Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Burada, sıçanlarda beyin mikrovaskülatürünü görüntülemek için 12.5 μm uzamsal çözünürlüğe ulaşan ultrason lokalizasyon mikroskobu (ULM) için bir protokol açıklıyoruz. Kan akış yönünün ve hızının ayrıntılı olarak görselleştirilmesini sağlayarak serebral dolaşım ve vasküler bozukluklarla ilgili çalışmaları ilerletmek için güçlü bir araç sunar.
Serebral mikrovaskülatür, beyin fonksiyonlarını sürdürmek için gerekli olan karmaşık bir damar ağı oluşturur. İnme, Alzheimer hastalığı, gliomlar ve vasküler demans gibi hastalıklar mikrovasküler sistemi derinden bozabilir. Ne yazık ki, mevcut tıbbi görüntüleme yöntemleri bu ölçekte yalnızca dolaylı gözlemler sunmaktadır. Optik mikroskopiden ilham alan ultrason lokalizasyon mikroskobu (ULM), penetrasyon derinliği ve uzamsal çözünürlük arasındaki klasik dengenin üstesinden gelir. Enjekte edilen mikro kabarcıkları (MB'ler) alt dalga boyu hassasiyetiyle lokalize ederek ve izleyerek, mikrometre ölçeğinde vasküler ve hız haritaları oluşturulabilir. Burada, ticari bir ultrason platformu kullanarak sıçanlarda in vivo olarak beyin mikrovaskülatürünün süper çözünürlüklü görüntülenmesi için sağlam bir protokol sunuyoruz. Bu yöntem, mikrovasküler mimariyi yeniden yapılandırarak ve kan akış yönü ve hızı hakkında ayrıntılı bilgi sağlayarak 12,5 μm uzamsal çözünürlüğe ulaşır ve serebral mikrosirkülasyon anlayışımızı büyük ölçüde geliştirir. Protokol, nörovasküler hastalıkların erken teşhisi ve tedavisi için güçlü bir araç sunan sıçan hastalığı modellerine genişletilebilir.
Kılcal damarlar, arteriyoller ve venüllerden oluşan serebral mikrovaskülatür, besin dağıtımını, oksijen değişimini ve atıkların uzaklaştırılmasını kolaylaştırarak beyin fonksiyonunu sürdürmek için gereklidir 1,2. Bu ağdaki bozulmalar, inme3, Alzheimer hastalığı4, gliomlar5 ve vasküler demans6 gibi nörolojik bozukluklarda rol oynar ve beyin fizyolojisinde bozulmalara yol açar. Mikrovasküler değişiklikler sıklıkla klinik semptomların başlamasından önce gelir ve bu da onları tanı ve tedavi müdahaleleri için kritik bir hedef haline getirir 7,8. Hem yapısal hem de fonksiyonel düzeyde vasküler değişikliklerin kapsamlı bir şekilde anlaşılması, araştırma ve tedavi stratejilerini ilerletmenin anahtarıdır.
Bununla birlikte, serebral mikrovasküler sistemin görüntülenmesi, beynin küçük boyutu ve kısmen derin konumu nedeniyle özellikle zordur. Manyetik rezonans görüntüleme (MRG)9 ve bilgisayarlı tomografi (BT)10 gibi geleneksel görüntüleme yöntemleri, büyük ölçekli vasküler değişiklikleri yakalamak için yeterli olsa da, küçük damarları görselleştirmek için çok kaba olan bir uzamsal çözünürlük (~100 μm) sunar. İki foton mikroskobu11 gibi optik yöntemler, tek tek kılcal damarları görüntülemek için mükemmel uzamsal çözünürlük (1 μm'ye kadar) sağlar, ancak sınırlı görüş alanı ve penetrasyon derinliği (1 mm'den az) tarafından engellenir ve derin beyin bölgelerini görüntüleme yeteneklerini kısıtlar. Ultrason tabanlı bir teknik olan Doppler12, gerçek zamanlı kan akışı değerlendirmesi sunarken, mikrovasküler detay için yetersiz olan 50-200 μm'lik bir çözünürlükle sınırlı kalır. Genel olarak, şu anda tek bir yöntem, serebral mikrovasküler görüntüleme için gerekli olan yüksek uzamsal çözünürlük ve yeterli beyin penetrasyonu ikili gereksinimini karşılamamaktadır.
Optik mikroskopi 13,14'ten ilham alan ultrasonik lokalizasyon mikroskobu (ULM), tek tek enjekte edilen mikro kabarcıkların (MB'ler) yerini belirleyerek ve dalga boyu altı çözünürlük15 ile yer değiştirmelerini izleyerek ince yapıların mikron ölçeğinde görselleştirilmesine olanak tanır. Ultrason görüntülemede penetrasyon ve çözünürlük arasındaki klasik uzlaşmayı atlar16. Bu çalışma, ULM'yi canlı bir sıçan modelinde uygulamak ve böylece ticari olarak temin edilebilen ultrason platformu aracılığıyla beyin mikrovaskülatürünün süper çözünürlüklü görüntülemesini sağlamak için sağlam bir protokolü detaylandırmaktadır. Protokol sadece mikrovasküler yapının kapsamlı bir rekonstrüksiyonunu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda konvansiyonel görüntüleme teknikleri ile mümkün olmayan kan akımının yönü ve hızı hakkında da detaylı bilgi sağlar. Protokol normal sıçanlarda doğrulanmış olmasına rağmen, sıçan hastalığı modellerine genişletilebilir ve farklı patolojik durumlarda özelleştirilmiş çalışmalar için olanaklar sunar.
Bu çalışmada yapılan tüm hayvan deneyleri Fudan Üniversitesi Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır (Onay No: 2022JS-004). Protokol, hayvanlara insancıl muamele edilmesini sağlamak için Fudan Üniversitesi'nin hayvan bakımı yönergelerini sıkı bir şekilde takip eder. Deneye başlamadan önce, sıçanlara çevresel iklimlendirme için 1 haftalık bir süre tanınmalı ve bu süre zarfında yeterli yem ve su sağlanmalıdır. Fotoperiyot, normal fizyolojik durumların korunmasını sağlamak için biyolojik ritimlerine uygun olarak dikkatlice düzenlenir. Deneyin sonunda, ötenazi aşırı dozda inhale izofluran kullanılarak gerçekleştirilir.
NOT: Deney düzeneği Şekil 1A-H'de gösterilmiştir.
1. ULM görüntüleme için hayvan hazırlığı
2. Veri toplamadan önce kurulum
3. Veri toplama (Zamanlama ~ 20 dk)
NOT: Verasonics (ultrason sistemi), Vantage sistemi ile kullanım için orijinal MATLAB komut dosyalarını sağlar ve değiştirilmemiştir.
4. Veri işleme ve analizi (Zamanlama ~ 8 saat)
Şekil 1, sıçanlarda in vivo beyin mikrovasküler ULM görüntüleme için ayrıntılı kurulumu göstermektedir ve her bir eleman deneysel değişkenliği en aza indirmek ve güvenilir süper çözünürlüklü görüntüleme sonuçları için doğru veri toplamayı sağlamak için dikkatlice tasarlanmıştır.
Şekil 2A , Bregma noktasından -1 mm'de konumlandırılmış, 12 mm'ye yaklaş...
Bu protokol, in vivo sıçan beyin mikrovaskülatürünün süper çözünürlüklü görüntülemesini gerçekleştirmek için ULM'yi başarıyla kullandı. Diğer görüntüleme modaliteleriyle karşılaştırıldığında, ULM aynı anda hem uzamsal çözünürlüğü hem de penetrasyon derinliğini barındırır. Açıkta kalan sıçan beyni, kafatasından ziyade görüntülendi ve kemik varlığının neden olduğu zayıflama ve bozulmadan kaçınıldı. Merkezi frekansı 15.625 MHz...
Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.
Bu çalışma kısmen 2023YFC2410903 Hibesi kapsamında Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Hibe 12274092, 12034005), Şanghay Kaşif Programı (Hibe 21TS1400200), Şanghay Uluslararası Bilim ve Teknoloji İşbirliği Programı (Hibe 24490710400) ve Fudan Üniversitesi Bilim için Yapay Zeka Vakfı (Grant FudanX24AI016) tarafından desteklenmiştir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Alcohol | DICHANG | https://www.dehsm.com/goods-17187.html | 75% |
Beamforming program | Institute of Biomedical Engineering at the University of Montreal | Matlab Ultrasound Toolbox 3.4 version | |
Body temperature maintenance device | RWD Life Science Co., Ltd. | 69026 | |
Brain stereotaxic instrument | RWD Life Science Co., Ltd. | 71000-R | Adaptable to breathing mask |
Cranial Microinjection Surgical Instrument Kit | RWD Life Science Co., Ltd. | SP0005-R | |
Digital microscope | RWD Life Science Co., Ltd. | DOM-1001 | |
Drug delivery catheter | RWD Life Science Co., Ltd. | https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/administration/draw-blood | |
Erythromycin ointment | Renhe Pharma | H36020018 | 1% x 15 g |
Gas anesthesia machine | RWD Life Science Co., Ltd. | R500IE | Includes breathing mask |
Handheld electric clipper | GUAZHOUMU | MJD-DTJ02 | |
Handheld mini cranial drill | RWD Life Science Co., Ltd. | 78001 | |
Indwelling needle | Kindly EnterpriseDevelopment Group Co., LTD | Positive Pressure Model | 26 G |
Iodine solution | HYNAUT | https://www.hainuocn.com/index/detail/524.html | 4.5–5.5 g/L |
IQ demodulation program | Institute of Biomedical Engineering at the University of Montreal | Matlab Ultrasound Toolbox 3.4 version | |
Isoflurane | RWD Life Science Co., Ltd. | R510-22-10 | |
MATLAB software | MathWorks | Version R2021a | |
Microinjection pump | RWD Life Science Co., Ltd. | R462 | |
Sodium chloride injection | SHENG'AO animals pharmaceutical Co., Ltd. | 270071460 | 0.90% |
SonoVue | Bracco | https://www.bracco.com/en-se/product/sonovue | |
Spherical drill bit | RWD Life Science Co., Ltd. | HM1027/HM1010 | |
Supporting Positioning Software | RWD Life Science Co., Ltd. | V2.0.0.30400 | |
Syringe | Kindly EnterpriseDevelopment Group Co., Ltd. | RWLB | 1 mL |
Tracking program | Jean-Yves Tinevez | 2016 version | |
Ultrasound gel | Junkang Medical Equipment Co., Ltd. | Model DS-1 | |
Ultrasound probe | VERASONICS, INC. | L22-14vX LF | |
Verasonics Ultrasound System | VERASONICS, INC. | Vantage-256 | ultrasound platform |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır