MRI引导下的破坏血脑屏障在大鼠模型经颅聚焦超声

摘要

微泡介导的重点超声破坏血脑屏障（BBB）的是一个很有前途的技术，针对大脑中的非侵入性给药 ^1-3。该协议概述MRI引导下经颅血脑屏障破坏大鼠模型的实验过程。

摘要

聚焦超声（FUS）破坏的血脑屏障（BBB）的是一个日益调查的技术绕过血脑屏障^1-5。血脑屏障脑部疾病的药物治疗是一个重大的障碍，因为它限制从血管进入脑组织分子小于约500大小⁶大通过分子。引起血脑屏障破坏的FUS（BBBD）是暂时的和可逆的⁴对化学品的优势意味着，诱导高度本地化BBBD的。的FUS的诱导BBBD提供的治疗药物对大脑，组织足够的浓度，否则不会交付广泛的影响调查的一种手段。而广泛的超声参数已被证明成功的破坏血脑屏障^2,5,7，在实验过程中有几个关键的步骤，以确保准确定位成功中断。这protocOL轮廓如何实现诱导的大鼠模型BBBD MRI引导下聚焦超音波，一个关键的动物实验的准备和气泡的处理步骤的重点。

研究方案

1。超声和​​MRI设置

在这项研究中使用了核磁共振兼容的三轴聚焦超声系统（聚焦超音波仪器公司，多伦多，安大略，加拿大）。使用两种不同的超声换能器:内部构造551.5千赫球为中心的传感器（曲率半径为60毫米，外直径为75毫米，内直径为20毫米），和1.503兆赫，8部门阵列综合作为一个单一的元素球聚焦换能器（FN = 0.8，光圈= 10厘米）驱动压电陶瓷水听器（Imasonic公司，Voray sur-L'Orgnon的，法国）。一个MRI兼容氟碳接收⁸用来记录声波发射时的551.5千赫传感器使用。如果使用不同的设备，以下建议:

1. 选择适当，在中心范围内的0.25兆赫-1.5兆赫频率和F-数小于或等于1（半径曲率/光圈）校准的超声换能器。
2. 将水洗澡FIlled与温暖，脱气，去离子水床，一个1.5 T或3个T磁共振。洗澡的水应该有一个顶级板，可容纳动物。超声换能器安装在水箱中的MRI兼容的三轴定位阶段或系统^9，面对水面。
3. 传感器电缆运行超声波驱动设备通过渗透面板。
4. 使用函数发生器和功率放大器产生的换能器驱动信号。使用外部匹配电路，以尽量减少所反映的电力。
5. 了解传感器的焦距，在水面上放置传感器的焦点和超声水面产生一个可见的喷泉。步骤1.6和1.7描述了如何注册使用生成的水喷泉的焦点。一个更精确的定位的重点，其中包括超声分散凝胶和成像焦点的温度与MRI海拔热吸收的方法，可以发现在^{9 <}/ SUP>。
6. 标记使用标记，这将是可见的磁共振图像上的焦点位置。这可以用一盘中心孔放置在重点时，将水补。充水孔将在MRI可见，将提供两架飞机的焦点坐标，而在坐标轴方向的传感器，可以从水面决定。
7. 使用3飞机航向序列，图像的焦点标记和记录的重点在MRI坐标系的位置。
8. 为了监测声发射，装载磁共振兼容的的听音^8，作为一个被动的空蚀探测器在冲着传感器焦点水浴（PCD）的使用，或使用一个集成的水听器的传感器。
9. PCD的电缆运行范围卡是足够快的捕捉阵阵高达10毫秒PRFs 2赫兹（如ATS460了AlazarTech，潘特克莱尔，魁北克，加拿大）。电缆必须接地的penetration面板或射频屏蔽以减少噪声。

2。动物的制备

1. 麻醉动物isofluorane气体。由于isofluorane BBB级中断^10的效果，应采取动物断了气实验开始前10分钟。在麻醉开始，以保​​护角膜干燥或其他人身伤害的地方每眼眼润滑油膏。
2. 使用电动剃须刀刮脸毛皮动物的头部和颈部的上方，然后取出剩下的皮毛，使用脱毛霜（例如奈尔，教会和德怀特有限公司，普林斯顿，新泽西州，美国），并用温和的肥皂冲洗头皮和水。
3. 准备与优碘皮肤由bridine洗擦洗尾部。执行酒精的最后wipedown在以可视化的尾静脉。
4. 3路阀22压力表导管插入到尾静脉和冲洗用肝素/生理盐水混合液（33 U / ml的），以防止血凝块形成在导管。
5. 交付（40-50毫克/公斤氯胺酮，10毫克/公斤甲苯噻嗪）注射麻醉剂，通过肌肉注射和动物从isofluorane删除。
6. 将头顶部的联系，通过在顶部板（图）孔水浴超声定位系统对麻醉动物仰卧。少量的超声波凝胶可能应用到动物的头顶部尽量减少被困airbubbles的的机会。
7. 腿磁带定位系统。头可在地方举行，使用咬一口吧，如果有的话，或磁带放在整个下巴坚决。
8. 涵盖了动物用毛巾和循环水毯，以保持温暖。

3。目标选择

1. 收购基准轴向_ţ2加权和T ₁加权MR脑图像。如果使用1.5 T的MRI和专用头大小的射频接收表面线圈，适合SC一个参数可能是:
   
   T ₂加权FSE，则TE = 60毫秒，TR = 2000毫秒
   T ₁加权:法兰克福，TE = 10毫秒，TR = 500毫秒

2. 选择目标从T ₂加权扫描，避免脑室和大脑中线，选择中脑的深度。
3. 将传感器焦点移动到目标位置。

4。微泡的制备

DEFINITY微气泡（Lantheus医学影像，MA，美国）用于诱导BBBD ^2,5,7微泡介导的FUS的几组。其他类型的气泡适当的剂量，可以发现在文献^11,12。

1. 激活DEFINITY微泡，并慢慢地绘制成使用18号针头注射器1毫升体积小。
2. 取出轻轻来回移动柱塞空气被困注射器。不要挖掘注射器，因为这可以打破的气泡。
3. 在正常稀释的DEFINITY一个10:1的盐水比例的生理盐水的注射器缓缓注入所需体积的DEFINITY Definty生理盐水。如果输液的交付使用，DEFINITY可以进一步稀释，以50:1或100:1。
4. 轻轻倒置注射器彻底混合DEFINITY和生理盐水，直至达到甚至外观。立即注射前注射器轻轻翻转也可能是必要的，如果泡沫已经开始暂停浮动。
5. 0.02毫升/的DEFINITY公斤，涨幅为0.2毫升/千克的溶液（10:1稀释）为基础计算出所需的剂量体积。

5。超声交货

1. 超声参数设置，使用低占空比阵阵，不连续波超声处理。在0.5兆赫适当的超声参数的原位压力0.23兆帕，10毫秒脉冲重复频率1赫兹，2分钟阵阵。总超声时候。在1.5兆赫适当的原位压力下降约0.45-0.5兆帕。

_content">适当的压力，在不同的频率可估计使用机械指数0.46 ^13。

2. 检查动物的头仍然是耦合的水。
3. 注入的微气泡，慢慢进入尾静脉导管，并用0.5毫升生理盐水冲洗。开始超声同时开始注射。

6。 MRI评价治疗效果

1. 继超声，注入磁共振造影剂（如0.2毫升/公斤的OmniScan，GE医疗）经尾静脉导管由0.5毫升生理盐水冲洗。
2. T ₁加权成像对比高峰期已过，直到执行。超声已成功地破坏的网站会比周围组织表现出更大的增强。
3. 执行T ₂加权成像检查水肿。在超声网站的高信号水肿的指标。

7。代表结果

磁共振造影剂，可透过血脑屏障的成功交付使用聚焦超声和循环微泡。图2显示了典型的前和后的FUS T ₁ W图象。图2B显示对比度增强（CE）T _1-W四个超声波处理地点不同的焦距开口的形象。超声位置1和2显示特别明亮的增强。在图3位置1和2还可以看出对应的T-W高信号，表明水肿。

₂程度的T-W水肿，有时可以更容易地可视化上矢状切片。图4显示了CE-T的_1-W和T-W矢状切片通过超声地点1和3。水肿是在位置1，但不是位置3可见。

捕获的声发射数据（图5）频谱分析可能会显示谐波发射和/或子/超稳定蚀发生时的谐波发射。哈蒙ICS也可以组织产生的非线性，而子和高次谐波的排放只能出现泡沫活动^14。在更高的压力，也可以检测到表明惯性蚀宽带排放。然而，这些已与红细胞外渗和微损伤较大数额比没有惯性空化的超声处理^11。

使用超声波频率更高更本地化的开口，由于较小的焦斑大小的结果。图6显示了更高的频率，可用于创建开放的较小的区域。这使得用较少的近头骨影响大脑中的作用的调查。

图1实验装置。

图2。前（左）后（右）治疗T _1-W显示在四个超声波位置增强大鼠脑图像。

图3。前（左）后（右）治疗T _2-W显示_ţ2-W超声位置1和2的水肿（图2相同的动物）老鼠大脑的图像。

图4。后处理矢状_ţ1-W（左）和T-W（右）从相同的大鼠脑影像图。 2和3。在位置1开幕（左）及其与T-W水肿（右）。位置3显示了开幕式（左），但没有T-W水肿。

图5。从捕获的数据在一个单一的10毫秒551.5千赫突发的频率频谱。基本频率（F _0）以及谐波（2 F _0）和子/高次谐波（1.5 0.5 F _{0，F 0）}是可见的。

图6。后处理CE-T的_1-W轴（左）和矢状（右）从1.503兆赫超声在四个地点在大鼠脑图像。在这个频率BBB开口看到更多的本地化。

讨论

动物和微泡的制备此过程中最关键的环节。必须完全去除头发上的动物的头，以避免衰减的超声波束。血脑屏障可以isofluorane麻醉下打乱，但是，它变得更加难以实现一致的开幕式。

应始终与保健和小计处理的微气泡，大口径的针头必须使用绘图时，为了避免打破他们。同样，可以合理地用在尾静脉最小的压力表导管应采用建议（22号）。如果需要一个较小的导管，以实现妥?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
试剂名称	公司	目录编号
小动物聚焦超声系统	公司的FUS仪器，	RK-100
DEFINITY	lantheus医学成像
OmniScan的	GE医疗集团