Tomografia fotoacustica, ecografica e angiografica integrata (PAUSAT) per l'imaging non invasivo dell'intero cervello dell'ictus ischemico

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

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.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
20 GA catheter	BD Insyte Autoguard Winged	381534	For mouse intubation
2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride	Sigma	T8877	Necessary for TTC-staining brain for validation
532nm Laser	Quantel	Q-smart 850	Laser used to pump the OPO for PAT
Automatic Ventilator Rovent Jr.	Kent Scientific	RV-JR	To keep mice under anesthesia during surgical procedure
Black braided silk 4-0 USP	Surgical Specialties	SP116	Used for sutures on the neck for pMCAO surgery
Bupivacaine	Hospira	0409-1159-18	Used prior to closing wounds during surgical procedure
C57BL/6 Mice	Jackson Lab	#000664	Mice used for studying ischemic stroke (2-6 month old male/female)
Clear suture	Ethicon	8606	Used for closing wound (PT stroke and pMCAO). A clear suture won't interfere with PAT
Cold Light LED	Schott	KL 1600	Needed to create PT stroke
Disposable Razor Blade	Accutec Blades	74-0002	For sectioning mouse brain
Electric drill	JSDA	JD-700	Used to expose MCA during pMCAO procedure
Electrocauterization tool	Wet-Field	Wet-Field Bipolar-RG	Stops blood flow after drilling during pMCAO procedure
Hair removal gel	Veet	8282651	Used to remove hair from mouse prior to imaging
High Temperature Cautery Loop Tip	BOVIE Medical Corporation	REF AA03	Used to avoid bleeding when separating the temporal muscle from the skull
IR Detector Card	Thorlabs	VRC5	Used to ensure light path is aligned
Laser Power Meter	Ophir	StarBright, P/N 7Z01580	Can be used to calibrate the laser energy prior to imaging
Laser Speckle Imaging System	RWD Life Science Co.	RFLSI-III	Can be used to validate stroke surgery success
Lubricant Eye Ointment	Soothe	AB31336	Can be used to avoid drying of the eyes
Manually adjustable stage	Thorlabs	L490	Used with custom ramp for multiple focal depth AA imaging
Modified Vega Imaging System	Perkin Elmer	LLA00061	System containing both B-mode/AA and PAT transducers
Optical Parametric Oscillator	Quantel	versaScan-L532	Allows for tuning of excitation wavelength in a large range
Programmable Ultrasound System	Verasonics	Vantage 256	Used for PAT part of system
Rose Bengal	Sigma	330000	Necessary to induce PT stroke
Suture	LOOK	SP116	Used for permanent ligation of CCA
Temperature Contoller	Physitemp	TCAT-2	Used to maintain stable body temperature of mice during procedures
VesselVue Microbubbles	Perkin Elmer	P-4007001	Used for acoustic angiography (2.43 × 10^9 microbubbles/mL)