A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
هنا ، نصف بروتوكول الفحص المجهري للتوطين بالموجات فوق الصوتية (ULM) ، والذي يحقق دقة مكانية تبلغ 12.5 ميكرومتر لتصوير الأوعية الدموية الدقيقة في الدماغ في الفئران. إنه يتيح التصور التفصيلي لاتجاه تدفق الدم وسرعته ، مما يوفر أداة قوية لتطوير دراسات الدورة الدموية الدماغية واضطرابات الأوعية الدموية.
تشكل الأوعية الدموية الدقيقة الدماغية شبكة معقدة من الأوعية الضرورية للحفاظ على وظائف الدماغ. يمكن لأمراض مثل السكتة الدماغية ومرض الزهايمر والأورام الدبقية والخرف الوعائي أن تعطل نظام الأوعية الدموية الدقيقة بشكل عميق. لسوء الحظ ، تقدم طرق التصوير الطبي الحالية ملاحظات غير مباشرة فقط على هذا النطاق. مستوحى من الفحص المجهري البصري ، يتغلب الفحص المجهري للتوطين بالموجات فوق الصوتية (ULM) على المفاضلة الكلاسيكية بين عمق الاختراق والدقة المكانية. من خلال توطين وتتبع الفقاعات الدقيقة المحقونة الفردية (MBs) بدقة الطول الموجي الفرعي ، يمكن إنشاء خرائط الأوعية الدموية والسرعة على مقياس الميكرومتر. هنا ، نقدم بروتوكولا قويا للتصوير فائق الدقة للأوعية الدموية الدقيقة في الجسم الحي في الجسم الحي في الفئران باستخدام منصة الموجات فوق الصوتية التجارية. تحقق هذه الطريقة دقة مكانية تبلغ 12.5 ميكرومتر ، وتعيد بناء بنية الأوعية الدموية الدقيقة وتوفر معلومات مفصلة عن اتجاه تدفق الدم وسرعته ، مما يعزز بشكل كبير فهمنا للدوران الدقيق الدماغي. يمكن توسيع البروتوكول ليشمل نماذج أمراض الفئران ، مما يوفر أداة قوية للتشخيص المبكر وعلاج أمراض الأوعية الدموية العصبية.
تعتبر الأوعية الدموية الدقيقة الدماغية ، التي تتكون من الشعيرات الدموية والشرايين والأوردة ، ضرورية للحفاظ على وظائف المخ من خلال تسهيل توصيل العناصر الغذائية وتبادل الأكسجين وإزالة النفايات1،2. تشارك الاضطرابات في هذه الشبكة في الاضطرابات العصبية مثل السكتة الدماغية3 ، ومرض الزهايمر4 ، والأورام الدبقية5 ، والخرف الوعائي6 ، مما يؤدي إلى ضعف في فسيولوجيا الدماغ. غالبا ما تسبق التغيرات الوعائية الدقيقة ظهور الأعراض السريرية ، مما يجعلها هدفا حاسما للتدخلات التشخيصية والعلاجية7،8. يعد الفهم الشامل لتغيرات الأوعية الدموية على المستويين الهيكلي والوظيفي أمرا أساسيا لتطوير استراتيجيات البحث والعلاج.
ومع ذلك ، فإن تصوير الأوعية الدموية الدقيقة الدماغية يمثل تحديا خاصا نظرا لصغر حجمها وموقعها العميق جزئيا داخل الدماغ. طرائق التصوير التقليدية مثل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) 9 والتصوير المقطعي المحوسب (CT) 10 ، على الرغم من أنها كافية لالتقاط التغيرات الوعائية واسعة النطاق ، إلا أنها توفر دقة مكانية (~ 100 ميكرومتر) خشنة جدا لتصور الأوعية الصغيرة. توفر الطرق البصرية مثل الفحص المجهري ثنائيالفوتون 11 دقة مكانية ممتازة (تصل إلى 1 ميكرومتر) لتصوير الشعيرات الدموية الفردية ولكن يتم إعاقتها بسبب مجال الرؤية المحدود وعمق الاختراق (أقل من 1 مم) ، مما يحد من قدرتها على تصوير مناطق الدماغ العميقة. كتقنية قائمة على الموجات فوق الصوتية ، بينما يقدم دوبلر12 تقييما لتدفق الدم في الوقت الفعلي ، يظل مقيدا بدقة تتراوح من 50 إلى 200 ميكرومتر ، وهو ما لا يكفي لتفاصيل الأوعية الدموية الدقيقة. بشكل عام ، لا توجد طريقة واحدة تلبي حاليا المتطلبات المزدوجة المتمثلة في الدقة المكانية العالية والاختراق الكافي للدماغ الضروري لتصوير الأوعية الدموية الدقيقة الدماغية.
مستوحى من الفحص المجهري البصري13،14 ، يسمح الفحص المجهري للتوطين بالموجات فوق الصوتية (ULM) بتصور الهياكل الدقيقة على مقياس ميكرون عن طريق تحديد موقع الفقاعات الدقيقة المحقونة الفردية (MBs) وتتبع إزاحتها بدقة الطول الموجيالفرعي 15. إنه يتجاوز الحل الوسط الكلاسيكي بين الاختراق والدقة في التصوير بالموجات فوق الصوتية16. توضح هذه الدراسة بالتفصيل بروتوكولا قويا لتنفيذ ULM في نموذج الفئران الحية وبالتالي تمكين التصوير فائق الدقة للأوعية الدموية الدقيقة في الدماغ من خلال منصة الموجات فوق الصوتية المتاحة تجاريا. لا يوفر البروتوكول إعادة بناء شاملة لبنية الأوعية الدموية الدقيقة فحسب ، بل يوفر أيضا معلومات مفصلة حول اتجاه وسرعة تدفق الدم ، وهو أمر غير ممكن مع تقنيات التصوير التقليدية. على الرغم من التحقق من صحة البروتوكول في الفئران العادية ، إلا أنه قابل للتمديد ليشمل نماذج أمراض الفئران ، مما يوفر إمكانيات لدراسات مخصصة في ظروف مرضية مختلفة.
تمت الموافقة على جميع التجارب على التي يتم إجراؤها في هذا العمل من قبل لجنة الأخلاقيات بجامعة فودان (رقم الموافقة: 2022JS-004). يتبع البروتوكول بدقة إرشادات رعاية لجامعة فودان لضمان المعاملة الإنسانية للحيوانات. قبل البدء التجريبي ، يجب السماح للفئران بفترة أسبوع واحد للتأقلم البيئي ، يتم خلالها تزويدهم بالعلف والماء الكافيين. يتم تنظيم الفترة الضوئية بعناية وفقا لإيقاعاتها البيولوجية لضمان الحفاظ على الحالات الفسيولوجية الطبيعية. في نهاية التجربة ، يتم إجراء القتل الرحيم باستخدام جرعة زائدة من الأيزوفلوران المستنشق.
ملاحظة: يظهر الإعداد التجريبي في الشكل 1A-H.
1. تحضير لتصوير ULM
2. الإعداد قبل جمع البيانات
3. جمع البيانات (التوقيت ~ 20 دقيقة)
ملاحظة: يوفر Verasonics (نظام الموجات فوق الصوتية) نصوص MATLAB الأصلية للاستخدام مع نظام Vantage ولم يتم تعديله.
4. معالجة البيانات وتحليلها (التوقيت ~ 8 ساعات)
يوضح الشكل 1 الإعداد التفصيلي لتصوير الأوعية الدموية الدقيقة في الجسم الحي في الفئران ، مع تصميم كل عنصر بعناية لتقليل التباين التجريبي وضمان الحصول على بيانات دقيقة للحصول على نتائج تصوير موثوقة فائقة الدقة.
يعرض الشكل 2 ?...
استخدم هذا البروتوكول بنجاح ULM لإجراء تصوير فائق الدقة للأوعية الدموية الدقيقة لدماغ الفئران في الجسم الحي. بالمقارنة مع طرق التصوير الأخرى ، يستوعب ULM في نفس الوقت كلا من الدقة المكانية وعمق الاختراق. تم تصوير دماغ الفئران المكشوف بدلا من الجمجمة ، وتجنب التوهين والتشو?...
المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.
تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين بموجب المنحة 2023YFC2410903 ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (المنح 12274092 ، 12034005) ، وبرنامج المستكشف في شنغهاي (المنحة 21TS1400200) ، وبرنامج التعاون الدولي للعلوم والتكنولوجيا في شنغهاي (المنحة 24490710400) ، ومؤسسة الذكاء الاصطناعي للعلوم بجامعة فودان (Grant FudanX24AI016).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Alcohol | DICHANG | https://www.dehsm.com/goods-17187.html | 75% |
Beamforming program | Institute of Biomedical Engineering at the University of Montreal | Matlab Ultrasound Toolbox 3.4 version | |
Body temperature maintenance device | RWD Life Science Co., Ltd. | 69026 | |
Brain stereotaxic instrument | RWD Life Science Co., Ltd. | 71000-R | Adaptable to breathing mask |
Cranial Microinjection Surgical Instrument Kit | RWD Life Science Co., Ltd. | SP0005-R | |
Digital microscope | RWD Life Science Co., Ltd. | DOM-1001 | |
Drug delivery catheter | RWD Life Science Co., Ltd. | https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/administration/draw-blood | |
Erythromycin ointment | Renhe Pharma | H36020018 | 1% x 15 g |
Gas anesthesia machine | RWD Life Science Co., Ltd. | R500IE | Includes breathing mask |
Handheld electric clipper | GUAZHOUMU | MJD-DTJ02 | |
Handheld mini cranial drill | RWD Life Science Co., Ltd. | 78001 | |
Indwelling needle | Kindly EnterpriseDevelopment Group Co., LTD | Positive Pressure Model | 26 G |
Iodine solution | HYNAUT | https://www.hainuocn.com/index/detail/524.html | 4.5–5.5 g/L |
IQ demodulation program | Institute of Biomedical Engineering at the University of Montreal | Matlab Ultrasound Toolbox 3.4 version | |
Isoflurane | RWD Life Science Co., Ltd. | R510-22-10 | |
MATLAB software | MathWorks | Version R2021a | |
Microinjection pump | RWD Life Science Co., Ltd. | R462 | |
Sodium chloride injection | SHENG'AO animals pharmaceutical Co., Ltd. | 270071460 | 0.90% |
SonoVue | Bracco | https://www.bracco.com/en-se/product/sonovue | |
Spherical drill bit | RWD Life Science Co., Ltd. | HM1027/HM1010 | |
Supporting Positioning Software | RWD Life Science Co., Ltd. | V2.0.0.30400 | |
Syringe | Kindly EnterpriseDevelopment Group Co., Ltd. | RWLB | 1 mL |
Tracking program | Jean-Yves Tinevez | 2016 version | |
Ultrasound gel | Junkang Medical Equipment Co., Ltd. | Model DS-1 | |
Ultrasound probe | VERASONICS, INC. | L22-14vX LF | |
Verasonics Ultrasound System | VERASONICS, INC. | Vantage-256 | ultrasound platform |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved