Photoacoustique, échographie et tomographie angiographique intégrée (PAUSAT) pour l’imagerie non invasive du cerveau entier de l’AVC ischémique

Résumé

Ce travail démontre l’utilisation d’une plateforme d’imagerie multimodale basée sur les ultrasons pour l’imagerie non invasive de l’AVC ischémique. Ce système permet de quantifier l’oxygénation du sang par imagerie photoacoustique et la perfusion altérée dans le cerveau par angiographie acoustique.

Résumé

Nous présentons ici une étude expérimentale sur l’AVC ischémique utilisant notre nouveau système d’imagerie non invasive qui intègre trois technologies d’imagerie acoustique : photoacoustique, échographie et tomographie angiographique (PAUSAT). La combinaison de ces trois modalités permet d’acquérir la tomographie photoacoustique multispectrale (PAT) de l’oxygénation du sang cérébral, l’imagerie par ultrasons à haute fréquence du tissu cérébral et l’angiographie acoustique de la perfusion sanguine cérébrale. La plateforme d’imagerie multimodale permet d’étudier les changements de perfusion cérébrale et d’oxygénation dans l’ensemble du cerveau de la souris après un AVC. Deux modèles d’AVC ischémique couramment utilisés ont été évalués : le modèle d’occlusion permanente de l’artère cérébrale moyenne (pMCAO) et le modèle photothrombotique (PT). PAUSAT a été utilisé pour imager les mêmes cerveaux de souris avant et après un AVC et analyser quantitativement les deux modèles d’AVC. Ce système d’imagerie a permis de montrer clairement les changements vasculaires cérébraux après un AVC ischémique, y compris une réduction significative de la perfusion sanguine et de l’oxygénation dans la région de l’infarctus de l’AVC (ipsilatéral) par rapport au tissu non blessé (controlatéral). Les résultats ont été confirmés par imagerie de contraste par moucheturation laser et coloration au chlorure de triphényltétrazolium (TTC). De plus, le volume de l’infarctus de l’AVC dans les deux modèles d’AVC a été mesuré et validé par la coloration TTC comme la vérité sur le terrain. Grâce à cette étude, nous avons démontré que PAUSAT peut être un outil puissant dans les études précliniques non invasives et longitudinales de l’AVC ischémique.

Introduction

Le sang transporte l’oxygène (via la protéine d’hémoglobine) et d’autres nutriments importants vers les tissus de notre corps. Lorsque le flux sanguin à travers les tissus est interrompu (ischémie), de graves dommages aux tissus peuvent survenir, dont les effets les plus immédiats sont dus à un manque d’oxygène (hypoxie). L’AVC ischémique est le résultat d’une interruption du flux sanguin vers une certaine région du cerveau. Les lésions cérébrales résultant d’un AVC ischémique peuvent survenir dans les minutes suivant le blocage d’un vaisseau et peuvent souvent avoir des effets débilitants et durables ^1,2

Protocole

Toutes les procédures animales ont été approuvées par le Comité de soin et d’utilisation des animaux du Duke University Medical Center et ont été menées conformément à la politique du Service de santé publique des États-Unis sur les soins et l’utilisation sans cruauté des animaux de laboratoire. Des souris C57BL/6J mâles et femelles (voir le tableau des matériaux) ont été utilisées pour ces études. Un minimum de trois animaux ont été photographiés par groupe modèle d’AVC. Voir la figure 2 pour le flux de travail suivi dans ce protocole.

Discussion

Il y a quelques aspects essentiels de cette méthode qui, s’ils sont mal exécutés, peuvent entraîner une diminution significative de la qualité de l’image et de l’analyse quantitative. Le résultat le plus courant de l’erreur de l’utilisateur dans les images PAUSAT est soit un manque de signal, soit une très faible intensité du signal, qui peuvent tous deux se produire pour diverses raisons. L’une de ces raisons est un problème avec le couplage acoustique. De grosses bulles d’air dans l’eau entoura.......

matériels

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)