Gli autori desiderano ringraziare il Centro per Molecolare e Genomica Imaging presso UC Davis e il Dipartimento di Imaging Biomedica presso Genentech. Questo lavoro è stato sostenuto da un National Institutes of Health Research Partnership Bioingegneria codice di autorizzazione R01 EB00993.

Tutti manipolazione e procedure animali descritti nel presente documento, e secondo il Test sugli animali: Segnalazione esperimenti in vivo (arrivano) le linee guida, sono stati eseguiti secondo protocolli approvati dalla Associazione per la valutazione di accreditamento di laboratorio Animal Care (AAALAC) internazionale accreditata Istituzionale Animal Care e Comitato Usa presso l&#39;Università della California, Davis. Chirurgia corretta non dovrebbe comportare segni di dolore o fastidio negli animali, ma misure adeguate devono essere prese se si osservano questi segni, tra cui la somministrazione di analgesici o, in alcuni casi, l&#39;eutanasia. Il lato destro degli animali è stata scelta arbitrariamente per la procedura descritta unilaterale. 1. unilaterale carotide comune (CCA) legatura <ol><li> Preparare campo sterile con strumenti chirurgici sterilizzati e materiali posizionati convenientemente. Assicurarsi rilievo di riscaldamento viene riscaldato a 37 ° C con sonda di temperatura posizionato saldamente sul pad. &amp; #160; Assicurarsi di utilizzare un telino sterile per coprire il sito chirurgico. </li><li> Anestetizzare animali (isoflurano, 1-3% in aria a 0.5-1 L / min), e posizionare animale in una posizione supina con la coda di fronte lontano. Controllare anestesia pizzicando la punta - questo dovrebbe suscitare nessuna reazione se l&#39;animale sia adeguatamente anestetizzato. Applicare pomata oftalmica per gli occhi. </li><li> Applicare la crema depilazione a collo inferiore a zona superiore del torace con 1-2 tamponi di cotone. Attendere 1-3 minuti, e poi rimuovere i capelli e crema con bagnate di garza o alcool tamponi. Tampone zona incisione con Betadine in modo circolare dall&#39;interno verso l&#39;esterno, e quindi modificare in guanti chirurgici sterili. </li><li> Utilizzando le forbici chirurgiche, fare un&#39;incisione di circa 1 centimetro lungo la linea mediana del collo inferiore. Separare con cura la pelle esterna di fascia circostante con le forbici chirurgiche. </li><li> Utilizzando due pinze McPherson iris micro sutura, separare il diritto carotide comune di fascia, avendo cura di evitare di danneggiare le vene o disturbing il nervo vago. </li><li> Utilizzando le pinze a destra, esteriorizzare destra CCA in una posizione stabile. Applicare alcune gocce di soluzione salina per evitare l&#39;asciugatura. Passare una lunghezza adeguata (2-3 cm) di 6-0 sutura di seta sotto il diritto CCA, e legare con un doppio nodo quadrato. Facoltativamente, legare di nuovo utilizzando un secondo tratto di sutura di seta 6-0. </li><li> Riposizionare destra CCA e pulire il liquido in eccesso di aprire con una spugna sterile con punta tampone. Chiudere l&#39;incisione con 6-0 sutura di seta. Applicare lidocaina topica fino a 7 mg / kg. </li><li> Permettere agli animali di recuperare da anestesia fino ambulatoriali (circa 30 min) ed eseguire il monitoraggio post-operatorio fino a quando animale è pronto per l&#39;imaging. </li></ol> 2. Preparazione per l&#39;imaging: sistema hardware e controlli <ol><li> Impostare hardware e software per i sistemi di risonanza magnetica e PET e controllare la loro funzionalità come segue. Assicurarsi che tutte le connessioni fisiche siano sicuri e impostazioni del software sono opportunamente selezionati. <ol><li&gt; Assicurarsi che il sistema PET è alla temperatura di esercizio prescritto di 5 ° C utilizzando il sistema di raffreddamento ad aria. </li><li> Sistema di montaggio PET all&#39;interno del foro risonanza magnetica, allineando il campo PET e RMN di vista (FOV) i centri che utilizzano note offset assiali. Montare la bobina MRI all&#39;interno del foro del sistema PET e centrare la bobina con il sistema PET e centri magnete MRI. </li><li> Accendere l&#39;elettronica di PET per il potere e la tensione di polarizzazione (Nota: passaggi variano da strumento). Eseguire una scansione rapida (5 minuti) utilizzando un cilindro di 68 Ge e controllare il sinogramma risultante per garantire che tutti i rivelatori sono operativi. </li><li> Opzionalmente acquisire dati da utilizzare per una matrice di trasformazione di PET / MRI a fini di co-registrazione: riempire un fantasma tridimensionale (ad esempio, tre sfere piene) con 200 uCi di 18 soluzione acquosa F e di acquisire per 15 minuti con il PET. Acquisire anatomica dati MRI: nella finestra Scan Control, selezionare il multistrato (MPMI) sequenza-echo multi (vedi Tabella 1 </strong&gt;). Ripetere l&#39;operazione per tutti e tre i principali orientamenti: assiale, sagittale, coronale e. </li></ol></li><li> Controllare le impostazioni della pompa di infusione e il funzionamento. Impostare la pompa 4.44 ml al minuto, che in 45 min di infusione costante eroga un volume totale di 200 microlitri, il limite tipico raccomandato per iniezione iv di 20 g animale. </li><li> Controllare il funzionamento del riscaldatore e verificare che l&#39;uscita di temperatura è sufficiente a mantenere l&#39;animale caldo (37 ° C). Verificare che la temperatura e il monitoraggio delle vie respiratorie è operativo in preparazione per il posizionamento degli animali sul letto animali. </li><li> Controllare il funzionamento delle O 2 e N 2 flussimetri (0,5 L / min: O 2 al 57,2 mg / min e N 2 a 0.575 g / min) accendendo sia con la sorgente di aria compressa off e O 2 e N 2 Fonti via. Per evitare il rischio di danneggiare i flussimetri, non accenderli senza una sufficiente pressione di ingresso. </li><li> Assicurarsi che isoflurano vaporizer è sufficientemente riempito. Prima di imaging, avviare il flusso anestesia isoflurano al 1-2% e 0,5-1 l / min. </li><li> Preparare animale base, garantendo che i anestesia, rilievo respiratorie e sistemi di riscaldamento sono posizionati in modo sicuro e funzionale. Per ulteriori PET / MRI precisione co-registrazione, marker fiduciali (ad esempio, tubi capillari riempiti con radiotracer a una concentrazione simile a quella iniettata per l&#39;imaging) possono essere fissati al letto animali che rientrano nel campo di vista. </li></ol> Flusso di lavoro 3. Imaging Dopo che tutti i necessari controlli di attrezzature sono stati completati, procedere con l&#39;imaging come segue: <ol><li> Anestetizzare l&#39;animale con isoflurano e inserire il catetere vena della coda (28 ago G, PE-10 tubazione inferiore 5 cm) riempito di soluzione fisiologica eparinizzata (0,5 ml di eparina, 1000 USP / ml, 10 ml di soluzione salina in). Il riscaldamento del animale e / o di coda può migliorare la precisione di inserimento del catetere. Facoltativamente una goccia di cianoacrilato sul sito di inserimentoPer garantire la linea IV. </li><li> Trasferire l&#39;animale al letto preparati per gli animali. Assicurarsi che la testa dell&#39;animale è sicuro, con incisivi superiori garantiti dai bar e bar orecchio denti a posto se in uso. </li><li> Applicare pomata oftalmica per gli occhi per evitare l&#39;essiccazione. Inserire il termometro sonda rettale. Assicurarsi che la temperatura e le letture di respirazione sono funzionali. </li><li> Aspirare la dose radiotracciante (circa 600 pCi in 200 microlitri) da iniettare in eparinizzata PE-10 tubo di lunghezza adeguata - circa 3 m per PE-10 tubo e un volume di 200 microlitri. Collegare un&#39;estremità di questo tubo alla siringa pompa per infusione, e l&#39;altro per la linea di cateteri vena della coda, avendo cura di non creare fori nel tubo. </li><li> Spostare il letto animale avanti nel foro del magnete, facendo attenzione a non disturbare il posizionamento della bobina MRI e delle linee o cavi, in particolare il tubo anestesia. Assicurarsi che il centro del cervello è allineato con i centri della MBobina di RI, sistema PET, risonanza magnetica e magnete. </li><li> Eseguire la sintonia e la congruenza della bobina MRI ruotando le manopole di regolazione sulla batteria, minimizzando impedenza (vedi descrizione bobina) e frequenza (300 MHz per 1 ora a 7 Tesla) mismatch osservando il display del preamplificatore alta potenza. </li><li> (MRI) Dopo la sintonizzazione e di corrispondenza, di acquisire un&#39;immagine scout: selezionare una sequenza tripilot RARO ed eseguire la sequenza dalla finestra Scan Control. Controllare posizionamento dell&#39;animale, ripetendo i punti 3.5 e 3.6, se necessario. Ripristina spessori per valore zero. </li><li> (MRI) Acquisire un localizzata, spettroscopica scansione punto-risolto (PRESS) in un volume all&#39;interno del cervello: eseguire una sequenza PRESS (vedi tabella 1) in un volume rettangolare con dimensioni 3,9 mm × 6 mm x 9 mm. Controllare l&#39;acqua spessore della linea utilizzando il comando macro CalcLineWidth. Se la larghezza a (FWHM) Valore mezza massimo è accettabile (ad esempio, 0,2 ppm), passare al punto 3.10. In caso contrario, passare al punto 3.9. </li><li> (MRI) Acquisire una mappa dei campi: eseguire una sequenza FieldMap (vedi tabella 1). Utilizzare i dati risultanti per un multi-angolo di proiezione spessore (MAPSHIM) eseguendo il comando macro MAPSHIM e selezionando lineare e secondo ordine (z 2) regolazioni locali. Ripetere il punto 3.8. </li><li> (MRI) Posizionare il piano di sezione per la scansione DWI (vedi tabella 1): utilizzando la geometria Editor, assicurarsi che l&#39;acquisizione FOV è posizionata per acquisire il volume desiderato di interesse all&#39;interno del cervello. Se il piano di sezione risultante è allineato, se lo desideri, copiare questo piano di sezione nella finestra Scan Control per tutte le successive scansioni DWI. Inizia acquisizione. </li><li> (PET) Con l&#39;acquisizione PET preparato e pronto per iniziare, avviare la pompa per infusione. Dopo il ritardo predeterminato in cui salina dal catetere è stato iniettato, iniziare l&#39;acquisizione PET (vedi Tabella 1) al fine di catturare l&#39;ingresso di radiotracciante. Monitorare il tasso di conteggio e cercare incremento gradualein conteggi indicativi di una iniezione di successo. </li><li> Dopo 10-15 minuti, iniziare la sfida in concomitanza con il passaggio ipossico 3.12. Per avviare sfida ipossica, spegnere il flusso d&#39;aria medico e subito accendere O 2 e N 2 misuratori di portata con le impostazioni predeterminate per fornire l&#39;8% di ossigeno e 92% di azoto e ridurre isoflurano allo 0,8%. Non accendere i misuratori di portata, senza pressione in ingresso. </li><li> (MRI) Allo stesso tempo come passo 3.12, iniziano acquisizione DWI preparato al punto 3.10 (scansione &quot;H1&quot;). </li><li> (MRI) Begin acquisizione DWI (scan &quot;H2&quot;), preparato nel passo 3.10, subito dopo la scansione H1 è completata. Fine sfida ipossico spegnendo misuratori di portata, il ripristino del flusso aria medicale, e tornando la concentrazione isoflurano per un valore adeguato sulla base di monitoraggio fisiologico. </li><li> (MRI) Acquisire un DWI post-ipossia scan preparato al punto 3.10. Spegnere la pompa di infusione dopo la scansione è stata completata. </li><li> (MRI) Acquisire Anatimmagini omical in assiale e sagittale. Nella finestra Scan Control - selezionare la sequenza MPMI (vedi tabella 1). Utilizzando la geometria Editor, assicurarsi che l&#39;acquisizione FOV ricopre il cervello. </li><li> Rimuovere animale, tornare alla gabbia quando ambulatoriale e valutare segni di morbilità, eutanasia, se necessario, con la somministrazione di CO 2 seguita da dislocazione cervicale come metodo secondario. </li></ol>

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JM e SW sono dipendenti di Genentech.

Simultanea RM anatomica, e dinamica [18 F] dati FDG PET DWI-risonanza magnetica e sono stati acquisiti con successo da animali da esperimento durante sfida ipossica seguente arteria carotide comune legatura. Questo rappresenta un potente paradigma sperimentale per l&#39;imaging multimodale della fisiopatologia rapida evoluzione associata insulti ischemici cerebrali e potrebbe facilmente essere esteso per studiare altri radiotraccianti PET (per esempio marcatori di neuroinfiammazione) e sequenze MRI, nonché l...

In tutto il mondo, l&#39;ictus è la causa principale di morte secondo e una delle principali cause di disabilità 1. La cascata di eventi biochimici e fisiologici che si verificano durante e acutamente a seguito di un evento di ictus avviene rapidamente e con implicazioni per la vitalità del tessuto e, infine, il risultato 2. Cerebral ipossia-ischemia (HI), che porta a ipossico-ischemica encefalopatia (HIE), è valutato per interessare fino allo 0,3% e il 4% del fondo termine e pretermine nati rispettivamente 3,4. Il tasso di mortalità nei neonati con HIE è circa il 15% al ​​20%. Nel 25% dei sopravvissuti HIE, complicazioni permanenti nascono come conseguenza della lesione, compreso il ritardo mentale, deficit motori, paralisi cerebrale, epilessia e 3,4. Ultimi interventi terapeutici non si sono dimostrati degni di adozione come standard di cura, e il consenso deve ancora essere raggiunto che i metodi più avanzati, basati su ipotermia, sono effettivamente ridurre la morbilità 3,5. Altre questioni of contesa includono modo di somministrazione di ipotermia e paziente selezione 6. Così, le strategie per la neuroprotezione e neurorestoration sono ancora una zona fertile per la ricerca 7. Modelli di ratto di HI cerebrale sono disponibili dal 1960, e, successivamente, sono stati adattati ai topi 8,9. A causa della natura del modello e la posizione della legatura, c&#39;è la variabilità inerente alla soluzione per differenza di flusso collaterale tra animali 10. Come risultato, questi modelli tendono ad essere più variabile rispetto a modelli simili come mezzo di occlusione dell&#39;arteria cerebrale (MCAO). Misurazione in tempo reale di cambiamenti fisiologici è stata dimostrata con laser Doppler flussimetria nonché pesata in diffusione MRI 11. La variabilità intra-animale osservata nel sangue flusso cerebrale durante e immediatamente dopo ipossia, così come nel esiti acuti quali il volume dell&#39;infarto e neurologicadeficit, suggeriscono che l&#39;acquisizione simultanea e correlazione dei dati multimodali sarebbe utile. I recenti progressi nella tomografia a emissione di positroni simultanea (PET) e la risonanza magnetica (MRI) hanno permesso di nuove possibilità di imaging preclinico 12-14. I potenziali vantaggi di questi, sistemi combinati ibridi per applicazioni preclinici sono stati descritti in letteratura 15,16. Mentre molte domande preclinici possono essere affrontati con l&#39;imaging di un individuo in sequenza animale o per l&#39;imaging gruppi animali separati, certe situazioni - per esempio, quando ogni istanza di un evento come l&#39;ictus si manifesta in modo univoco, con rapida evoluzione fisiopatologia - rendono auspicabile e addirittura necessaria utilizzare misurazione simultanea. Neuroimaging funzionale fornisce un esempio, dove simultanea 2-deossi-2- (18 F) fluoro-ᴅ-glucosio ([18F] FDG) PET e Bloo-livello di ossigeno d dipendente (BOLD) MRI è stata recentemente dimostrata in stimolazione ratto baffo studia 14. Qui, dimostriamo simultanea PET / MRI durante l&#39;insorgenza di un ictus ischemico ipossico-in cui fisiologia del cervello non è a regime, ma invece è rapidamente ed irreversibilmente cambiando durante sfida ipossica. Le variazioni di diffusione dell&#39;acqua, misurata dalla risonanza magnetica e quantificati per il coefficiente di diffusione apparente (ADC) derivato da immagini pesata in diffusione (DWI), è stato ben caratterizzato per ictus nei dati clinici e preclinici 17,18. In modelli animali, come MCAO, diffusione di acqua nei tessuti cerebrali colpiti scende rapidamente a causa della cascata bioenergetico che porta a edema citotossico 18. Questi cambiamenti acute ADC si osservano anche in modelli di roditori di ipossia cerebrale-ischemia 11,19. [18 F] di imaging FDG-PET è stato utilizzato in pazienti con ictus per valutare i cambiamenti in gl localemetabolismo ucose 20, e un piccolo numero di studi in vivo su animali hanno utilizzato [18 F] FDG 21, compreso nel modello ipossia-ischemia cerebrale 22. In generale, questi studi dimostrano diminuita utilizzazione del glucosio nelle regioni ischemiche, sebbene uno studio utilizzando un modello con riperfusione trovato alcuna correlazione di questi cambiamenti metabolici con sviluppo miocardio dopo 23. Questo è in contrasto ai cambiamenti di diffusione che sono stati associati con il nucleo 21 danni irreversibili. Pertanto, è importante essere in grado di ottenere le informazioni complementari derivato da [18 F] FDG PET e DWI in maniera simultanea durante l&#39;evoluzione di ictus, come ciò possa fornire informazioni significative sulla progressione del danno e l&#39;impatto interventi terapeutici. Il metodo che descriviamo qui è facilmente suscettibili di utilizzare con una varietà di traccianti PET e sequenze MRI. Ad esempio, [15 O] H 2 O PETl&#39;imaging con DWI e le immagini di perfusione ponderate (PWI) da RM può essere utilizzato per esplorare ulteriormente lo sviluppo della penombra ischemica e convalidare le attuali tecniche nel campo dell&#39;imaging ictus.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Surgery</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical scissors</td>
			<td>Roboz</td>
			<td>RS-5852</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>Roboz</td>
			<td>RS-5237</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hartman mosquito forceps</td>
			<td>Miltex</td>
			<td>7-26</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2x McPherson suturing forceps, 8.5 cm</td>
			<td>Accurate Surgical &#38; Scientific Instruments</td>
			<td>4473</td>
			<td>It is useful to reduce the opening width with a band on the forceps used to hold the carotid artery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-0 silicone coated braided silk suture with 3/8 C-1 needle</td>
			<td>Covidien Sofsilk</td>
			<td>S-1172</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Homeothermic blanket system</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>507220F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Super glue</td>
			<td>(Generic)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hypoxia</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flowmeter for O2</td>
			<td>Alicat Scientific</td>
			<td>MC-500SCCM-D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flometer for N2</td>
			<td>Alicat Scientific</td>
			<td>MC-5SLPM-D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O2 meter</td>
			<td>MSA</td>
			<td>Altair Pro</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imaging</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>7.05 Tesla MRI System</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>BioSpec</td>
			<td>20 cm inner bore diameter with gradient set. Paravision 5.1 software.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Volume Tx/Rx 1H Coil, 35mm ID</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>T8100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PET system</td>
			<td>(In-house)</td>
			<td></td>
			<td>4x24 LSO-PSAPD detectors, 
			10x10 LSO array per detector, 
			1.2mm crystal pitch and 14mm depth. 14 x 14 mm PSAPD. FOV: 60x35mm. 350-650 keV energy window. 16 ns timing window.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vessel cannulation Dumont forceps</td>
			<td>Roboz</td>
			<td>RS-4991</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PE-10 polyethylene tubing</td>
			<td>BD Intramedic</td>
			<td>427401</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infusion pump</td>
			<td>Braintree Scientific</td>
			<td>BS-300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal monitoring &#38; gating equipment</td>
			<td>Small Animal Instruments Inc.</td>
			<td>Model 1025</td>
			<td>Only respiration monitoring used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal bed with temperature regulation</td>
			<td>(In-house)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simultaneous pet/mri imaging during mouse cerebral hypoxia-ischemia

Cambiamenti dinamici nella diffusione dell&#39;acqua dei tessuti e il metabolismo del glucosio si verificano durante e dopo ipossia cerebrale, in ipossia-ischemia che riflette un disturbo bioenergetica nelle cellule colpite. Diffusione ponderata risonanza magnetica (MRI) identifica le regioni che sono danneggiati, potenzialmente irreversibile, da ipossia-ischemia. Alterazioni della utilizzazione del glucosio nel tessuto interessato possono essere rilevabili mediante tomografia a emissione di positroni (PET) di 2-deossi-2- (18 F) fluoro-ᴅ-glucosio ([18F] FDG) captazione. A causa della natura rapida e variabili di lesioni in questo modello animale, acquisizione di entrambe le modalità di dati deve essere eseguita contemporaneamente al fine di correlare significato dati PET e MRI. Inoltre, la variabilità inter-animale in danno ipossico-ischemica a causa delle differenze vascolari limita la capacità di analizzare i dati multimodali e osservare i cambiamenti di un approccio di gruppo-saggio se i dati non è acquisito simultaneamente in singoli soggetti. Il metodo prisentirono qui permette di acquisire sia la risonanza magnetica pesata in diffusione e [18 F] FDG dati assorbimento nello stesso animale prima, durante e dopo la sfida ipossico al fine di interrogare i cambiamenti fisiologici immediati.

La Figura 1 mostra il risultato di una corretta legatura dell&#39;arteria carotide comune, prima di chiudere la ferita con sutura di seta 6-0. In questo metodo, i dati ottenuti dalle immagini è altamente dipendente dalla disposizione temporale dell&#39;esperimento, che a sua volta determina ed è anche dettata dalle limitazioni sperimentali compresi sistemi di acquisizione di immagini e la configurazione dell&#39;apparecchiatura. Queste e altre considerazioni sono ulteriorm...

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Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Il metodo qui presentata utilizza simultaneamente la tomografia ad emissione di positroni e la risonanza magnetica. Nel modello di ipossia-ischemia cerebrale, cambiamenti dinamici nel metabolismo del glucosio e diffusione si verificano durante e dopo l&#39;infortunio. Il danno in continua evoluzione e irriproducibile in questo modello richiede la simultanea acquisizione se dati di imaging multimodali significativi devono essere acquisite.

Simultanea Imaging PET / MRI Durante mouse cerebrale ipossia-ischemia

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

simultaneous-petmri-imaging-during-mouse-cerebral-hypoxia-ischemia

Research

JoVE Journal

Medicine

12.2K Views.  University of California, Davis.  Il metodo qui presentata utilizza simultaneamente la tomografia ad emissione di positroni e la risonanza magnetica. Nel modello di ipossia-ischemia cerebrale, cambiamenti dinamici nel metabolismo del glucosio e diffusione si verificano durante e dopo l'infortunio. Il danno in continua evoluzione e irriproducibile in questo modello richiede la simultanea acquisizione se dati di imaging multimodali significativi devono essere acquisite. 

Video: Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Mouse Model of Middle Cerebral Artery Occlusion

Stroke is the most common fatal neurological disease in the United States 1. The majority of strokes (88%) result from blockage of blood vessels in the brain (ischemic stroke) 2. Since most ischemic strokes (~80%) occur in the territory of middle cerebral artery (MCA) 3, many animal stroke models that have been developed have focused on this artery. The intraluminal monofilament model of middle cerebral artery occlusion (MCAO) involves the insertion of a surgical filament into the external carotid artery and threading it forward into the internal carotid artery (ICA) until the tip occludes the origin of the MCA, resulting in a cessation of blood flow and subsequent brain infarction in the MCA territory 4. The technique can be used to model permanent or transient occlusion 5. If the suture is removed after a certain interval (30 min, 1 h, or 2 h), reperfusion is achieved (transient MCAO); if the filament is left in place (24 h) the procedure is suitable as a model of permanent MCAO. This technique does not require craniectomy, a neurosurgical procedure to remove a portion of skull, which may affect intracranial pressure and temperature 6. It has become the most frequently used method to mimic permanent and transient focal cerebral ischemia in rats and mice 7,8. To evaluate the extent of cerebral infarction, we stain brain slices with 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) to identify ischemic brain tissue 9. In this video, we demonstrate the MCAO method and the determination of infarct size by TTC staining.

We demonstrate in the video a method for producing a middle cerebral artery occlusion in adult mice using an intraluminal monofilament. We also show how to evaluate the extent of cerebral infarction by 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining.

Modello murino di Mezzo occlusione dell&#39;arteria cerebrale

Stroke is the most common fatal neurological disease in the United States 1. The majority of strokes (88%) result from blockage of blood vessels in the ...

Ricerca

Medicina

The Application Of Permanent Middle Cerebral Artery Ligation in the Mouse

Focal cerebral ischemia is among the most common type of stroke seen in patients. Due to the clinical significance there has been a prolonged effort to develop suitable animal models to study the events that unfold during ischemic insult. These techniques include transient or permanent, focal or global ischemia models using many different animal models, with the most common being rodents.
The permanent MCA ligation method which is also referred as pMCAo in the literature is used extensively as a focal ischemia model in rodents 1-6. This method was originally described for rats by Tamura et al. in 1981 7. In this protocol a craniotomy was used to access the MCA and the proximal regions were occluded by electrocoagulation. The infarcts involve mostly cortical and sometimes striatal regions depending on the location of the occlusion. This technique is now well established and used in many laboratories 8-13. Early use of this technique led to the definition and description of &#x201C;infarct core&#x201D; and &#x201C;penumbra&#x201D; 14-16, and it is often used to evaluate potential neuroprotective compounds 10, 12, 13, 17. Although the initial studies were performed in rats, permanent MCA ligation has been used successfully in mice with slight modifications 18-20 .
This model yields reproducible infarcts and increased post-survival rates. Approximately 80% of the ischemic strokes in humans happen in the MCA area 21 and thus this is a very relevant model for stroke studies. Currently, there is a paucity of effective treatments available to stroke patients, and thus there is a need for good models to test potential pharmacological compounds and evaluate physiological outcomes. This method can also be used for studying intracellular hypoxia response mechanisms in vivo. 
Here, we present the MCA ligation surgery in a C57/BL6 mouse. We describe the pre-surgical preparation, MCA ligation surgery and 2,3,5 Triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining for quantification of infarct volumes.

Middle cerebral artery (MCA) ligation is a technique to study focal cerebral ischemia in animal models. In this method, the middle cerebral artery is exposed by craniotomy and ligated by cauterization. This method gives highly reproducible infarct volumes and increased post-operative survival rates compared to other methods available.

L&#39;applicazione di permanente legatura dell&#39;arteria cerebrale media nel mouse

Focal cerebral ischemia is among the most common type of stroke seen in patients. Due to the clinical significance there has been a prolonged effort to ...

Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can accurately screen for brain injury, monitor injury evolution, or assess response to therapy. The energy used by neurons is derived largely from tissue oxidative metabolism, and neural hyperactivity and cell death are reflected by corresponding changes in cerebral oxygen metabolism (CMRO2). Thus, measures of CMRO2 are reflective of neuronal viability and provide critical diagnostic information, making CMRO2 an ideal target for bedside measurement of brain health.
Brain-imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) yield measures of cerebral glucose and oxygen metabolism, but these techniques require the administration of radionucleotides, so they are used in only the most acute cases.
Continuous-wave near-infrared spectroscopy (CWNIRS) provides non-invasive and non-ionizing radiation measures of hemoglobin oxygen saturation (SO2) as a surrogate for cerebral oxygen consumption. However, SO2 is less than ideal as a surrogate for cerebral oxygen metabolism as it is influenced by both oxygen delivery and consumption. Furthermore, measurements of SO2 are not sensitive enough to detect brain injury hours after the insult 1,2, because oxygen consumption and delivery reach equilibrium after acute transients 3. We investigated the possibility of using more sophisticated NIRS optical methods to quantify cerebral oxygen metabolism at the bedside in healthy and brain-injured newborns. More specifically, we combined the frequency-domain NIRS (FDNIRS) measure of SO2 with the diffuse correlation spectroscopy (DCS) measure of blood flow index (CBFi) to yield an index of CMRO2 (CMRO2i) 4,5.
With the combined FDNIRS/DCS system we are able to quantify cerebral metabolism and hemodynamics. This represents an improvement over CWNIRS for detecting brain health, brain development, and response to therapy in neonates. Moreover, this method adheres to all neonatal intensive care unit (NICU) policies on infection control and institutional policies on laser safety. Future work will seek to integrate the two instruments to reduce acquisition time at the bedside and to implement real-time feedback on data quality to reduce the rate of data rejection.

We combined frequency-domain near-infrared spectroscopy measures of cerebral hemoglobin oxygenation with diffuse correlation spectroscopy measures of cerebral blood flow index to estimate an index of oxygen metabolism. We tested the utility of this measure as a bedside screening tool to evaluate the health and development of the newborn brain.

Non invasiva di misurazione ottica del metabolismo cerebrale ed emodinamica nei neonati

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality  and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can  accurately ...

Utilizing a Cranial Window to Visualize the Middle Cerebral Artery During Endothelin-1 Induced Middle Cerebral Artery Occlusion

Creation of a cranial window is a method that allows direct visualization of structures on the cortical surface of the brain1-3. This technique can be performed in many locations overlying the rat cerebrum, but is most easily carried out by creating a craniectomy over the readily accessible frontal or parietal bones. Most frequently, we have used this technique in combination with the endothelin-1 middle cerebral artery occlusion model of ischemic stroke to quantify the changes in middle cerebral artery vessel diameter that occur with injection of endothelin-1 into the brain parenchyma adjacent to the proximal MCA4, 5. In order to visualize the proximal portion of the MCA during endothelin -1 induced MCAO, we use a technique to create a cranial window through the temporal bone on the lateral aspect of the rat skull (Figure 1). Cerebral arteries can be visualized either with the dura intact or with the dura incised and retracted. Most commonly, we leave the dura intact during visualization since endothelin-1 induced MCAO involves delivery of the vasoconstricting peptide into the brain parenchyma. This bypasses the need to incise the dura directly over the visualized vessels for drug delivery. This protocol will describe how to create a cranial window to visualize cerebral arteries in a step-wise fashion, as well as how to avoid many of the potential pitfalls pertaining to this method.

This article describes a method for visualizing rat cerebral arteries through a cranial window using temporal craniectomy in order to view proximal portions of the middle cerebral artery (Figure 1). This versatile method can be combined with various techniques of drug delivery to measure cerebral artery reactivity in vivo.

Utilizzando una finestra craniale per visualizzare l&#39;arteria cerebrale media Durante endotelina-1 indotta da occlusione dell&#39;arteria cerebrale media

Creation of a cranial window is a method that allows direct visualization of structures on the cortical surface of the brain1-3. This technique can be ...

In Vivo Dynamics of Retinal Microglial Activation During Neurodegeneration: Confocal Ophthalmoscopic Imaging and Cell Morphometry in Mouse Glaucoma

Microglia, which are CNS-resident neuroimmune cells, transform their morphology and size in response to CNS damage, switching to an activated state with distinct functions and gene expression profiles. The roles of microglial activation in health, injury and disease remain incompletely understood due to their dynamic and complex regulation in response to changes in their microenvironment. Thus, it is critical to non-invasively monitor and analyze changes in microglial activation over time in the intact organism. In vivo studies of microglial activation have been delayed by technical limitations to tracking microglial behavior without altering the CNS environment. This has been particularly challenging during chronic neurodegeneration, where long-term changes must be tracked. The retina, a CNS organ amenable to non-invasive live imaging, offers a powerful system to visualize and characterize the dynamics of microglia activation during chronic disorders.
This protocol outlines methods for long-term, in vivo imaging of retinal microglia, using confocal ophthalmoscopy (cSLO) and CX3CR1GFP/+ reporter mice, to visualize microglia with cellular resolution. Also, we describe methods to quantify monthly changes in cell activation and density in large cell subsets (200-300 cells per retina). We confirm the use of somal area as a useful metric for live tracking of microglial activation in the retina by applying automated threshold-based morphometric analysis of in vivo images. We use these live image acquisition and analyses strategies to monitor the dynamic changes in microglial activation and microgliosis during early stages of retinal neurodegeneration in a mouse model of chronic glaucoma. This approach should be useful to investigate the contributions of microglia to neuronal and axonal decline in chronic CNS disorders that affect the retina and optic nerve.

In Vivo Dynamics of Retinal Microglial Activation During Neurodegeneration: Confocal Ophthalmoscopic Imaging and Cell Morphometry in Mouse Glaucoma

Microglia activation and microgliosis are key responses to chronic neurodegeneration. Here, we present methods for in vivo, long-term visualization of retinal CX3CR1-GFP+ microglial cells by confocal ophthalmoscopy, and for threshold and morphometric analyses to identify and quantify their activation. We monitor microglial changes during early stages of age-related glaucoma.

In Vivo Dynamics of Retinal microglia attivazione durante neurodegenerazione: confocale oftalmoscopico Imaging e Morfometria cellulare in mouse Glaucoma

Microglia, which are CNS-resident neuroimmune cells, transform their morphology and size in response to CNS damage, switching to an activated state with ...

A Thrombotic Stroke Model Based On Transient Cerebral Hypoxia-ischemia

Stroke research has endured many setbacks in translating neuroprotective therapies into clinical practice. In contrast, the real-world therapy (tPA thrombolysis) rarely produces benefits in mechanical occlusion-based experimental models, which dominate preclinical stroke research. This split between the bench and bedside suggests the need to employ tPA-responsive models in preclinical stroke research. To this end, a simple and tPA-reactive thrombotic stroke model is invented and described here. This model consists of transient occlusion of the unilateral common carotid artery and delivery of 7.5% oxygen through a face mask in adult mice for 30 min, while maintaining the animal rectal temperature at 37.5 &#177; 0.5 &#176;C. Although reversible ligation of the unilateral carotid artery or hypoxia each suppressed cerebral blood flow only transiently, the combination of both insults caused lasting reperfusion deficits, fibrin and platelet deposition, and large infarct in the middle cerebral artery-supplied territory. Importantly, tail-vein injection of recombinant tPA at 0.5, 1, or 4 hr post-tHI (10 mg/kg) provided time-dependent reduction of the mortality rate and infarct size. This new stroke model is simple and can be standardized across laboratories to compare experimental results. Further, it induces thrombosis without craniectomy or introducing pre-formed emboli. Given these unique merits, the tHI model is a useful addition to the repertoire of preclinical stroke research.

Thromboembolic stroke models are vital tools for optimizing the recanalization therapy. Here we report a murine thrombotic stroke model based on transient cerebral hypoxic-ischemic (tHI) insult, which triggers thrombosis and infarction, and responds favorably to tissue plasminogen activator (tPA)-mediated fibrinolysis in a therapeutic window similar to those in stroke patients.

Un trombotica Stroke modello basato sulla transitoria cerebrale ipossia-ischemia

Stroke research has endured many setbacks in translating neuroprotective therapies into clinical practice. In contrast, the real-world therapy (tPA ...

Modeling Encephalopathy of Prematurity Using Prenatal Hypoxia-ischemia with Intra-amniotic Lipopolysaccharide in Rats

Encephalopathy of prematurity (EoP) is a term that encompasses the central nervous system (CNS) abnormalities associated with preterm birth. To best advance translational objectives and uncover new therapeutic strategies for brain injury associated with preterm birth, preclinical models of EoP must include similar mechanisms of prenatal global injury observed in humans and involve multiple components of the maternal-placental-fetal system. Ideally, models should produce a similar spectrum of functional deficits in the mature animal and recapitulate multiple aspects of the pathophysiology. To mimic human systemic placental perfusion defects, placental underperfusion and/or chorioamnionitis associated with pathogen-induced inflammation in early preterm birth, we developed a model of prenatal transient systemic hypoxia-ischemia (TSHI) combined with intra-amniotic lipopolysaccharide (LPS). In pregnant Sprague Dawley rats, TSHI via uterine artery occlusion on embryonic day 18 (E18) induces a graded placental underperfusion defect associated with increasing CNS damage in the fetus. When combined with intra-amniotic LPS injections, placental inflammation is increased and CNS damage is compounded with associated white matter, gait and imaging abnormalities. Prenatal TSHI and TSHI+LPS prenatal insults meet several of the criteria of an EoP model including recapitulating the intrauterine insult, causing loss of neurons, oligodendrocytes and axons, loss of subplate, and functional deficits in adult animals that mimic those observed in children born extremely preterm. Moreover, this model allows for the dissection of inflammation induced by divergent injury types.

Encephalopathy of prematurity encompasses the central nervous system abnormalities associated with injury from preterm birth. This report describes a clinically relevant rat model of in utero transient systemic hypoxia-ischemia and intra-amniotic lipopolysaccharide administration (LPS) that mimics chorioamnionitis, and the related impact of infectious stimuli and placental underperfusion on CNS development.

Modellazione Encefalopatia di prematurità Utilizzando prenatale ipossia-ischemia con Lipopolisaccaride intra-amniotico in ratti

Encephalopathy of prematurity (EoP) is a term that encompasses the central nervous system (CNS) abnormalities associated with preterm birth. To best ...

Combined Near-infrared Fluorescent Imaging and Micro-computed Tomography for Directly Visualizing Cerebral Thromboemboli

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of stroke than relying on indirect measurements, and will be a potent and robust vascular research tool. We use an optical imaging approach that labels thrombi with a molecular imaging thrombus marker&#160;&#8212; a Cy5.5 near-infrared fluorescent (NIRF) probe that is covalently linked to the fibrin strands of the thrombus by the fibrin-crosslinking enzymatic action of activated coagulation factor XIIIa during the process of clot maturation. A micro-computed tomography (microCT)-based approach uses thrombus-seeking gold nanoparticles (AuNPs) functionalized to target the major component of the clot: fibrin. This paper describes a detailed protocol for the combined in vivo microCT and ex vivo NIRF imaging of thromboemboli in a mouse model of embolic stroke. We show that in vivo microCT and fibrin-targeted glycol-chitosan AuNPs (fib-GC-AuNPs) can be used for visualizing both in situ thrombi and cerebral embolic thrombi. We also describe the use of in vivo microCT-based direct thrombus imaging to serially monitor the therapeutic effects of tissue plasminogen activator-mediated thrombolysis. After the last imaging session, we demonstrate by ex vivo NIRF imaging the extent and the distribution of residual thromboemboli in the brain. Finally, we describe quantitative image analyses of microCT and NIRF imaging data. The combined technique of direct thrombus imaging allows two independent methods of thrombus visualization to be compared: the area of thrombus-related fluorescent signal on ex vivo NIRF imaging vs. the volume of hyperdense microCT thrombi in vivo.

This protocol describes the application of combined near-infrared fluorescent (NIRF) imaging and micro-computed tomography (microCT) for visualizing cerebral thromboemboli. This technique allows the quantification of thrombus burden and evolution. The NIRF imaging technique visualizes fluorescently labeled thrombus in excised brain, while the microCT technique visualizes thrombus inside living animals using gold-nanoparticles.

Imaging fluorescente combinata vicino infrarosso e la tomografia micro-computerizzata per Direttamente Visualizzazione cerebrale tromboembolie

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of ...

Induction and Micro-CT Imaging of Cerebral Cavernous Malformations in Mouse Model

Mutations in the CCM1 (aka KRIT1), CCM2, or CCM3 (aka PDCD10) gene cause cerebral cavernous malformation (CCM) in humans. Mouse models of CCM disease have been established by tamoxifen induced deletion of Ccm genes in postnatal animals. These mouse models provide invaluable tools to investigate molecular mechanism and therapeutic approaches for CCM disease. An accurate and quantitative method to assess lesion burden and progression is essential to harness the full value of these animal models. Here, we demonstrate the induction of CCM disease in a mouse model and the use of the contrast enhanced X-ray micro computed tomography (micro-CT) method to measure CCM lesion burden in mouse brains. At postnatal day 1 (P1), we used 4-hydroxytamoxifen (4HT) to activate Cre recombinase activity from the Cdh5-CreErt2 transgene to cleave the floxed allele of Ccm2. CCM lesions in mouse brains were analyzed at P8. For micro-CT, iodine based Lugol&#39;s solution was used to enhance contrast in brain tissue. We have optimized the scan parameters and utilized a voxel dimension of 9.5 &#181;m, which lead to a minimum feature size of approximately 25 &#181;m. This resolution is sufficient to measure CCM lesion volume and number globally and accurately, and provide high-quality 3-D mapping of CCM lesions in mouse brains. This method enhances the value of the established mouse models to study the molecular basis and potential therapies for CCM and other cerebrovascular diseases.

This protocol demonstrates the induction of cerebral cavernous malformation disease in a mouse model and uses contrast enhanced micro computed tomography to measure lesion burden. This method enhances the value of established mouse models to study the molecular basis and potential therapies for cerebral cavernous malformation and other cerebrovascular diseases.

Induzione e Micro-CT Imaging delle malformazioni cavernose cerebrali nel modello del topo

Mutations in the CCM1 (aka KRIT1), CCM2, or CCM3 (aka PDCD10) gene cause cerebral cavernous malformation (CCM) in humans. Mouse models of CCM disease have ...

Middle Cerebral Artery Occlusion Allowing Reperfusion via Common Carotid Artery Repair in Mice

The ischemic stroke is a major cause of adult long-term disability and death worldwide. The current treatments available are limited, with only tissue plasminogen activator (tPA) as an approved drug treatment to target ischemic strokes. Current research in the field of ischemic stroke focuses on better understanding the pathophysiology of stroke, to develop and investigate novel pharmaceutical targets. Reliable experimental stroke models are crucial for the progression of potential treatments. The middle cerebral artery occlusion (MCAO) model is clinically relevant and the most frequently used surgical model of ischemic stroke in rodents. However, the outcomes of this model, such as lesion volume, are associated with high levels of variability, particularly in mice. The alternative MCAO model described here allows the reperfusion of the common carotid artery (CCA) and the increased perfusion of the middle cerebral artery (MCA) territory, using a tissue pad with fibrinogen-based sealant to repair the vessel, and the improved welfare of the mice by avoiding external carotid artery (ECA) ligation. This reduces the reliance on the Circle of Willis, which is known to be highly anatomically variable in mice. Representative data show that using this alternative surgical approach decreases the variability in lesion volumes between the traditional MCAO approach and the alternative approach described here.

Intraluminal filament occlusion of the middle cerebral artery is the most frequently used in vivo model of experimental stroke in rodents. An alternative surgical approach to allow common carotid artery repair is performed here, which allows the reperfusion of the common carotid artery and a full reperfusion to the middle cerebral artery territory.

Occlusione dell'arteria cerebrale centrale consentendo di riperfusione tramite riparazione dell'arteria carotica comune nei topi

The ischemic stroke is a major cause of adult long-term disability and death worldwide. The current treatments available are limited, with only tissue ...