Name: a benchtop approach to the location specific blood brain barrier opening using focused ultrasound in a rat model
Uploaded: 2020-06-13T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Benchtop Approach to the Location Specific Blood Brain Barrier Opening using Focused Ultrasound in a Rat Model at JoVE.com

وقد تم دعم هذا البحث جزئيا من قبل منحة البنية التحتية للبحوث EPSCoR NSF لجامعة كليمسون (1632881). بالإضافة إلى ذلك، تم دعم هذا البحث جزئيًا من قبل مركز سيفيتان الدولي للأبحاث، برمنغهام، AL. الكتاب الاعتراف بامتنان استخدام الخدمات والمرافق من جامعة ألاباما في برمنغهام الصغيرة الحيوانات تصوير مرفق منحة المشتركة [المعاهد الوطنية للصحة P30 CA013148]. ويعترف أصحاب البلاغ راجيف شوبرا بدعمه وتوجيهه.

وقد تم إجراء جميع الإجراءات التجريبية وفقا للمبادئ التوجيهية للجنة رعاية الحيوان المؤسسية واستخدامها (IACUC) التابعة لجامعة الدول الأمريكية.
1. التركيز على الموجات فوق الصوتية معدات القيادة الإعداد
<ol><li>استخدام 50 أوم كابلات BNC محوري لتوصيل (1) مدخلات محول الموجات فوق الصوتية ?...

هنا وصفنا نهج benchtop لmicrobubble ساعد FUS BBB فتح مع نهج بديلة بما في ذلك، اثنين من محولات مختلفة وأساليب لاستهداف داخل الجمجمة مع وبدون التوجيه التصوير بالرنين المغناطيسي. حاليا، من أجل إنشاء التصوير بالرنين المغناطيسي الموجهة FUS BBB فتح في المختبر، وهناك خيار لشراء ممتازة جاهزة للاستخدام الأجهزة ?...

على الرغم من الاكتشافات العديدة في علم الأعصاب الأساسية، فإن عدد العلاجات الناشئة لاضطرابات النمو العصبي والاعصاب لا تزال محدودة نسبيا1،2. وقد اقترح فهم أعمق للجينات والجزيئات والدوائر الخلوية المشاركة في الاضطرابات العصبية العلاجات الواعدة التي لا يمكن إدراكها في البشر مع التقنيات الحالية3. غالباً ما تكون محدودة العلاجات الفعالة من قبل الحاجة إلى أن تكون penetrable الدماغ وموقع محدد4,5,6,7,8. ومع ذلك، فإن الطرق الحالية لتوصيل المخدرات المحلية إلى مناطق معينة من الدماغ (على سبيل المثال، الولادة عن طريق الحقن أو القنية) هي طرق غازية وتتطلب فتحًا في الجمجمة9. يمنع غزو هذه الجراحة الاستخدام الروتيني للتسليم الموضعي في الدماغ البشري. بالإضافة إلى ذلك ، تلف الأنسجة والاستجابات الالتهابية الناتجة هي الخلطات في كل مكان للدراسات الأساسية وما قبل الإكلينيكية التي تعتمد على الحقن داخل الدماغ10. القدرة على تسليم وكلاء nonininsiveively عبر حاجز الدم في الدماغ (BBB) واستهدافهم إلى مناطق محددة في الدماغ يمكن أن يكون لها تأثير هائل على علاجات الاضطرابات العصبية، في حين توفير في الوقت نفسه أداة تحقيق قوية للبحوث قبل الإكلينيكية.
طريقة واحدة من وسائل النقل المستهدفة عبر BBB مع الحد الأدنى من الضرر الأنسجة هو الموجات فوق الصوتية التركيز transcranial (فوس) جنبا إلى جنب مع microbubbles لفتح محوري وعابر BBB11،12،13،14،15،16. وقد اكتسب فتح FUS BBB الاهتمام الأخير لعلاج الاضطرابات العصبية ، السكتة الدماغية و الدبقية عن طريق توطين العلاجات لاستهداف مناطق الدماغ مثل العوامل العصبية17,18,19, العلاجات الجينية20,21,22, الأجسام المضادة23, الناقلات العصبية24, و الجسيمات النانوية25,26,27,28,29. مع مجموعة واسعة من التطبيقات وطبيعتها غير الباضعة30,31, فتح FUS BBB هو بديل مثالي للحقن التريو كسيائي داخل الجمجمة. وعلاوة على ذلك، نظرا لاستخدامها حاليا في البشر30،32، يمكن اعتبار التحقيقات قبل الظهر باستخدام هذه التقنية الترجمية للغاية. ومع ذلك ، FUS BBB فتح لم يتم بعد تقنية راسخة على نطاق واسع في العلوم الأساسية والبحوث قبل الكلينيكية بسبب عدم وجود إمكانية الوصول. لذلك، نحن نقدم بروتوكول مفصل لنهج benchtop لفتح FUS BBB كنقطة انطلاق للمختبرات المهتمة في تأسيس هذه التقنية.
وقد أجريت هذه الدراسات مع إما الهواء عالية الطاقة المدعومة FUS محول الموجات فوق الصوتية محددة أو انخفاض الطاقة تخمد ركزت محول الغمر بالموجات فوق الصوتية. وكانت محولات مدفوعة من قبل مكبر للصوت RF السلطة مصممة للأحمال التفاعلية ومولد وظيفة benchtop القياسية. يمكن العثور على تفاصيل هذه العناصر في جدول المواد.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1437px;" width="1437">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Bubble shaker</td>
			<td style="width:240px;">Lantheus Medical Imaging</td>
			<td style="width:197px;">VMIX</td>
			<td style="width:729px;">VIALMIX, actiation device used to activate Definity microbubbles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Catheter plug/ Injection cap</td>
			<td>SAI infusion technologies</td>
			<td>Part Number: IC</td>
			<td style="width:729px;">Catheter plug/ Injection cap</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Evans blue dye</td>
			<td style="width:240px;">Sigma</td>
			<td style="width:197px;">E2129-10G</td>
			<td style="width:729px;">Evans blue dye</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Function generator</td>
			<td style="width:240px;">Tektronix</td>
			<td style="width:197px;">AFG3022B</td>
			<td>Dual channel, 250MS/s, 25MHz</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">FUS transducer, 1.1MHz</td>
			<td style="width:240px;">FUS Instruments</td>
			<td>TX-110</td>
			<td>1 MHz MRI-compatible spherically focused ultrasound transducer with a hydrophone</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Heating pad for Mice and Rats</td>
			<td style="width:240px;">Kent Scientific</td>
			<td style="width:197px;">PS-03</td>
			<td>Heating pad- PhysioSuite for Mice and Rats</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Infusion pump</td>
			<td style="width:240px;">KD Scientific</td>
			<td style="width:197px;">780100</td>
			<td>KDS 100 Legacy Single Syringe Infusion Pump</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Kapton tape</td>
			<td style="width:240px;">Gizmo Dorks</td>
			<td>https://www.amazon.com/dp/B01N1GGKRC/ 
			ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_GbR7Db56HKD91</td>
			<td>Gizmo Dorks Kapton Tape (Polyimide) for 3D Printers and Printing, 8 x 8 inches, 10 Sheets per Pack</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Low power immersion transducer, 1MHz</td>
			<td style="width:240px;">Olympus</td>
			<td>V303-SU</td>
			<td>Immersion Transducer, 1 MHz, 0.50 in. Element Diameter, Standard Case Style, Straight UHF Connector, F=0.80IN PTF</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Magnet sets</td>
			<td style="width:240px;">WINOMO</td>
			<td>https://www.amazon.com/dp/B01DJZQJBG/ 
			ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_JYQ7DbM32E5QC</td>
			<td>WINOMO 15mm Sew In Magnetic Bag Clasps for Sewing Scrapbooking - 10 Sets</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">RF amplifier</td>
			<td style="width:240px;">E&#38;I</td>
			<td style="width:197px;">A075</td>
			<td>75W</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Tail vein catheter</td>
			<td style="width:240px;">BD</td>
			<td>382512/ Fisher Item: NC1228513</td>
			<td>24g BD Insyte Autoguard shielded IV catheters (non-winged)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Ultrasound contrast microbubbles</td>
			<td>Lantheus Medical Imaging</td>
			<td style="width:197px;">DE4, DE16</td>
			<td>DEFINITY (Perflutren Lipid Microsphere)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Ultrasound gel</td>
			<td style="width:240px;">Aquasonic</td>
			<td>https://www.amazon.com/dp/B07FPQDM4F/ 
			ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_D6Q7Db3J9QP7P</td>
			<td>Ultrasound Gel Aquasonic 100 Transmission 1 Liter Squeeze Bottle</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Winged infusion sets, 22ga.</td>
			<td style="width:240px;">Fisher Healthcare</td>
			<td>22-258087</td>
			<td>Terumo Surflo Winged Infusion Sets</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">motor controller software</td>
			<td style="width:240px;">N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td style="width:729px;">custom software written in LabView for controlling the Velmex motor controller</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">runtime environment for the motor controller software</td>
			<td style="width:240px;">National Instruments</td>
			<td>LabView runtime engine version 2017 or better</td>
			<td>https://www.ni.com/en-us/support/downloads/software-products/download.labview.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">3 axis Linear stage actuator (XYZ positioner)</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">bolts</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>MB-1</td>
			<td>BiSlide Bolt 1/4-20x3/4&#34; Socket cap screw (10 pack), Qty:3</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">motor controller</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>VXM-3</td>
			<td style="width:729px;">Control,3 axis programmable stepping motor control, Qty:1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">mounting cleats</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>MC-2</td>
			<td>Cleat, 2 hole BiSlide, Qty:6</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">mounting cleats</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>MC-2</td>
			<td style="width:729px;">Cleat, 2 hole BiSlide, Qty:2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">usb to serial converter</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>VXM-USB-RS232</td>
			<td style="width:729px;">USB to RS232 Serial Communication Cable 10ft, Qty:1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">x-axis linear stage</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>MN10-0100-M02-21</td>
			<td style="width:729px;">BiSlide, travel=10 inch, 2 mm/rev, limits, NEMA 23, Qty:1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">x-axis stepper motor</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>PK266-03A-P1</td>
			<td>Vexta Type 23T2, Single Shaft Stepper Motor, Qty:1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">y-axis linear stage</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>MN10-0100-M02-21</td>
			<td>BiSlide, travel=10 inch, 2 mm/rev, limits, NEMA 23, Qty:1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">y-axis stepper motor</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>PK266-03A-P1</td>
			<td style="width:729px;">Vexta Type 23T2, Single Shaft Stepper Motor, Qty:1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">z-axis damper</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>D6CL-6.3F</td>
			<td style="width:729px;">D6CL Damper for Type 23 Double Shaft Stepper Motor, Qty:1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">z-axis linear stage</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>MN10-0100-M02-21</td>
			<td style="width:729px;">BiSlide, travel=10 inch, 2 mm/rev, limits, NEMA 23, Qty:1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">z-axis stepper motor</td>
			<td style="width:240px;">Velmex</td>
			<td>PK266-03B-P2</td>
			<td style="width:729px;">Vexta Type 23T2, Double Shaft Stepper Motor, Qty:1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">3D printable files</td>
			<td style="width:240px;"></td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Immersion transducer mount and pointer</td>
			<td></td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td>https://www.tinkercad.com/things/cRgTthGXSRq</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Stereotaxic frame</td>
			<td></td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td>https://www.tinkercad.com/things/ilynoQcdqlH</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Stereotaxic frame holder</td>
			<td></td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td>https://www.tinkercad.com/things/aZNgqhBOHAX</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">9.4T small bore animal MRI</td>
			<td style="width:240px;">Bruker</td>
			<td style="width:197px;">Bruker BioSpec 94/20</td>
			<td>ParaVision version 5.1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">AAV9-hsyn-GFP</td>
			<td style="width:240px;">Addgene</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Cream hair remover</td>
			<td style="width:240px;">Church &#38; Dwight</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td>Nair cream</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">gadobutrol MRI contrast agent</td>
			<td style="width:240px;">Bayer</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td>Gadavist (Gadobutrol, 1mM/mL)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Stereotactic frame</td>
			<td style="width:240px;">Stoelting</td>
			<td style="width:197px;">#51500</td>
			<td>not MRI compatible</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">turnkey FUS delivery device</td>
			<td style="width:240px;">FUS Instruments</td>
			<td style="width:197px;">RK-300</td>
			<td style="width:729px;">ready to use MRI compatible FUS for rodents</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a benchtop approach to the location specific blood brain barrier opening using focused ultrasound in a rat model

جراحة تكسيف هو المعيار الذهبي للمخدرات المحلية وتسليم الجينات إلى الدماغ القوارض. هذه التقنية لديها العديد من المزايا على التسليم النظامي بما في ذلك التعريب الدقيق إلى منطقة الدماغ المستهدفة والحد من الآثار الجانبية الهدف. ومع ذلك، فإن جراحة تكسينية مجسمة هي شديدة التوغل مما يحد من فعاليتها الترجمية، وتتطلب أوقات تعافي طويلة، وتوفر تحديات عند استهداف مناطق متعددة في الدماغ. يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية المركزة (FUS) بالاقتران مع الزبقات الدقيقة المتداولة لفتح حاجز الدم في الدماغ (BBB) في مناطق بحجم ملليمتر. يسمح هذا التعريب داخل الجمجمة من العوامل التي يتم تسليمها بشكل نظامي التي لا يمكن عادة عبور BBB. توفر هذه التقنية بديلاً غير جراحي للجراحة اجسارية. ومع ذلك، حتى الآن، لم يتم اعتماد هذه التقنية على نطاق واسع في مختبرات علم الأعصاب بسبب محدودية الوصول إلى المعدات والطرق الموحدة. والهدف العام لهذا البروتوكول هو توفير نهج سطح المقعد لفتح FUS BBB (BBBO) بأسعار معقولة وقابلة للتكرار، وبالتالي يمكن اعتماده بسهولة من قبل أي مختبر.

هنا، ونحن نبرهن على أن التركيز على الموجات فوق الصوتية مع microbubbles يمكن أن تحفز فتح BBB المترجمة باستخدام المعلمات المحددة أعلاه مع كل من محول الغمر المنخفض الطاقة(الشكل 3)وFUS محول (الشكل 4). أولاً، في التجارب المبكرة، تم استهداف محول الغمر منخفض الطاقة إلى نصف ا...

Watch this Scientific Journal Video about A Benchtop Approach to the Location Specific Blood Brain Barrier Opening using Focused Ultrasound in a Rat Model at JoVE.com

A Benchtop Approach to the Location Specific Blood Brain Barrier Opening using Focused Ultrasound in a Rat Model

يمكن أن تركز الموجات فوق الصوتية مع وكلاء microbubble فتح حاجز الدم في الدماغ بشكل مركز وعابر. وقد استخدمت هذه التقنية لتقديم مجموعة واسعة من العوامل عبر حاجز الدم في الدماغ. توفر هذه المقالة بروتوكول مفصل للتسليم المترجمة إلى الدماغ القوارض مع أو بدون التوجيه التصوير بالرنين المغناطيسي.

نهج Benchtop لموقع محدد فتح حاجز الدم الدماغ باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة في نموذج الفئران

Stereotaxic surgery is the gold standard for localized drug and gene delivery to the rodent brain. This technique has many advantages over systemic ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

تصوير الأعصاب وظيفية عن طريق الموجات فوق الصوتية تعطيل حاجز الدم في الدماغ والتصوير بالرنين المغناطيسي المنغنيز معززة لل

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Stereotaxic Surgery for Excitotoxic Lesion of Specific Brain Areas in the Adult Rat

التجسيمي جراحة الآفات Excitotoxic من مناطق محددة في الدماغ في الجرذ الكبار

Many behavioral functions in mammals, including rodents and humans, are mediated principally by discrete brain regions. A common method for discerning the ...

An In Vivo Assessment of Blood-Brain Barrier Disruption in a Rat Model of Ischemic Stroke

An In Vivo Assessment of Blood-Brain Barrier Disruption in a Rat Model of Ischemic Stroke

تقييم في فيفو لتعطيل حاجز الدم في الدماغ في نموذج الفئران من السكتة الدماغية

Ischemic stroke leads to vasogenic cerebral edema and subsequent primary brain injury, which is mediated through destruction of the blood-brain barrier ...

An Alternative Approach to Study Primary Events in Neurodegeneration Using Ex Vivo Rat Brain Slices

An Alternative Approach to Study Primary Events in Neurodegeneration Using Ex Vivo Rat Brain Slices

وثمة نهج بديل لدراسة الأحداث الرئيسية في نيوروديجينيريشن باستخدام شرائح المخ الفئران السابقين فيفو

Despite&#160;numerous studies that attempt to develop reliable animal models&#160;which reflecting the primary processes underlying neurodegeneration, ...

A Human Blood-Brain Interface Model to Study Barrier Crossings by Pathogens or Medicines and Their Interactions with the Brain

نموذج واجهة دماغ دم البشري لدراسة نقاط عبور الحاجز بمسببات الأمراض أو الأدوية وتفاعلاتها مع الدماغ

The early screening of nervous system medicines on a pertinent and reliable in cellulo BBB model for their penetration and their interaction with the ...

A High-Throughput Image-Guided Stereotactic Neuronavigation and Focused Ultrasound System for Blood-Brain Barrier Opening in Rodents

A عالية الإنتاجية صورة موجهة الخلايا العصبية المجسمة ونظام الموجات فوق الصوتية مركزة لفتح حاجز الدم في الدماغ القوارض

The blood-brain barrier (BBB) has been a major hurdle for the treatment of various brain diseases. Endothelial cells, connected by tight junctions, form a ...

Measuring Post-Stroke Cerebral Edema, Infarct Zone and Blood-Brain Barrier Breakdown in a Single Set of Rodent Brain Samples

قياس الوذمة الدماغية بعد السكتة الدماغية، منطقة إنفاركت وانهيار حاجز الدم والدماغ في مجموعة واحدة من عينات الدماغ القوارض

One of the most common causes of morbidity and mortality worldwide is ischemic stroke. Historically, an animal model used to stimulate ischemic stroke ...

Focused Ultrasound Induced Blood-Brain Barrier Opening for Targeting Brain Structures and Evaluating Chemogenetic Neuromodulation

الموجات فوق الصوتية المركزة التي تحفز فتح الحاجز الدموي الدماغي لاستهداف هياكل الدماغ وتقييم التعديل العصبي الكيميائي الوراثي

Acoustically Targeted Chemogenetics (ATAC) allows for the noninvasive control of specific neural circuits. ATAC achieves such control through a ...

Delivery of Antibodies into the Brain Using Focused Scanning Ultrasound

توصيل الأجسام المضادة إلى الدماغ باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة

Only a small fraction of therapeutic antibodies targeting brain diseases are taken up by the brain. Focused ultrasound offers a possibility to increase ...

A Rat Model of EcoHIV Brain Infection

نموذج الفئران من عدوى الدماغ EcoHIV

It has been well studied that the EcoHIV infected mouse model is of significant utility in investigating HIV associated neurological complications. ...