ينتج عن ذلك زيادة في إشارة لحمة الدماغ على T-1 مرجح التصوير بالمقارنة مع العقول التي BOMUS لم يتم تنفيذ (الشكل 4). توزيع هذا التعزيز المنغنيز ليست موحدة تماما، على الرغم من أنه يتفق إلى حد ما بين الحيوانات. التوزيع لا يعكس فقط عدم التجانس في افتتاح BBB، بل هي أيضا جوهرية غير موحدة توزيع المنغنيز في الدماغ 19. وقد تم ديناميات المكاني والزماني لافتتاح المزيد من BBB صفها سابقا 12.
والأنف والحنجرة "> وبمجرد BOMUS نفذت بنجاح، فإن الخطوة التالية هي لتنفيذ AIM التصوير بالرنين المغناطيسي نماذج تجريبية كثيرة هي ممكن؛.. ومع ذلك، يجب أن يكون بسبب وجود محتمل يدحض الكثير من الضوابط والتحليل مصممة بعناية آثار التفنيد تشمل متجانسة BBB الافتتاح، تراكم غير متجانسة من المنغنيز في الدماغ، وديناميات الزمني للنشر المنغنيز، ونشاط الخلايا العصبية غير محددة. في هذه المظاهرة، تم تعيين استجابة الخلايا العصبية لتحفيز من جانب واحد من vibrissae. لمراعاة التجانس والمنغنيز تدفق، فإن الجانب unstimulated كل من الدماغ وقد استخدم بوصفه الرقابة الداخلية. لحساب لنشاط الخلايا العصبية غير محددة قد تختلف بين الحيوانات، واستخدام تحليل التجارب الإحصائية لتحديد المناطق التي كانت على الدوام بين مختلف الحيوانات (الشكل 2). وكانت النتائج على خريطة الفرق ثلاثي الأبعاد و ثلاثي الأبعاد ف قيمة خريطة (الشكل 3)، على الجانب الأيمن من المناطق التي أشارت إلىمن أعلى إشارة المقابل إلى vibrissae حفز. وأشار الجانب الأيسر من الخريطة التي كان إشارة مناطق أعلى بكثير المماثل للvibrissae حفز. التعرف على خريطة ف قيمة منطقة واسعة من إشارة إلى ارتفاع المقابل vibrissae حفز التي تتوافق مع مجال برميل من القشرة الحسية الأولية، والتي استجابة لvibrissae تم توثيقها على نطاق واسع من قبل التحفيز الكهربية 20،21 والدراسات 2-deoxyglucose. وقد تم نشر مناقشة أكثر اكتمالا من هذه النتائج من قبل 13.
الشكل 1. بروتوكول جدول زمني لتصوير الأعصاب وظيفي مع BOMUS وخاصة التصوير بالرنين المغناطيسي (بتصرف من Howles وآخرون. 13).
مخطط تحليل شخصية 2. لتحديد المناطق سو كثافة مختلفة بين الجانبين، وحفز unstimulated من كل الدماغ. للمقارنة بين الجانب حفز كل من الدماغ على الجانب المقابل لها unstimulated، وهو تكرار وعكست اليسار unstimulated يتم إنشاء مجموعة صورة. يتم تسجيل هذه الصور وتصفيتها وتسويتها. أخيرا، في اختبار يقارن الصور من اليسار واليسار حفز unstimulated. هو "الاقتران" اختبار تي بحيث يتم مقارنة فقط الجانب حفز كل من الدماغ إلى جانب unstimulated من الدماغ نفسه. اختبار تي هي "واحدة الذيل" بحيث جانب واحد من خريطة ف قيمة يشير إشارة أعلى بكثير على الجانب حفز الدماغ، في حين أن الجانب الآخر من الخريطة ف قيمة يشير إشارة أعلى بكثير على الجانب unstimulated لل الدماغ (بتصرف من Howles وآخرون. 13).
الشكل 3. نتائج تحليل مجمعة من 7 الحيوانات في الموقفين محوري مختلفة. تي انه يبين العمود الأول متوسط جميع الصور المسجلة الانحياز، بحيث فعليا على جميع الفئران وكان vibrissae اليسرى حفز. وغطى هذه الصور مع خريطة ملونة تشير إلى الزيادة في المئة في المتوسط في إشارة إلى كل قريب فوكسل إلى نصف الكرة الأرضية المقابل، كما يدل على ذلك شريط اللون. المناطق الملونة على الجانب الأيمن من الصورة تظهر فيها نصف الكرة الأرضية المقابل على تحفيز لديهم أعلى إشارة. المناطق الملونة على الجانب الأيسر من الصورة تظهر فيها نصف الكرة المماثل لتحفيز لديهم أعلى إشارة. العمود الثاني يبين صور نفسه مضافين مع الخريطة ف قيمة تشير إلى الأهمية الإحصائية للزيادة في إشارة. العمود الثالث يبين نفسه ف قيمة خريطة مضافين على الأرقام المقابلة من الأطلس التجسيمي Paxinos 16 مع الحقول برميل من القشرة الحسية مظللة (بتصرف من Howles وآخرون. 13).
/ 4055/4055fig4.jpg "/>
الشكل 4. التوزيع المكاني للالمنغنيز 2 + في الدماغ. تم الحصول على الصور 170 دقيقة بعد 0،5 MnCl IP مليمول / 2 كيلو من BOMUS المعاملة (ن = 5) والسيطرة (ن = 4) الفئران. بعد تطبيع، يعني وحسبت خرائط الانحراف المعياري (لوحة اليسار). وكانت أكبر زيادة في الفئران BOMUS المعالجة. وإن كان هذا التعزيز ليست موحدة في جميع أنحاء الدماغ، وكان ثابت تقريبا، ما عدا بالقرب من حواف الدماغ والبطينين. استخدام المناطق ذات الاهتمام (رويس) رسمها حول مختلف الهياكل، تم احتساب متوسط SNR (+ 1 SD) عبر كل مجموعة (لوحة على اليمين). وأظهرت BOMUS المعالجة الحيوانات أكبر SNR ولكن أيضا أكبر الفرق بين الهياكل وبين الحيوانات (بتصرف من Howles وآخرون. 13).
الشكل 5. دراسة الآثار الأنسجة من BOMUS، كانت ثابتة من أدمغة الفئران المعالجة BOMUS، حد ذاتهctioned في 500 - فترات ميكرون، وملطخة هيماتوكسيلين ويوزين. يظهر متوسط عدد خلايا الدم الحمراء extravasations ينظر في كل قسم من الدماغ عن الضغوط الصوتية من 0.36 ميغاباسكال (ن = 3) ميغاباسكال 0.52، (ن = 4)، و 5.0 ميجا باسكال (ن = 1). أشرطة الخطأ إظهار الخطأ المعياري. الفريق الثاني يظهر مثال شديد الدم الحمراء تسرب خلية من الدماغ تتعرض لميغاباسكال 5.0 (بتصرف من Howles وآخرون. 12).
الشكل 6. تم استخدام الاختبار السلوكي الكمي لتقييم النشاط، والإثارة، والقدرة على الاستجابة قبل التخدير، و 3 و 24 ساعة بعد الشفاء من التخدير. واستند نظام تسجيل النقاط، التي سبق وصفها 12، على راسخة التقييم الكمي الماوس السلوكية تطويربقلم اروين في عام 1968 22. سلوك متوسط (± SEM) درجة للسيطرة على (ن = 3) وBOMUS (0.36 ميجا باسكال) معاملة (ن = 8) ويرد الحيوانات. بالنسبة إلى خط الأساس قبل التخدير، وجميع الحيوانات تظهر انخفاضا في درجة سلوك 3 ساعات بعد التخدير، لكنها الى حد كبير على التعافي في اليوم التالي. في كل نقطة مرة، كان ينظر لا فرق بين المجموعتين، مشيرا إلى أن BOMUS لم يؤثر بشكل ملموس سلوك الحيوان (بتصرف من Howles وآخرون. 12).
هنا، وقدم طريقة لفتح noninvasively بي بي بي طوال مخ الفأر كامل مع الموجات فوق الصوتية وmicrobubbles (BOMUS). مع مفتوحة BBB، المنغنيز 2 + كانت تدار وتفعيل بفعل المنغنيز معززة للتصوير بالرنين المغناطيسي (AIM MRI) تم استخدامه لاستجابة الخلايا العصبية صورة لمدة قصيرة التحفيز في الفئران ...
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
تم تنفيذ جميع الأعمال في مركز ديوك للفي المجهر فيفو، والمعاهد الوطنية للصحة / NIBIB التكنولوجيا الطبية الحيوية وطني مركز الموارد (P41 EB015897) والمعهد القومي للسرطان التصوير الحيوانات الصغيرة برنامج الموارد (U24 CA092656). وقدم دعم إضافي من جبهة الخلاص الوطني للبحوث زمالة دراسات عليا (2003014921).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
اسم كاشف | شركة | فهرس العدد | تعليقات |
هيدروفونات | سونورا للأنظمة الطبية، ونجمونت، CA | SN S4-251 | |
ترجمة مرحلة | شركة نيوبورت، ارفين، كاليفورنيا | ||
الموجات فوق الصوتية محول | أوليمبوس NDT، وشركة، والتهام MA | A306S-SU | تستعرض ورقة الشركة المصنعة الاختبار الذي يصاحب محول للعثور على تردد وسط الدقيق من أن محول خاص، والتي قد تختلف من وتيرة الاسمي المدرجة في الكتالوج. (على سبيل المثال، كانت وتيرة الاسمية للمحول لدينا 2.25 ميغاهيرتز، ولكن وتيرة مركز الفعلي كان 2.15 ميغاهيرتز.) |
VEVO التصوير محطة | VisualSonics، Inc. تورنتو، كندا | ؛ | |
50 ديسيبل السلطة مكبر للصوت | E & I، روتشستر، نيويورك | نموذج 240L | |
إشارة مولد | اجيلنت تكنولوجيز، في سانتا كلارا، كاليفورنيا | نموذج 33220A | |
MnCl 2 - (H2O) 4 | سيغما | الوزن الجزيئي يختلف من دفعة، الاتصال بالشركة المصنعة للقياس الدقيق | |
Perflutren دهن المجهرية | Lantheus التصوير الطبي، N. فالجهاز يبث اشعة تماثل، MA | DEFINITY | |
Microsphere المحرض | Lantheus التصوير الطبي، N. فالجهاز يبث اشعة تماثل، MA | VIALMIX | |
MR التصوير لفائف | M2M التصوير كورب، هيلكريست، OH | 35 التربيع قطرها ملم الإرسال / التلقي لفائف حجم | |
التصوير بالرنين المغناطيسي نظام | جنرال إلكتريك للرعاية الصحية، Milwaukeه، ويسكونسن | شركة جنرال الكتريك وحدة EXCITE تشغيل 7-T مغناطيس تتحمل أفقي | |
صورة تحليل بيئة | التصوير محيا، سان دييغو، كاليفورنيا، برنامج Mathworks، ناتيك MA | أميرة MATLAB |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved