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  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

Questo lavoro dimostra l'uso di una piattaforma di imaging multimodale basata su ultrasuoni per l'imaging non invasivo dell'ictus ischemico. Questo sistema consente la quantificazione dell'ossigenazione del sangue attraverso l'imaging fotoacustico e la perfusione alterata nel cervello attraverso l'angiografia acustica.

Abstract

Presentato qui è uno studio sperimentale sull'ictus ischemico utilizzando il nostro sistema di imaging non invasivo di nuova concezione che integra tre tecnologie di imaging basate sull'acustica: fotoacustica, ecografia e tomografia angiografica (PAUSAT). La combinazione di queste tre modalità aiuta ad acquisire la tomografia fotoacustica multispettrale (PAT) dell'ossigenazione del sangue cerebrale, l'imaging ad ultrasuoni ad alta frequenza del tessuto cerebrale e l'angiografia acustica della perfusione sanguigna cerebrale. La piattaforma di imaging multimodale consente lo studio della perfusione cerebrale e dei cambiamenti di ossigenazione nell'intero cervello del topo dopo l'ictus. Sono stati valutati due modelli di ictus ischemico comunemente usati: il modello di occlusione permanente dell'arteria cerebrale media (pMCAO) e il modello fototrombotico (PT). PAUSAT è stato utilizzato per visualizzare lo stesso cervello di topo prima e dopo un ictus e analizzare quantitativamente entrambi i modelli di ictus. Questo sistema di imaging è stato in grado di mostrare chiaramente i cambiamenti vascolari cerebrali dopo l'ictus ischemico, tra cui una significativa riduzione della perfusione sanguigna e dell'ossigenazione nella regione dell'infarto dell'ictus (omolaterale) rispetto al tessuto non danneggiato (controlaterale). I risultati sono stati confermati sia dall'imaging con contrasto laser speckle che dalla colorazione con trifeniltetrazolio cloruro (TTC). Inoltre, il volume dell'infarto da ictus in entrambi i modelli di ictus è stato misurato e convalidato dalla colorazione TTC come verità fondamentale. Attraverso questo studio, abbiamo dimostrato che PAUSAT può essere un potente strumento negli studi preclinici non invasivi e longitudinali sull'ictus ischemico.

Introduction

Il sangue trasporta ossigeno (attraverso la proteina dell'emoglobina) e altri importanti nutrienti ai tessuti del nostro corpo. Quando il flusso di sangue attraverso i tessuti viene interrotto (ischemia), possono verificarsi gravi danni ai tessuti, i cui effetti più immediati sono dovuti alla mancanza di ossigeno (ipossia). L'ictus ischemico è il risultato di un flusso sanguigno interrotto in una certa regione del cervello. Il danno cerebrale derivante da un ictus ischemico può verificarsi entro pochi minuti dal blocco dei vasi e spesso può avere effetti debilitanti e duraturi 1,2. Una strategia di gr....

Protocol

Tutte le procedure sugli animali sono state approvate dal Duke University Medical Center Animal Care and Use Committee e sono state condotte in conformità con la politica del servizio sanitario pubblico degli Stati Uniti sulla cura umana e l'uso di animali da laboratorio. Per questi studi sono stati utilizzati topi maschi e femmine C57BL/6J (vedere Tabella dei materiali). Sono state visualizzate almeno tre immagini di animali per gruppo di modelli di tratto. Vedere la Figura 2

Representative Results

Imaging della morfologia dei vasi sanguigni nel cervello
AA genera immagini morfologiche dei vasi sanguigni eccitando le microbolle nel sistema circolatorio alla loro frequenza di risonanza e ricevendo la risposta super armonica delle microbolle. Utilizzando la rampa personalizzata (Figura 2C) collegata a un palco regolabile manualmente, possiamo visualizzare il cervello del mouse con modalità AA a due diverse profondità focali. Quando le regioni più profonde sono mira.......

Discussion

Ci sono alcuni aspetti vitali di questo metodo che, se fatto in modo errato, può portare a una significativa diminuzione della qualità dell'immagine e dell'analisi quantitativa. Il risultato più comune dell'errore dell'utente nelle immagini PAUSAT è la mancanza di segnale o una potenza del segnale molto bassa, entrambi i quali possono verificarsi per una serie di motivi. Uno di questi motivi è un problema con l'accoppiamento acustico. Grandi bolle d'aria nell'acqua che circonda la testa del topo durante l'imaging po.......

Acknowledgements

Gli autori desiderano ringraziare il team di ingegneri di SonoVol Inc. per il loro supporto tecnico. Questo lavoro è stato parzialmente sponsorizzato dall'American Heart Association Collaborative Sciences Award (18CSA34080277), a J. Yao e W. Yang; Il National Institutes of Health (NIH) degli Stati Uniti concede R21EB027981, R21 EB027304, RF1 NS115581 (BRAIN Initiative), R01 NS111039, R01 EB028143; Il premio CAREER della National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti 2144788; il Chan Zuckerberg Initiative Grant (2020-226178), a J. Yao; e NIH concede R21NS127163 e R01NS099590 a W. Yang.

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Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
20 GA catheterBD Insyte Autoguard Winged381534For mouse intubation
2,3,5-Triphenyltetrazolium chlorideSigmaT8877Necessary for TTC-staining brain for validation
532nm LaserQuantelQ-smart 850Laser used to pump the OPO for PAT
Automatic Ventilator Rovent Jr.Kent ScientificRV-JRTo keep mice under anesthesia during surgical procedure
Black braided silk 4-0 USPSurgical SpecialtiesSP116Used for sutures on the neck for pMCAO surgery
BupivacaineHospira0409-1159-18Used prior to closing wounds during surgical procedure
C57BL/6 MiceJackson Lab#000664Mice used for studying ischemic stroke (2-6 month old male/female)
Clear sutureEthicon8606Used for closing wound (PT stroke and pMCAO). A clear suture won't interfere with PAT
Cold Light LEDSchottKL 1600Needed to create PT stroke
Disposable Razor BladeAccutec Blades74-0002For sectioning mouse brain
Electric drillJSDAJD-700Used to expose MCA during pMCAO procedure
Electrocauterization toolWet-FieldWet-Field Bipolar-RGStops blood flow after drilling during pMCAO procedure
Hair removal gelVeet8282651Used to remove hair from mouse prior to imaging
High Temperature Cautery Loop TipBOVIE Medical CorporationREF AA03Used to avoid bleeding when separating the temporal muscle from the skull
IR Detector CardThorlabsVRC5Used to ensure light path is aligned
Laser Power MeterOphirStarBright, P/N 7Z01580Can be used to calibrate the laser energy prior to imaging
Laser Speckle Imaging SystemRWD Life Science Co.RFLSI-IIICan be used to validate stroke surgery success
Lubricant Eye OintmentSootheAB31336Can be used to avoid drying of the eyes
Manually adjustable stageThorlabsL490Used with custom ramp for multiple focal depth AA imaging
Modified Vega Imaging SystemPerkin ElmerLLA00061System containing both B-mode/AA and PAT transducers
Optical Parametric OscillatorQuantelversaScan-L532Allows for tuning of excitation wavelength in a large range
Programmable Ultrasound SystemVerasonicsVantage 256Used for PAT part of system
Rose BengalSigma330000Necessary to induce PT stroke
SutureLOOKSP116Used for permanent ligation of CCA
Temperature ContollerPhysitempTCAT-2Used to maintain stable body temperature of mice during procedures
VesselVue MicrobubblesPerkin ElmerP-4007001Used for acoustic angiography (2.43 × 10^9 microbubbles/mL)

References

  1. Durukan, A., Tatlisumak, T. Acute ischemic stroke: overview of major experimental rodent models, pathophysiology, and therapy of focal cerebral ischemia. Pharmacology Biochemistry and Behavior. 87 (1), 179-197 (2007).
  2. Vander Worp, H. B., van Gijn, J.

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NeuroscienzeNumero 196

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