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In This Article

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

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.......

Representative Results

Imagem da morfologia dos vasos sanguíneos no cérebro
O AA gera imagens da morfologia dos vasos sanguíneos excitando microbolhas no sistema circulatório em sua frequência de ressonância e recebendo a resposta super harmônica das microbolhas. Usando a rampa personalizada (Figura 2C) acoplada a um estágio ajustável manualmente, podemos obter imagens do cérebro de camundongos com o modo AA em duas profundidades focais diferentes. Quando regiões mais profundas são .......

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 .......

Acknowledgements

Os autores gostariam de agradecer à equipe de engenharia da SonoVol Inc. Este trabalho foi parcialmente patrocinado pelo American Heart Association Collaborative Sciences Award (18CSA34080277), para J. Yao e W. Yang; Os Institutos Nacionais de Saúde dos Estados Unidos (NIH) concedem R21EB027981, R21 EB027304, RF1 NS115581 (BRAIN Initiative), R01 NS111039, R01 EB028143; O prêmio CAREER da National Science Foundation (NSF) dos Estados Unidos 2144788; o Chan Zuckerberg Initiative Grant (2020-226178), a J. Yao; e concede R21NS127163 e R01NS099590 do NIH a W. Yang.

....

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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