טומוגרפיה פוטואקוסטית, אולטרסאונד ואנגיוגרפיה משולבת (PAUSAT) להדמיית מוח שלם לא פולשנית של שבץ איסכמי

Summary

עבודה זו מדגימה את השימוש בפלטפורמת הדמיה מבוססת אולטרסאונד מולטימודאלי להדמיה לא פולשנית של שבץ איסכמי. מערכת זו מאפשרת לכמת חמצון דם באמצעות הדמיה פוטואקוסטית וזילוח לקוי במוח באמצעות אנגיוגרפיה אקוסטית.

Abstract

מוצג כאן מחקר שבץ איסכמי ניסיוני באמצעות מערכת הדמיה לא פולשנית שפיתחנו לאחרונה המשלבת שלוש טכנולוגיות הדמיה מבוססות אקוסטיקה: פוטואקוסטית, אולטרסאונד וטומוגרפיה אנגיוגרפית (PAUSAT). שילוב שלושת השיטות הללו מסייע ברכישת טומוגרפיה פוטואקוסטית מולטי-ספקטרלית (PAT) של חמצון הדם במוח, הדמיית אולטרסאונד בתדר גבוה של רקמת המוח ואנגיוגרפיה אקוסטית של זילוח הדם המוחי. פלטפורמת ההדמיה הרב-מודאלית מאפשרת לחקור את שינויי הזלוף והחמצון המוחיים במוח העכבר כולו לאחר שבץ. שני מודלים נפוצים של שבץ איסכמי הוערכו: מודל חסימת עורק המוח האמצעי הקבוע (pMCAO) והמודל הפוטוטרומבוטי (PT). PAUSAT שימש כדי לדמיין את אותם מוחות עכבר לפני ואחרי שבץ ולנתח כמותית את שני המודלים של שבץ. מערכת הדמיה זו הצליחה להראות בבירור את השינויים בכלי הדם במוח לאחר שבץ איסכמי, כולל הפחתה משמעותית בזילוח הדם וחמצון באזור אוטם השבץ (ipsilateral) בהשוואה לרקמה שלא נפגעה (contralateral). התוצאות אושרו הן על ידי הדמיית ניגודיות כתמי לייזר והן על ידי צביעת טריפנילטטרזוליום כלוריד (TTC). יתר על כן, נפח אוטם שבץ בשני המודלים שבץ נמדד ואומת על ידי צביעת TTC כאמת הקרקע. באמצעות מחקר זה, הוכחנו כי PAUSAT יכול להיות כלי רב עוצמה במחקרים פרה-קליניים לא פולשניים ואורכיים של שבץ איסכמי.

Introduction

הדם מוביל חמצן (דרך חלבון המוגלובין) וחומרים מזינים חשובים אחרים לרקמות בגופנו. כאשר זרימת הדם דרך רקמות מופרעת (איסכמיה), נזק חמור לרקמות יכול להתרחש, ההשפעות המיידיות ביותר של אשר נובעים מחוסר חמצן (היפוקסיה). שבץ איסכמי הוא תוצאה של זרימת דם מופרעת לאזור מסוים במוח. הנזק המוחי הנובע משבץ איסכמי יכול להתרחש בתוך דקות מחסימת כלי הדם, ולעתים קרובות יכול להיות בעל השפעות מתישות ומתמשכות ^1,2. אסטרטגיה בעלת ערך רב להעריך את הפיזיופתולוגיה לאחר שבץ איסכמי ולזהות ולבדוק טיפולים חדשים היא השימוש במודלים של בעלי חיים קטנים במעבדה. הטיפולים המתגלים במעבדה שואפים להיות מתורגמים לשימוש קליני ולשפר את חיי המטופל....

Protocol

כל ההליכים בבעלי חיים אושרו על ידי הוועדה לטיפול ושימוש בבעלי חיים של המרכז הרפואי של אוניברסיטת דיוק ונערכו בהתאם למדיניות שירות בריאות הציבור של ארצות הברית בנושא טיפול אנושי ושימוש בחיות מעבדה. עכברי C57BL/6J זכרים ונקבות (ראו טבלת חומרים) שימשו למחקרים אלה. לפחות שלושה בעלי חיים צולמו לכל קבוצת מודל שבץ. ראה איור 2 עבור זרימת העבודה המבוצעת בפרוטוקול זה.

איור 2: סיכום ההליך הניסיוני להדמיי....

תוצאות

הדמיה של מורפולוגיה של כלי דם במוח
AA מייצר תמונות מורפולוגיות של כלי דם על ידי מיקרו-בועות מלהיבות במערכת הדם בתדירות התהודה שלהן וקבלת התגובה הסופר-הרמונית של המיקרו-בועות. על-ידי שימוש ברמפה המותאמת אישית (איור 2C) המחוברת לשלב שניתן לכוונן ידנית, אנו יכולים לדמ.......

Discussion

ישנם כמה היבטים חיוניים של שיטה זו, שאם נעשה בצורה לא נכונה, יכול להוביל לירידה משמעותית באיכות התמונה וניתוח כמותי. התוצאה הנפוצה ביותר של שגיאת משתמש בתמונות PAUSAT היא חוסר אות או עוצמת אות נמוכה מאוד, שתיהן יכולות להתרחש ממגוון סיבות. סיבה אחת כזו היא בעיה בצימוד האקוסטי. בועות אוויר גדולו.......

Materials

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)