Tomografía fotoacústica, ecográfica y angiográfica integrada (PAUSAT) para imágenes cerebrales completas no invasivas del accidente cerebrovascular isquémico

Resumen

Este trabajo demuestra el uso de una plataforma de imágenes multimodal basada en ultrasonido para imágenes no invasivas de accidentes cerebrovasculares isquémicos. Este sistema permite la cuantificación de la oxigenación de la sangre a través de imágenes fotoacústicas y la perfusión deteriorada en el cerebro a través de la angiografía acústica.

Resumen

Aquí se presenta un estudio experimental de accidente cerebrovascular isquémico utilizando nuestro sistema de imágenes no invasivo recientemente desarrollado que integra tres tecnologías de imágenes acústicas: fotoacústica, ultrasonido y tomografía angiográfica (PAUSAT). La combinación de estas tres modalidades ayuda a adquirir la tomografía fotoacústica multiespectral (PAT) de la oxigenación de la sangre cerebral, las imágenes de ultrasonido de alta frecuencia del tejido cerebral y la angiografía acústica de la perfusión sanguínea cerebral. La plataforma de imágenes multimodales permite el estudio de los cambios de perfusión cerebral y oxigenación en todo el cerebro del ratón después de un accidente cerebrovascular. Se evaluaron dos modelos de accidente cerebrovascular isquémico comúnmente utilizados: el modelo de oclusión permanente de la arteria cerebral media (pMCAO) y el modelo fototrombótico (TP). PAUSAT se utilizó para obtener imágenes de los mismos cerebros de ratón antes y después de un accidente cerebrovascular y analizar cuantitativamente ambos modelos de accidente cerebrovascular. Este sistema de imágenes fue capaz de mostrar claramente los cambios vasculares cerebrales después del accidente cerebrovascular isquémico, incluida la reducción significativa de la perfusión sanguínea y la oxigenación en la región del infarto del accidente cerebrovascular (ipsilateral) en comparación con el tejido no lesionado (contralateral). Los resultados fueron confirmados por imágenes de contraste moteado láser y tinción de cloruro de trifeniltetrazolio (TTC). Además, el volumen del infarto de accidente cerebrovascular en ambos modelos de accidente cerebrovascular se midió y validó mediante tinción TTC como la verdad fundamental. A través de este estudio, hemos demostrado que PAUSAT puede ser una herramienta poderosa en estudios preclínicos no invasivos y longitudinales de accidente cerebrovascular isquémico.

Introducción

La sangre transporta oxígeno (a través de la proteína hemoglobina) y otros nutrientes importantes a los tejidos de nuestro cuerpo. Cuando se interrumpe el flujo de sangre a través de los tejidos (isquemia), puede producirse un daño grave a los tejidos, cuyos efectos más inmediatos se deben a la falta de oxígeno (hipoxia). El accidente cerebrovascular isquémico es el resultado de un flujo sanguíneo interrumpido a cierta región del cerebro. El daño cerebral resultante de un accidente cerebrovascular isquémico puede ocurrir a los pocos minutos de la obstrucción de un vaso, y a menudo puede tener efectos debilitantes y duraderos ^1,2

Protocolo

Todos los procedimientos con animales fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales del Centro Médico de la Universidad de Duke y se llevaron a cabo de acuerdo con la Política sobre Cuidado Humanitario y Uso de Animales de Laboratorio del Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos. Para estos estudios se utilizaron ratones machos y hembras C57BL/6J (ver Tabla de materiales). Se tomaron imágenes de un mínimo de tres animales por grupo modelo de accidente cerebrovascular. Consulte la figura 2 para ver el flujo de trabajo seguido en este protocolo.

Discusión

Hay algunos aspectos vitales de este método que, si se hacen incorrectamente, pueden conducir a una disminución significativa de la calidad de imagen y el análisis cuantitativo. El resultado más común del error del usuario en las imágenes PAUSAT es la falta de señal o la intensidad de señal muy baja, los cuales pueden ocurrir por una variedad de razones. Una de esas razones es un problema con el acoplamiento acústico. Las grandes burbujas de aire en el agua que rodea la cabeza del ratón durante la obtención de.......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
20 GA catheter	BD Insyte Autoguard Winged	381534	For mouse intubation
2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride	Sigma	T8877	Necessary for TTC-staining brain for validation
532nm Laser	Quantel	Q-smart 850	Laser used to pump the OPO for PAT
Automatic Ventilator Rovent Jr.	Kent Scientific	RV-JR	To keep mice under anesthesia during surgical procedure
Black braided silk 4-0 USP	Surgical Specialties	SP116	Used for sutures on the neck for pMCAO surgery
Bupivacaine	Hospira	0409-1159-18	Used prior to closing wounds during surgical procedure
C57BL/6 Mice	Jackson Lab	#000664	Mice used for studying ischemic stroke (2-6 month old male/female)
Clear suture	Ethicon	8606	Used for closing wound (PT stroke and pMCAO). A clear suture won't interfere with PAT
Cold Light LED	Schott	KL 1600	Needed to create PT stroke
Disposable Razor Blade	Accutec Blades	74-0002	For sectioning mouse brain
Electric drill	JSDA	JD-700	Used to expose MCA during pMCAO procedure
Electrocauterization tool	Wet-Field	Wet-Field Bipolar-RG	Stops blood flow after drilling during pMCAO procedure
Hair removal gel	Veet	8282651	Used to remove hair from mouse prior to imaging
High Temperature Cautery Loop Tip	BOVIE Medical Corporation	REF AA03	Used to avoid bleeding when separating the temporal muscle from the skull
IR Detector Card	Thorlabs	VRC5	Used to ensure light path is aligned
Laser Power Meter	Ophir	StarBright, P/N 7Z01580	Can be used to calibrate the laser energy prior to imaging
Laser Speckle Imaging System	RWD Life Science Co.	RFLSI-III	Can be used to validate stroke surgery success
Lubricant Eye Ointment	Soothe	AB31336	Can be used to avoid drying of the eyes
Manually adjustable stage	Thorlabs	L490	Used with custom ramp for multiple focal depth AA imaging
Modified Vega Imaging System	Perkin Elmer	LLA00061	System containing both B-mode/AA and PAT transducers
Optical Parametric Oscillator	Quantel	versaScan-L532	Allows for tuning of excitation wavelength in a large range
Programmable Ultrasound System	Verasonics	Vantage 256	Used for PAT part of system
Rose Bengal	Sigma	330000	Necessary to induce PT stroke
Suture	LOOK	SP116	Used for permanent ligation of CCA
Temperature Contoller	Physitemp	TCAT-2	Used to maintain stable body temperature of mice during procedures
VesselVue Microbubbles	Perkin Elmer	P-4007001	Used for acoustic angiography (2.43 × 10^9 microbubbles/mL)