Fotoacústica, Ultrassonografia e Angiotomografia Integradas (PAUSAT) para Imagem Não Invasiva do Cérebro Inteiro do Acidente Vascular Cerebral Isquêmico

Summary

Este trabalho demonstra o uso de uma plataforma multimodal de imagem baseada em ultrassom para imagens não invasivas de acidente vascular cerebral isquêmico. Este sistema permite a quantificação da oxigenação sanguínea através de imagens fotoacústicas e a perfusão prejudicada no cérebro através da angiografia acústica.

Abstract

Apresentamos aqui um estudo experimental de AVC isquêmico usando nosso recém-desenvolvido sistema de imagem não invasivo que integra três tecnologias de imagem baseadas em acústica: fotoacústica, ultrassom e angiotomografia angiográfica (PAUSAT). A combinação dessas três modalidades ajuda a adquirir tomografia fotoacústica (TAP) multiespectral da oxigenação sanguínea cerebral, ultrassom de alta frequência do tecido cerebral e angiografia acústica da perfusão sanguínea cerebral. A plataforma de imagem multimodal permite o estudo das alterações de perfusão e oxigenação cerebral em todo o cérebro de camundongos após o AVC. Dois modelos de acidente vascular cerebral isquêmico comumente utilizados foram avaliados: o modelo de oclusão permanente da artéria cerebral média (pMCAO) e o modelo fototrombótico (TP). O PAUSAT foi usado para obter imagens dos mesmos cérebros de camundongos antes e depois de um AVC e analisar quantitativamente ambos os modelos de AVC. Esse sistema de imagem foi capaz de mostrar claramente as alterações vasculares cerebrais após o AVC isquêmico, incluindo redução significativa da perfusão sanguínea e da oxigenação na região do infarto do AVC (ipsilateral) em comparação com o tecido não lesado (contralateral). Os resultados foram confirmados por meio de imagens de contraste speckle a laser e pela coloração de cloreto de trifeniltetrazólio (TTC). Além disso, o volume de infarto sistólico em ambos os modelos de AVC foi medido e validado pela coloração TTC como a verdade fundamental. Através deste estudo, demonstramos que o PAUSAT pode ser uma ferramenta poderosa em estudos pré-clínicos não invasivos e longitudinais de acidente vascular cerebral isquêmico.

Introduction

O sangue transporta oxigênio (através da proteína da hemoglobina) e outros nutrientes importantes para os tecidos do nosso corpo. Quando o fluxo de sangue através dos tecidos é interrompido (isquemia), danos graves aos tecidos podem ocorrer, cujos efeitos mais imediatos são devidos à falta de oxigênio (hipóxia). O acidente vascular cerebral isquêmico é o resultado da interrupção do fluxo sanguíneo para uma determinada região do cérebro. O dano cerebral resultante de um acidente vascular cerebral isquêmico pode ocorrer em poucos minutos após o bloqueio do vaso e, muitas vezes, pode ter efeitos debilitantes e duradouros ^1,2

Protocol

Todos os procedimentos com animais foram aprovados pelo Comitê de Cuidados e Uso de Animais do Duke University Medical Center e foram conduzidos de acordo com a Política de Cuidados Humanizados e Uso de Animais de Laboratório do Serviço de Saúde Pública dos Estados Unidos. Camundongos C57BL/6J machos e fêmeas (ver Tabela de Materiais) foram usados para esses estudos. Um mínimo de três animais foram fotografados por grupo modelo de AVC. Consulte a Figura 2 para obter.......

Discussion

Existem alguns aspectos vitais desse método que, se feito incorretamente, pode levar a uma diminuição significativa da qualidade da imagem e da análise quantitativa. O resultado mais comum de erro do usuário em imagens PAUSAT é a falta de sinal ou a intensidade do sinal muito baixa, que podem ocorrer por uma variedade de razões. Um desses motivos é um problema com o acoplamento acústico. Grandes bolhas de ar na água ao redor da cabeça do mouse durante a imagem muitas vezes podem bloquear o ultrassom de viajar .......

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)