A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
כאן, אנו מתארים פרוטוקול למיקרוסקופ לוקליזציה של אולטרסאונד (ULM), שמשיג רזולוציה מרחבית של 12.5 מיקרומטר כדי לדמות את המיקרו-כלי דם במוח בחולדות. הוא מאפשר הדמיה מפורטת של כיוון ומהירות זרימת הדם, ומציע כלי רב עוצמה לקידום מחקרים על זרימת המוח והפרעות בכלי הדם.
כלי הדם המיקרו-מוחיים יוצרים רשת מורכבת של כלי דם החיוניים לשמירה על תפקוד המוח. מחלות כמו שבץ מוחי, מחלת אלצהיימר, גליומות ודמנציה וסקולרית עלולות לשבש באופן עמוק את המערכת המיקרו-וסקולרית. למרבה הצער, שיטות ההדמיה הרפואיות הנוכחיות מציעות רק תצפיות עקיפות בקנה מידה זה. בהשראת מיקרוסקופיה אופטית, מיקרוסקופ לוקליזציה אולטרסאונד (ULM) מתגבר על הפשרה הקלאסית בין עומק חדירה לרזולוציה מרחבית. על ידי לוקליזציה ומעקב אחר מיקרו-בועות מוזרקות בודדות (MBs) עם דיוק תת-אורכי גל, ניתן ליצור מפות כלי דם ומהירות בקנה מידה מיקרומטרי. כאן, אנו מציגים פרוטוקול חזק להדמיה ברזולוציה גבוהה של המיקרו-כלי דם במוח in vivo בחולדות באמצעות פלטפורמת אולטרסאונד מסחרית. שיטה זו משיגה רזולוציה מרחבית של 12.5 מיקרומטר, משחזרת את הארכיטקטורה המיקרו-וסקולרית ומספקת מידע מפורט על כיוון ומהירות זרימת הדם, מה שמשפר מאוד את הבנתנו את המיקרו-סירקולציה המוחית. ניתן להרחיב את הפרוטוקול למודלים של מחלות חולדות, ולהציע כלי רב עוצמה לאבחון מוקדם וטיפול במחלות נוירו-וסקולריות.
המיקרו-כלי דם במוח, המורכב מנימים, עורקים וורידים, חיוני לשמירה על תפקוד המוח על ידי הקלה על אספקת חומרים מזינים, חילופי חמצן ופינוי פסולת 1,2. שיבושים ברשת זו מעורבים בהפרעות נוירולוגיות כגון שבץ מוחי3, מחלת אלצהיימר4, גליומות5 ודמנציה וסקולרית6, מה שמוביל לליקויים בפיזיולוגיה של המוח. שינויים מיקרו-וסקולריים מקדימים לעתים קרובות את הופעת התסמינים הקליניים, מה שהופך אותם למטרה קריטית להתערבויות אבחנתיות וטיפוליות 7,8. הבנה מקיפה של שינויים בכלי הדם הן ברמה המבנית והן ברמה התפקודית היא המפתח לקידום אסטרטגיות מחקר וטיפול.
עם זאת, הדמיה של כלי הדם המיקרו-מוחיים מאתגרת במיוחד בשל גודלו הקטן ומיקומו העמוק בחלקו בתוך המוח. שיטות הדמיה קונבנציונליות כמו הדמיית תהודה מגנטית (MRI)9 וטומוגרפיה ממוחשבת (CT)10, למרות שהן מתאימות ללכידת שינויים בכלי הדם בקנה מידה גדול, מציעות רזולוציה מרחבית (~100 מיקרומטר) שהיא גסה מדי להדמיית כלי דם קטנים. שיטות אופטיות כמו מיקרוסקופיה דו-פוטונית11 מספקות רזולוציה מרחבית מצוינת (עד 1 מיקרומטר) להדמיית נימים בודדים, אך הן מונעות על ידי שדה ראייה מוגבל ועומק חדירה (פחות מ-1 מ"מ), מה שמגביל את יכולתם לצלם אזורים עמוקים במוח. כטכניקה מבוססת אולטרסאונד, דופלר12, בעוד שהוא מציע הערכת זרימת דם בזמן אמת, נותר מוגבל על ידי רזולוציה של 50-200 מיקרומטר, לא מספיק לפרטים מיקרו-וסקולריים. בסך הכל, אין כיום שיטה אחת העומדת בדרישה הכפולה של רזולוציה מרחבית גבוהה וחדירה מספקת למוח הדרושה להדמיית מיקרו-כלי דם במוח.
בהשראת מיקרוסקופיה אופטית13,14, מיקרוסקופ לוקליזציה אולטראסוני (ULM) מאפשר הדמיה של מבנים עדינים בקנה מידה מיקרוני על ידי איתור מיקרו-בועות בודדות מוזרקות (MBs) ומעקב אחר תזוזתן ברזולוציה של תת-אורך גל15. זה עוקף את הפשרה הקלאסית בין חדירה לרזולוציה בהדמיית אולטרסאונד16. מחקר זה מפרט פרוטוקול חזק ליישום ULM במודל חולדה חיה ובכך מאפשר הדמיה ברזולוציה גבוהה של כלי הדם במוח באמצעות פלטפורמת האולטרסאונד הזמינה מסחרית. הפרוטוקול לא רק מספק שחזור מקיף של המבנה המיקרו-וסקולרי, אלא גם מספק מידע מפורט על כיוון ומהירות זרימת הדם, דבר שאינו אפשרי בטכניקות הדמיה קונבנציונליות. למרות שהפרוטוקול אומת בחולדות רגילות, הוא ניתן להרחבה למודלים של מחלות חולדות, ומציע אפשרויות למחקרים מותאמים אישית במצבים פתולוגיים שונים.
כל הניסויים בבעלי חיים המבוצעים בעבודה זו מאושרים על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת פודאן (מספר אישור: 2022JS-004). הפרוטוקול עוקב בקפדנות אחר הנחיות הטיפול בבעלי חיים של אוניברסיטת פודאן כדי להבטיח יחס הומני לבעלי חיים. לפני תחילת הניסוי, יש לאפשר לחולדות תקופה של שבוע להתאקלמות סביבתית, במהלכה הן מקבלות מספיק מזון ומים. הפוטופריוד מווסת בקפידה בהתאם למקצבים הביולוגיים שלהם כדי להבטיח שמירה על מצבים פיזיולוגיים תקינים. בסיום הניסוי מתבצעת המתת חסד באמצעות מנת יתר של איזופלורן בשאיפה.
הערה: מערך הניסוי מוצג באיור 1A-H.
1. הכנת בעלי חיים להדמיית ULM
2. הגדרה לפני איסוף הנתונים
3. איסוף נתונים (תזמון ~ 20 דקות)
הערה: Verasonics (מערכת אולטרסאונד) מספקת את סקריפטי MATLAB המקוריים לשימוש עם מערכת Vantage ולא שונה.
4. עיבוד וניתוח נתונים (תזמון ~ 8 שעות)
איור 1 ממחיש את המערך המפורט להדמיית ULM מיקרו-וסקולרית במוח in vivo בחולדות, כאשר כל אלמנט תוכנן בקפידה כדי למזער את השונות הניסויית ולהבטיח רכישת נתונים מדויקת לתוצאות הדמיה אמינות ברזולוציה גבוהה.
איור 2A מציג את המבנה ה?...
פרוטוקול זה השתמש בהצלחה ב-ULM כדי לבצע הדמיה ברזולוציה גבוהה של מיקרו-כלי דם במוח של חולדות in vivo. בהשוואה לשיטות הדמיה אחרות, ULM מתאים בו זמנית הן לרזולוציה מרחבית והן לעומק החדירה. מוח החולדה החשוף צולם ולא דרך הגולגולת, ונמנע הנחתה ועיוות הנגרמים על ידי נוכחות עצם. תחת מת?...
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי תוכנית המחקר והפיתוח הלאומית של סין במסגרת מענק 2023YFC2410903, הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענקים 12274092, 12034005), תוכנית האקספלורר של שנחאי (מענק 21TS1400200), התוכנית הבינלאומית לשיתוף פעולה במדע וטכנולוגיה של שנחאי (מענק 24490710400), וקרן AI למדע של אוניברסיטת פודאן (מענק 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 PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved