Summary

MRI-geführten Störung der Blut-Hirn-Schranke mit Hilfe der transkraniellen fokussiertem Ultraschall in einem Rattenmodell

Published: March 13, 2012
doi:

Summary

Mikroblasen-vermittelte fokussiertem Ultraschall Störung der Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist eine vielversprechende Technik zur nicht-invasiven gezielten Verabreichung von Medikamenten im Gehirn<sup> 3.1</sup>. Dieses Protokoll beschreibt die experimentelle Verfahren für die MRI-geführten transkranielle BBB Störung in einem Rattenmodell.

Abstract

Fokussiertem Ultraschall (FUS) Störung der Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist ein zunehmend untersuchte Methode zur Umgehung des BBB 05.01. Die BBB ist ein wesentliches Hindernis für pharmazeutische Behandlungen von Erkrankungen des Gehirns, wie sie den Durchtritt von Molekülen aus dem Gefäßsystem begrenzt in das Gehirngewebe, um Moleküle weniger als etwa 500 Da in der Größe 6. FUS BBB induzierten Störungen (BBBD) ist eine vorübergehende, reversible 4 und hat einen Vorteil gegenüber chemischen Mitteln zu induzieren, indem sie stark lokalisierten BBBD. FUS induzierte BBBD stellt ein Mittel zur Untersuchung der Wirkungen einer Vielzahl von therapeutischen Mitteln auf das Gehirn, die sonst nicht lieferbar sein, um das Gewebe in einer ausreichenden Konzentration. Während eine Vielzahl von Ultraschall-Parameter bewährt haben zu stören die BBB 2,5,7, gibt es mehrere wichtige Schritte im experimentellen Verfahren zur erfolgreichen Störungen genaue Ausrichtung zu gewährleisten. Dieses Protokollol beschrieben, wie Sie zu erreichen unter MRT-FUS in einem Rattenmodell BBBD induziert wird, mit einem Schwerpunkt auf der kritischen Tier Vorbereitung und Mikroblasen-Handling-Schritte des Experiments.

Protocol

1. Ultraschall-und MRT-Setup Eine MRT-kompatiblen Drei-Achsen-fokussiertem Ultraschall-System wurde in dieser Studie verwendet (FUS Instruments, Inc., Toronto, Ontario, Kanada). Zwei verschiedene Ultraschallwandler wurden verwendet: ein In-House gebaut 551,5 kHz sphärisch fokussierter Wandler (Krümmungsradius = 60 mm, Außendurchmesser = 75 mm, Innendurchmesser = 20 mm) und ein 1,503 MHz, 8-Sektor-Array mit integrierter PZT Hydrophon (Imasonic Inc., Voray-sur-L'Orgnon, Frankreich) als ei…

Discussion

Vorbereitung der Tiere und Mikrobläschen sind die kritischsten Aspekte dieses Verfahrens. Das Haar auf dem Kopf des Tieres muss vollständig entfernt werden, um zu vermeiden Dämpfung des Ultraschalls. Die BBB unter Isofluran Anästhetikum kann unterbrochen werden, jedoch wird es schwierig, konsistente Öffnung zu erreichen.

Die Mikrobläschen immer sollte auch mit Sorgfalt und kleinen Spurweite gehandhabt werden, so großen Durchmesser Nadeln verwendet bei der Aufstellung, um zu vermeiden,…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren bedanken sich bei Shawna Rideout-Gros und Alexandra Garces für ihre Hilfe bei der Pflege der Tiere zu danken, und Wu Ping für ihre technische Unterstützung. Unterstützung für diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health unter dem Förderkennzeichen nicht zur Verfügung gestellt. EB003268, Kanada und die Forschung Stühle Programm.

Materials

Name of the reagent Company Catalogue number
Small Animal Focused Ultrasound System FUS Instruments, Inc. RK-100
Definity Lantheus Medical Imaging  
Omniscan GE Healthcare  

References

  1. Kinoshita, M., McDannold, N., Jolesz, F. A., Hynynen, K. Noninvasive localized delivery of Herceptin to the mouse brain by MRI-guided focused ultrasound-induced blood-brain barrier disruption. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 11719-11723 (2006).
  2. Jordão, J. F., Ayala-Grosso, C. A., Markham, K., Huang, Y., Chopra, R., McLaurin, J., Hynynen, K., Aubert, I. Antibodies targeted to the brain with image-guided focused ultrasound reduces amyloid-beta plaque load in the TgCRND8 mouse model of Alzheimer's disease. PLoS One. 5 (5), e10549-e10549 (2010).
  3. Liu, H. -. L., Hua, M. -. Y., Chen, P. -. Y., Chu, P. -. C., Pan, C. -. H., Yang, H. -. W., Huang, C. -. Y., Wang, J. -. J., Yen, T. -. C., Wei, K. -. C. Blood-brain barrier disruption with focused ultrasound enhances delivery of chemotherapeutic drugs for glioblastoma treatment. Radiology. 255, 415-425 (2010).
  4. Hynynen, K., McDannold, N., Vykhodtseva, N., Jolesz, F. A. Noninvasive MR imaging-guided focal opening of the blood-brain barrier in rabbits. Radiology. 220, 640-646 (2001).
  5. Choi, J. J., Wang, S., Tung, Y. -. S., Morrison, B., Konofagou, E. E. Molecules of various pharmacologically-relevant sizes can cross the ultrasound-induced blood-brain barrier opening in vivo. Ultrasound Med. Biol. 36, 58-67 (2010).
  6. Pardridge, W. M. The blood-brain barrier: bottleneck in brain drug development. NeuroRx. 2, 3-14 (2005).
  7. Bing, K. F., Howles, G. P., Qi, Y., Palmeri, M. L., Nightingale, K. R. Blood-brain barrier (BBB) disruption using a diagnostic ultrasound scanner and Definity in mice. Ultrasound Med. Biol. 35, 1298-1308 (2009).
  8. O’Reilly, M. A., Hynynen, K. A PVDF receiver for ultrasound monitoring of transcranial focused ultrasound therapy. IEEE Trans. Biomed. Eng. 57, 2286-2294 (2010).
  9. Chopra, R., Curiel, L., Staruch, R., Morrison, L., Hynynen, K. An MRI-compatible system for focused ultrasound experiments in small animal models. Med. Phys. 36, 1867-1874 (2009).
  10. McDannold, N., Zhang, Y., Vykhodtseva, N. Blood-Brain Barrier Disruption and Vascular Damage Induced by Ultrasound Bursts Combined with Microbubbles can be Influenced by Choice of Anesthesia Protocol. Ultrasound Med. Biol. , (2011).
  11. McDannold, N., Vykhodtseva, N., Hynynen, K. Targeted disruption of the blood-brain barrier with focused ultrasound: association with cavitation activity. Phys. Med. Biol. 51, 793-807 (2006).
  12. Yang, F. -. Y., Liu, S. -. H., Ho, F. -. M., Chang, C. -. H. Effect of ultrasound contrast agent dose on the duration of focused-ultrasound-induced blood-brain barrier disruption. J. Acoust. Soc. Am. 126, 3344-3349 (2009).
  13. McDannold, N., Vykhodtseva, N., Hynynen, K. Blood-brain barrier disruption induced by focused ultrasound and circulating preformed microbubbles appears to be characterized by the mechanical index. Ultrasound Med. Biol. 34, 834-840 (2008).
  14. Neppiras, E. A. Acoustic Cavitation. Physics Reports (Review Section of Physics Letters). 61, 159-251 (1980).
  15. O'Reilly, M. A., Huang, Y., Hynynen, K. The impact of standing wave effects on transcranial focused ultrasound disruption of the blood-brain barrier in a rat model. Phys. Med. Biol. 55, 5251-5267 (2010).
check_url/fr/3555?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
O’Reilly, M. A., Waspe, A. C., Chopra, R., Hynynen, K. MRI-guided Disruption of the Blood-brain Barrier using Transcranial Focused Ultrasound in a Rat Model. J. Vis. Exp. (61), e3555, doi:10.3791/3555 (2012).

View Video