АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Геммоэнцербированный барьер (BBB) может быть временно нарушен с помощью микропузырька-опосредованного сфокусированного ультразвука (FUS). Здесь мы описываем пошаговые протоколы для высокой пропускной способности BBB открытия in vivo с использованием модульной системы FUS, доступной для экспертов, не являясь ультразвуком.

Аннотация

Геммоемммм Эндотелиальные клетки, соединенные плотными соединениями, образуют физиологический барьер, препятствующий > молекул (>500 Da) в ткани мозга. Микропузырька опосредованное сфокусированное ультразвук (FUS) можно использовать для того чтобы навести преходящее местное отверстие BBB, позволяющ более большие снадобья войти parenchyma мозга.

В дополнение к крупномасштабным клиническим устройствам для клинического перевода, доклинические исследования для оценки реакции терапии кандидатов на препарат требует специальных малых животных ультразвуковых установок для целевого открытия BBB. Предпочтительно, чтобы эти системы позволяли использовать высокооборотные рабочие процессы как с высокой пространственной точностью, так и с комплексным мониторингом кавитации, при этом оставаясь экономически эффективными как с точки зрения первоначальных инвестиций, так и с точки зрения эксплуатационных расходов.

Здесь мы представляем биолюминесценцию и рентгеновская стереотаксическая система FUS для малых животных, которая основана на коммерчески доступных компонентах и соответствует вышеупомянутым требованиям. Особое внимание было уделено высокой степени автоматизации, облегчая проблемы, обычно встречающиеся в многотомных доклинических исследованиях по оценке лекарственных средств. Примерами этих проблем являются необходимость стандартизации для обеспечения воспроизводимости данных, уменьшения внутригрупповой изменчивости, уменьшения размера выборки и, таким образом, соблюдения этических требований и уменьшения ненужной рабочей нагрузки. Предлагаемая система BBB была проверена в рамках BBB открытия облегченные испытания доставки лекарств на пациента полученных ксенотрансплантатов модели глиобластомы мультиформной и диффузной средней линии глиомы.

Введение

Гемовоэнцефалический барьер (BBB) является основным препятствием для доставки препарата в паренхиму мозга. Большинство терапевтических препаратов, которые были разработаны не пересекают BBB из-за их физико-химических параметров (например, липофилифия, молекулярный вес, водородные облигации принимает и доноров) или не сохраняются из-за их сродства к efflux транспортеров вголовном мозге 1,2. Небольшая группа препаратов, которые могут пересечь BBB, как правило, небольшие липофильные молекулы, которые эффективны только в ограниченном количествезаболеваний мозга 1,2. Как следствие, для большинства заболеваний головного мозга, фармакологические варианты лечения ограничены и новые стратегии доставкилекарств необходимы 3,4.

Терапевтическое УЗИ является новой техникой, которая может быть использована для различных неврологических приложений, таких как нарушение BBB (BBBD), нейромодуляция, иабляция4,5,6,7. Для достижения открытия BBB с экстракорпоратерным ультразвуковым излучателем через череп, сфокусированное УЗИ (FUS) сочетается с микропузырями. Микросовместимые FUS приводит к повышенной биодоступности препаратов в паренхимемозга 5,8,9. При наличии звуковых волн микропузырьки начинают колебаться, инициируя трансцитоз и нарушение плотных соединений между эндотелиальными клетками BBB, что позволяет параклеточной транспортировке больших молекул10. Предыдущие исследования подтвердили корреляцию между интенсивностью акустического излучения и биологическим воздействием на открытие BBB11,12,13,14. FUS в сочетании с микропузырями уже используется в клинических испытаниях для лечения глиобластомы с использованием темозоломида или липосомного доксорубицина в качестве химиотерапевтического агента, или для терапии болезни Альцгеймера и боковогоамиотрофического склероза 5,9,15,16.

Поскольку ультразвук опосредованное открытие BBB открывает совершенно новые возможности для фармакотерапии, для оценки реакции отдельных кандидатов на лекарственные препараты необходимы доклинические исследования клинического перевода. Это обычно требует высокой пропускной способности рабочего процесса с высокой пространственной точностью и предпочтительно комплексного обнаружения кавитации для мониторинга целевого открытия BBB с высокой воспроизводимостью. Если это возможно, эти системы должны быть экономически эффективными как в первоначальных инвестиций и эксплуатационных расходов, с тем чтобы быть масштабируемым в зависимости от размера исследования. Большинство доклинических систем FUS сочетаются с МРТ для изображения руководства ипланирования лечения 15,17,18,19. Хотя МРТ дает подробную информацию об анатомии опухоли и объеме, это дорогой метод, который обычно выполняется обученными / квалифицированными операторами. Кроме того, МРТ высокого разрешения не всегда может быть доступна для исследователей в доклинических учреждениях и требует длительного времени сканирования на животное, что делает его менее пригодным для высокопроверяющих фармакологических исследований. Примечательно, что для доклинических исследований в области нейроонкологии, в частности, инфильтративных опухолевых моделей, возможность визуализировать и нацелить опухоль имеет важное значение дляуспеха лечения 20. В настоящее время это требование выполняется только МРТ или опухолями, трансфокированными с помощью фотопротеина, что позволяет визуализировать биолюминесценцию изображения (BLI) в сочетании с администрированием подстрата фотопротеина.

СИСТЕМы МРТ-управляемые FUS часто используют водяную баню для обеспечения распространения ультразвуковой волны для транскраниальных применений, при которой голова животного частично погружается в воду, так называемые системы«снизу вверх» 15,17,18. Хотя эти проекты работают в целом хорошо в небольших исследований на животных, они являются компромиссом между временем подготовки животных, портативность и реально поддерживать гигиенические стандарты во время использования. В качестве альтернативы МРТ, другие методы руководства для стереотаксической навигации включают в себя использованиегрызунов анатомического атласа 21,22,23, лазерная указка помощьвизуального прицельной 24, пинхол-помощь механического сканирующего устройства25, или BLI26. Большинство из этих конструкций являются "сверху вниз" системы, в которых предуц находится на верхней части головы животного, с животным в естественном положении. Рабочий процесс 'top-down' состоит либо из водянойванны 22,25,26 илизаполненного водойконуса 21,24. Преимущество использования преобразоваваека внутри закрытого конуса является более компактный след, короче время установки и прямо вперед возможности обеззараживания упрощает весь рабочий процесс.

Взаимодействие акустического поля с микропузырями зависит от давления и колеблется от низкоамплитудных колебаний (называемых стабильной кавитацией) до переходного коллапса пузыря (именуемого инерциальной кавитацией)27,28. Существует установленный консенсус, что ультразвук-BBBD требует акустического давления значительно выше стабильного порога кавитации для достижения успешного BBBD, но ниже порога инерциальной кавитации, который обычно ассоциируется с сосудистыми / нейрональнымиповреждениями 29. Наиболее распространенной формой мониторинга и контроля является анализ (обратного) рассеянного акустического сигнала с использованием пассивного обнаружения кавитации (PCD), как это предлагается McDannold et al.12. PCD опирается на анализ спектров Fourier микропузырьковых сигналов выбросов, в котором сила и внешний вид стабильных признаков кавитации (гармоники, субгармоника и ультрагармоника) и инерционные маркеры кавитации (широкополосная реакция) могут быть измерены в режиме реального времени.

"Один размер подходит всем" PCD-анализ для точного контроля давления осложняется из-за полидисперсности формулировки microbubble (амплитуля колебаний сильно зависит от диаметра пузыря), различия в свойствах оболочки пузыря между брендами, и акустические колебания, которые сильно зависят отчастоты и давления 30,31,32. Как следствие, было предложено много различных протоколов обнаружения PCD, которые были адаптированы к конкретным комбинациям всех этих параметров и были использованы в различных сценариях применения (от экспериментов in vitro над протоколами малых животных до PCD для клинического использования) для надежного обнаружения кавитации и даже для обратнойсвязи давления 11,14,30,31,32,33,34,35. Протокол PCD, используемый в рамках данного исследования, получен непосредственно из McDannold et al.12 и отслеживает гармоническое излучение на наличие стабильной кавитации и широкополосного шума для обнаружения инерциальной кавитации.

Мы разработали систему нейронавигации FUS с изображением для временного открытия BBB для увеличения доставки препарата в паренхиму мозга. Система основана на коммерчески доступных компонентах и может быть легко адаптирована к нескольким различным методам визуализации, в зависимости от имеющихся методов визуализации в животном объекте. Поскольку нам требуется рабочий процесс с высокой пропускной способностью, мы решили использовать рентгеновские снимки и BLI для планирования изображений и лечения. Опухолевые клетки, трансдуцированные с помощью фотопротеина (например, люцифераза), подходят дляbli-изображения 20. После введения подстрата фотопротеина, опухолевые клетки могут контролироваться in vivo и рост опухоли и расположениеможет быть определено 20,36. BLI является недорогим методом визуализации, он позволяет следить за ростом опухоли с течением времени, он имеет быстрое время сканирования и хорошо коррелирует с ростом опухоли измеряется МРТ36,37. Мы решили заменить водяную баню заполненным водой конусом, прикрепленным к преобразоваю, чтобы гибкость позволила свободно перемещать платформу, на которойсмонтирован грызун 8,24. Конструкция основана на съемной платформе, оснащенной интеграцией (I) маловодной стереотаксической платформы (II) фидуциальных маркеров с рентгеновской и оптическо-образной совместимостью (III) быстросемещанной анестезии и (IV) интегрированной системой нагрева животных. После первоначальной индукции анестезии животное устанавливается в точном положении на платформе, где оно остается в течение всей процедуры. Следовательно, вся платформа проходит все станции рабочего процесса всего вмешательства, сохраняя при этом точное и воспроизводимое позиционирование и устойчивую анестезию. Программное обеспечение управления позволяет автоматически обнаруживать фидуциальные маркеры и автоматически регистрирует все типы изображений и модальностей изображения (т.е. микро-КТ, рентгеновские, BLI и флуоресценции изображения) в рамках справочной стереотаксической платформы. С помощью автоматической процедуры калибровки, фокусное расстояние ультразвукового превью точно известно внутри, что позволяет автоматическим слиянием интервенционного планирования, акустической доставки и последующего анализа изображений. Как показано на рисунке 1 и рисунке 2,эта установка обеспечивает высокую степень гибкости для разработки специальных экспериментальных рабочих процессов и позволяет переплетенной обработки животных на различных станциях, что в свою очередь облегчает высокую пропускную способность экспериментов. Мы использовали этот метод для успешной доставки лекарств в ксенотрансплантатах мыши высококачественной глиомы, таких как диффузная глиома средней линии.

протокол

Все эксперименты in vivo были одобрены голландским комитетом по этике (номер разрешения на лицензию AVD114002017841) и Органом защиты животных Vrije Universiteit Amsterdam, Нидерланды. Исследователи прошли подготовку по основам системы FUS, чтобы свести к минимуму дискомфорт животных.

1. Сфокусированная ультразвуковая система

ПРИМЕЧАНИЕ: Описанная установка представляет 1000 встроенных построен BBB системы нарушения на основе коммерчески доступных компонентов и включает в себя 3D-печать заказ конуса и съемные стереотаксической платформы. Система разработана модульная, которая облегчает модификации в зависимости от доступного оборудования и конкретного использования. Протокол описывает процедуру сонопорации большей площади в понтийской области мозга мыши. Регулируя целевое местоположение, различные части мозга могут быть направлены. В этом исследовании использовался моно-элементный преобразовайец 1 МГц с фокусным расстоянием 75 мм, диафрагмой 60 мм и фокусной областью 1,5 х 1,5 х 5 мм (FWHM пикового давления). Фокусная плоскость предуцера расположена через череп животного в горизонтальной плоскости, пересекающейся с ушными прутьями.

  1. Выберите подходящий предуц для открытия BBB у грызунов.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Основываясь на свойствах микропузырей и используемой частоте, акустические настройки, в частности механический индекс (MI), могутизменяться 13,38.
  2. Поместите преобразоваваека в конус с 3D-печатью.
  3. Ивимите акустически прозрачную милярную мембрану в нижнем конце конуса для достижения акустической связи траектории распространения луча и заполните конус дегазатной водой.
  4. Намонтировать превлододер над животным на моторизованной линейной сцене, как показано на рисунке 1, позволяющем автоматическое вертикальное позиционирование предуцера.
  5. Разработать съемную стереотаксическую платформу, основанную на требованиях исследования, которая включает в себя температуру регулируется отопление, укус и ухо баров, анестезии и мульти-модальности фидуциальных маркеров, как показано на рисунке 1 и рисунок 2. Монтаж стереотаксической платформы состоит из 2D линейной сценической системы, которая позволяет точное автоматическое позиционирование (< 0,1 мм) животного под балкой.
  6. Подключите предуцера к акустической цепочке выбросов, показанной на рисунке 1, состоящем из предуцера, генератора функций и усилителя мощности.
  7. Разработайте конвейер обработки изображений для обнаружения многомерных фидуциальных маркеров, позволяющих точной сонопоратной ориентации области мозга, представляющих интерес, и сбора данных о кавитации, обнаруженных гидрофоном иглы.
  8. Калибруйте систему и определите точку фокусировки преврата в соответствии с вертикальным позиционированием животного на стереотаксической платформе.

2. Подготовка животных

ПРИМЕЧАНИЕ: Следующий протокол указан для мышей, но может быть адаптирован для крыс. Для этих экспериментов использовались самки атимической обнаженной Фоксн1/- мыши (6-8 недель).

  1. Позвольте животному акклиматизироваться в течение по крайней мере одной недели в животном объекте и регулярно взвешивать животное.
  2. Администрирование бупренорфина (0,05 мг/кг) с помощью подкожной (s.c.) инъекции за 30 минут до лечения ФУС для начала обезболивающего лечения.
  3. Обезболить животное с 3% изофлюран, 2 л / мин O2 и проверить, что животное глубоко анестезии. Держите животных под наркозом в течение всей процедуры и контролировать частоту дыхания и частоту сердечных сокращений, чтобы скорректировать концентрацию изофлюрана по мере необходимости.
  4. Нанесите мазь глаза, чтобы предотвратить сухость глаз и избежать возможных травм.
  5. Удалите волосы на верхней части головы с бритвой и кремом для депиляля и мыть потом водой, чтобы удалить любые остатки, чтобы избежать раздражения кожи.
  6. Для экспериментов с моделями опухолей BLI ввисьте 150 л D-люциферина (30 мг/мл) внутриперитонеальный (i.p.) с 29 Г инсулиновым шприцем для изображения BLI-руководства.
  7. Вставьте катетер хвостовой вены 26-30 Г и промойте катетер и вену небольшим объемом гепарина (5 UI/mL). Заполните катетер раствором гепарина, чтобы избежать свертывания крови.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Хорошая катетеризация наблюдается, когда есть рефлюкс крови в катетер. Избегайте пузырьков воздуха в катетере, чтобы предотвратить эмболии. Чтобы избежать чрезмерного давления инъекций, убедитесь, что длина катетера как можно короче.
  8. Поместите животное на регулируемой температурой стереотаксической платформе, чтобы избежать переохлаждения.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Гипотермия снижает кровообращение, что может повлиять на инъекцию / циркуляцию микробублов и фармакокинетики препаратов39.
  9. Обездвижить и зафиксировать голову животного на стереотаксической платформе с помощью ушных ушных ушов и укуса бар. Зафиксировать тело ремнем и приклеить хвост животного к платформе.

3. Виво изображения ориентированных сосредоточены ультразвука

ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого протокола был использован моно-элементный преобразоватор 1 МГц с тонус-всплеском импульса с продолжительностью 10 мс, MI 0,4 и частотой повторения импульса 1,6 Гц с 40 циклами для 240 с. Протокол оптимизирован для микропузырей, стабилизированных фосфолипидами, содержащими гексафторид серы (SF6) в качестве безобидного газа, в результате которого средний диаметр пузыря составляет 2,5 мкм, а более 90% пузырьков меньше 8 мкм.

  1. Поместите стереотаксическую платформу с установленным животным в условия изображения (например, BLI или рентген) и сделайте снимок (ы) животного.
  2. Используйте мульти-модальности фидуциальных маркеров в сочетании с изображением обработки трубопровода для отметки положения животного в соответствии с точкой фокуса предуктора.
  3. Определите целевую область, поместив контур мозга над приобретенным рентгеновским изображением или используя изображения BLI для определения центра опухоли(рисунок 2). Положение определенных частей мозга указано в Атласе мозга Paxinos40 с использованием отметины черепа брегмы и лямбды в качестве ориентиров. Например, понс расположен х-1,0, y-0.8 и z'-4.5 от lambda.
  4. Защита ноздрей и рта животного клейкой лентой, чтобы предотвратить ультразвуковой гель, мешающий дыханию.
  5. Нанесите ультразвуковой гель поверх головы животного.
  6. Убирают кожу шеи животных, смазывают гидрофон иглы ультразвуковым гелем и поставить гидрофон иглы в непосредственной близости от затылочной кости.
  7. Руководство предуцера в правильное положение с помощью конвейера обработки изображений и точки фокусировки.
  8. Примените заранее настроенные настройки ко всем прикрепленным устройствам и нацелиться на область мозга, представляющие интерес.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от исследовательского вопроса, опухоли или области мозга могут быть sonoporated как единый координационный центр или как объемная форма, как показано на рисунке 2.
  9. Активировать микропузырьки, как описано производителем. Ввись один болюс из 120 МКЛ (5,4 мкг) микропузырька.
  10. Промыть катетер хвостовой вены солевым раствором, чтобы проверить открытие катетера.
  11. Введать микропузырьки и начать инсонацию.
  12. Запись кавитации микропузыря с помощью гидрофона иглы.
  13. Администрирование внутрисосудистого контрастного агента или препарата после сонопорации. Доза, сроки и планирование зависят от цели исследования и препарата.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эванс синий является общим цвет агента для оценки BBB открытия41.
  14. Мониторинг животного до заданной точки времени или до гуманной конечной точки.

4. Анализ кавитации микропузыря

ПРИМЕЧАНИЕ: Здесь описана применяемая процедура, которая подходит для экспериментов in vivo для SF6-фосфолипидных микропузырьки со средним диаметром 2,5 мкм (80% пузырьков ниже 8 мкм), возбужденных с импульсом лопнушать тона 10 мс продолжительностью с частотой 1 МГц, как первоначально предполагалось McDannold et al.12.

  1. Фурье-трансформирует записанный сигнал PCD из домена времени в частотный домен.
  2. Интегрируйте полученную спектральную мощность для стабильного обнаружения кавитации вокруг2-й и 3-й гармонических (± 50 кГц), как показано на рисунке 3 (зеленая коробка на 2 и 3 МГц).
  3. Интегрируйте спектральную мощность для обнаружения инерциальной кавитации между основной частотой, 2-й, 3-й гармонической,1-йи 2-й ультрагармонической и первой субгармонической (± 150 кГц), как показано на рисунке 3 (красные коробки).
  4. Интегрируйте спектральную мощность вокруг принципиальной частоты (1 МГц ± 50 кГц) для нормализации обоих ранее полученных сигналов ПХД.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Сигнал PCD, для SF6-фосфолипид микропузырьки в эксперименты vivo на 1 МГц, не отображает ультрагармонику или субгармонику до инерциальной кавитации устанавливает, как показано на рисунке 3.

Результаты

Описанная система FUS (рисунок1 и рисунок 2) и связанный с ней рабочий процесс были использованы в более чем 100 животных и производится воспроизводимые данные о здоровых и опухолевых мышей. Основываясь на записанной кавитации и спектральной плотности гарм?...

Обсуждение

В этом исследовании мы разработали экономически эффективную систему FUS на основе изображения для временного нарушения BBB для увеличения доставки препарата в паренхиму мозга. Система была построена в основном с коммерчески доступными компонентами и в сочетании с рентгеновскими и BLI. Мо...

Раскрытие информации

Авторов нечего раскрывать.

Благодарности

Этот проект финансировался KWF-STW (Доставка лекарств сонопорой в детстве диффузной внутренней понтийной глиомы и высококачественной Глиомы). Благодарим Илью Скачкова и Шарля Мугенота за вклад в развитие системы.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
1 mL luer-lock syringeBecton Dickinson309628Plastipak
19 G needleTerumo Agani8AN1938R1
23 G needleTerumo Agani8AN2316R1
3M Transpore surgical tapeScience applied to life7000032707or similar
Arbitrary waveform generatorSiglentn.a.SDG1025, 25 MHz, 125 Msa/s
Automated stereotactin-house builtn.a.Stereotact with all elements were in-house built
Bruker In-Vivo XtremeBrukern.a.Includes software
Buffered NaCl solutionB. Braun Melsungen AG220/12257974/110
Buprenorfine hydrochlorideIndivior UK limitdn.a.0.324 mg
Cage enrichment: paper-pulp smart homeBio servicesn.a.
Carbon filterBickfordNC0111395Omnicon f/air
Ceramic spoonn.an.a.
Cotton swabsn.a.n.a.
D-luciferin, potassium saltGold BiotechnologyLUCK-1
EthanolVUmc pharmacyn.a.70%
Evans BlueSigma AldrichE2129
Fresenius NaCl 0.9%Fresenius Kabin.a.NaCl 0.9 %, 1000 mL
HistoacrylBraun Surgicaln.a.Histoacryl 0.5 mL
HydrophonePrecision Acousticsn.a.
Insulin syringeBecton Dickinson324825/3248260.5 mL and 0.3 mL
IsofluraneTEVA Pharmachemie BV8711218013196250 mL
KetamineAlfasann.a.10 %, 10 mL
Mouse food: Teklad global 18% protein rodent dietEnvigo2918-11416M
Neoflon catheterBecton Dickinson39134926 GA 0.6 x 19 mm
OscilloscopeKeysight technologiesn.a.InfiniiVision DSOX024A
Plastic tubesGreiner bio-one21026150 mL
Power amplifierElectronics & Innovation Ltd210LModel 210L
Preamplifier DC CouplerPrecision Acousticsn..Serial number: DCPS94
ScissorsSigma AldrichS3146-1EAor similar
SedazineAST Farman.a.2%
SonoVue microbubblesBraccon.a.8 µl/ml
Sterile waterFresenius Kabin.a.1000 mL
Syringen.a.n.a.various syringes can be used
TemgesicIndivior UK limitdn.a.0.3 mg/ml
TransducerPrecision Acousticsn.a.1 MHz
TweezersSigma AldrichF4142-1EAor similar
Ultrasound gelParker Laboratories Inc.01-02Aquasonic 100
Vidisic gelBausch + Lombn.a.10 g

Ссылки

  1. Lipinski, C. A. Lead- and drug-like compounds: the rule-of-five revolution. Drug Discovery Today: Technologies. 1 (4), 337-341 (2004).
  2. Pardridge, W. M. Blood-brain barrier delivery. Drug Discovery Today. 12 (1-2), 54-61 (2007).
  3. Alli, S., et al. Brainstem blood brain barrier disruption using focused ultrasound: A demonstration of feasibility and enhanced doxorubicin delivery. Journal of Controlled Release. 281, 29-41 (2018).
  4. Burgess, A., Hynynen, K. Noninvasive and targeted drug delivery to the brain using focused ultrasound. ACS Chemical Neuroscience. 4 (4), 519-526 (2013).
  5. Meng, Y., et al. Safety and efficacy of focused ultrasound induced blood-brain barrier opening, an integrative review of animal and human studies. Journal of Controlled Release. 309, 25-36 (2019).
  6. Darrow, D. P. Focused Ultrasound for Neuromodulation. Neurotherapeutics. 16 (1), 88-99 (2019).
  7. Zhou, Y. F. High intensity focused ultrasound in clinical tumor ablation. World Journal of Clinical Oncology. 2 (1), 8-27 (2011).
  8. O'Reilly, M. A., Hough, O., Hynynen, K. Blood-Brain Barrier Closure Time After Controlled Ultrasound-Induced Opening Is Independent of Opening Volume. Journal of Ultrasound in Medicine. 36 (3), 475-483 (2017).
  9. Mainprize, T., et al. Blood-Brain Barrier Opening in Primary Brain Tumors with Non-invasive MR-Guided Focused Ultrasound: A Clinical Safety and Feasibility Study. Scientific Reports. 9 (1), 321 (2019).
  10. Dasgupta, A., et al. Ultrasound-mediated drug delivery to the brain: principles, progress and prospects. Drug Discovery Today: Technologies. 20, 41-48 (2016).
  11. O'Reilly, M. A., Waspe, A. C., Chopra, R., Hynynen, K. MRI-guided disruption of the blood-brain barrier using transcranial focused ultrasound in a rat model. Journal of Visualized Experiments. (61), (2012).
  12. McDannold, N., Vykhodtseva, N., Hynynen, K. Targeted disruption of the blood-brain barrier with focused ultrasound: association with cavitation activity. Physics in Medicine & Biology. 51 (4), 793 (2006).
  13. McDannold, N., Vykhodtseva, N., Hynynen, K. Blood-brain barrier disruption induced by focused ultrasound and circulating preformed microbubbles appears to be characterized by the mechanical index. Ultrasound in Medicine and Biology. 34 (5), 834-840 (2008).
  14. Sun, T., et al. Closed-loop control of targeted ultrasound drug delivery across the blood-brain/tumor barriers in a rat glioma model. Proceedings of the National Academy of Sciences. 114 (48), 10281-10290 (2017).
  15. Lipsman, N., et al. Blood-brain barrier opening in Alzheimer's disease using MR-guided focused ultrasound. Nature Communications. 9 (1), 2336 (2018).
  16. Carpentier, A., et al. Clinical trial of blood-brain barrier disruption by pulsed ultrasound. Science Translational Medicine. 8 (343), 342 (2016).
  17. Chopra, R., Curiel, L., Staruch, R., Morrison, L., Hynynen, K. An MRI-compatible system for focused ultrasound experiments in small animal models. Medical Physics. 36 (5), 1867-1874 (2009).
  18. Kinoshita, M., McDannold, N., Jolesz, F. A., Hynynen, K. Targeted delivery of antibodies through the blood–brain barrier by MRI-guided focused ultrasound. Biochemical and Biophysical Research Communications. 340 (4), 1085-1090 (2006).
  19. Larrat, B., et al. MR-guided transcranial brain HIFU in small animal models. Physics in Medicine & Biology. 55 (2), 365 (2009).
  20. Contag, C. H., Jenkins, D., Contag, P. R., Negrin, R. S. Use of reporter genes for optical measurements of neoplastic disease in vivo. Neoplasia. 2 (1-2), 41 (2000).
  21. Choi, J. J., Pernot, M., Small, S. A., Konofagou, E. E. Noninvasive, transcranial and localized opening of the blood-brain barrier using focused ultrasound in mice. Ultrasound in Medicine & Biology. 33 (1), 95-104 (2007).
  22. Bing, C., et al. Trans-cranial opening of the blood-brain barrier in targeted regions using astereotaxic brain atlas and focused ultrasound energy. Journal of Therapeutic Ultrasound. 2 (1), 13 (2014).
  23. Marquet, F., et al. Real-time, transcranial monitoring of safe blood-brain barrier opening in non-human primates. PloS One. 9 (2), (2014).
  24. Anastasiadis, P., et al. characterization and evaluation of a laser-guided focused ultrasound system for preclinical investigations. Biomedical Engineering Online. 18 (1), 36 (2019).
  25. Liu, H. L., Pan, C. H., Ting, C. Y., Hsiao, M. J. Opening of the blood-brain barrier by low-frequency (28-kHz) ultrasound: a novel pinhole-assisted mechanical scanning device. Ultrasound in Medicine & Biology. 36 (2), 325-335 (2010).
  26. Zhu, L., et al. Focused ultrasound-enabled brain tumor liquid biopsy. Scientific Reports. 8 (1), 1-9 (2018).
  27. Bader, K. B., Holland, C. K. Gauging the likelihood of stable cavitation from ultrasound contrast agents. Physics in Medicine & Biology. 58 (1), 127 (2012).
  28. Neppiras, E. Acoustic cavitation series: part one: Acoustic cavitation: an introduction. Ultrasonics. 22 (1), 25-28 (1984).
  29. Aryal, M., Arvanitis, C. D., Alexander, P. M., McDannold, N. Ultrasound-mediated blood-brain barrier disruption for targeted drug delivery in the central nervous system. Advanced Drug Delivery Reviews. 72, 94-109 (2014).
  30. Tung, Y. S., Choi, J. J., Baseri, B., Konofagou, E. E. Identifying the inertial cavitation threshold and skull effects in a vessel phantom using focused ultrasound and microbubbles. Ultrasound in Medicine & Biology. 36 (5), 840-852 (2010).
  31. Arvanitis, C. D., Livingstone, M. S., Vykhodtseva, N., McDannold, N. Controlled ultrasound-induced blood-brain barrier disruption using passive acoustic emissions monitoring. PloS One. 7 (9), (2012).
  32. Tsai, C. H., Zhang, J. W., Liao, Y. Y., Liu, H. L. Real-time monitoring of focused ultrasound blood-brain barrier opening via subharmonic acoustic emission detection: implementation of confocal dual-frequency piezoelectric transducers. Physics in Medicine & Biology. 61 (7), 2926 (2016).
  33. Chen, W. S., Brayman, A. A., Matula, T. J., Crum, L. A. Inertial cavitation dose and hemolysis produced in vitro with or without Optison. Ultrasound in Medicine & Biology. 29 (5), 725-737 (2003).
  34. Qiu, Y., et al. The correlation between acoustic cavitation and sonoporation involved in ultrasound-mediated DNA transfection with polyethylenimine (PEI) in vitro. Journal of Controlled Release. 145 (1), 40-48 (2010).
  35. Sun, T., Jia, N., Zhang, D., Xu, D. Ambient pressure dependence of the ultra-harmonic response from contrast microbubbles. The Journal of the Acoustical Society of America. 131 (6), 4358-4364 (2012).
  36. Rehemtulla, A., et al. Rapid and quantitative assessment of cancer treatment response using in vivo bioluminescence imaging. Neoplasia. 2 (6), 491-495 (2000).
  37. Puaux, A. L., et al. A comparison of imaging techniques to monitor tumor growth and cancer progression in living animals. International Journal of Molecular Imaging. 2011, (2011).
  38. Wu, S. K., et al. Characterization of different microbubbles in assisting focused ultrasound-induced blood-brain barrier opening. Scientific Reports. 7, 46689 (2017).
  39. van den Broek, M. P., Groenendaal, F., Egberts, A. C., Rademaker, C. M. Effects of hypothermia on pharmacokinetics and pharmacodynamics. Clinical Pharmacokinetics. 49 (5), 277-294 (2010).
  40. Paxinos, G., Franklin, K. B. . Paxinos and Franklin's the mouse brain in stereotaxic coordinates. , (2019).
  41. Saunders, N. R., Dziegielewska, K. M., Møllgård, K., Habgood, M. D. Markers for blood-brain barrier integrity: how appropriate is Evans blue in the twenty-first century and what are the alternatives. Frontiers in Neuroscience. 385, 385 (2015).
  42. Yao, L., Xue, X., Yu, P., Ni, Y., Chen, F. Evans blue dye: a revisit of its applications in biomedicine. Contrast Media & Molecular Imaging. 2018, (2018).
  43. Caretti, V., et al. Monitoring of tumor growth and post-irradiation recurrence in a diffuse intrinsic pontine glioma mouse model. Brain Pathology. 21 (4), 441-451 (2011).
  44. Yoshimura, J., Onda, K., Tanaka, R., Takahashi, H. Clinicopathological study of diffuse type brainstem gliomas: analysis of 40 autopsy cases. Neurologia Medico-Chirurgica. 43 (8), 375-382 (2003).
  45. Yang, F. Y., et al. Micro-SPECT/CT-based pharmacokinetic analysis of 99mTc-diethylenetriaminepentaacetic acid in rats with blood-brain barrier disruption induced by focused ultrasound. Journal of Nuclear Medicine. 52 (3), 478-484 (2011).
  46. Sirsi, S., Borden, M. Microbubble compositions, properties and biomedical applications. Bubble Science, Engineering & Technology. 1 (1-2), 3-17 (2009).
  47. Greis, C. Technology overview: SonoVue. European Radiology. 14, 11-15 (2004).
  48. Schneider, M. Characteristics of sonovue. Echocardiography. 16, 743-746 (1999).
  49. Talu, E., Powell, R. L., Longo, M. L., Dayton, P. A. Needle size and injection rate impact microbubble contrast agent population. Ultrasound in Medicine & Biology. 34 (7), 1182-1185 (2008).
  50. Pinton, G., et al. Attenuation, scattering, and absorption of ultrasound in the skull bone. Medical Physics. 39 (1), 299-307 (2012).
  51. Constantinides, C., Mean, R., Janssen, B. J. Effects of isoflurane anesthesia on the cardiovascular function of the C57BL/6 mouse. ILAR journal/National Research Council, Institute of Laboratory Animal Resources. 52, 21 (2011).
  52. McDannold, N., Zhang, Y., Vykhodtseva, N. The effects of oxygen on ultrasound-induced blood-brain barrier disruption in mice. Ultrasound in Medicine & Biology. 43 (2), 469-475 (2017).
  53. McDannold, N., Zhang, Y., Vykhodtseva, N. Blood-brain barrier disruption and vascular damage induced by ultrasound bursts combined with microbubbles can be influenced by choice of anesthesia protocol. Ultrasound in Medicine and Biology. 37 (8), 1259-1270 (2011).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

161

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены