Summary

Guiada por MRI rompimento da barreira hemato-encefálica utilizando Ultrassom Focalizado transcraniana em um modelo de rato

Published: March 13, 2012
doi:

Summary

Microbolhas mediada ruptura ultra-som focalizado da barreira sangue-cérebro (BBB) ​​é uma técnica promissora para não-invasivo de entrega de drogas alvo no cérebro<sup> 1-3</sup>. Este protocolo descreve o procedimento experimental para guiada por MRI perturbação BBB transcraniana num modelo de rato.

Abstract

Ultra-som concentrado ruptura (FUS) da barreira sangue-cérebro (BBB) ​​é uma técnica cada vez mais investigada para contornar a 1-5 BBB. O BBB é um obstáculo significativo para tratamentos farmacêuticas de distúrbios cerebrais em que limita a passagem de moléculas da vasculatura dentro do tecido cerebral a moléculas inferior a cerca de 500 Da em tamanho 6. FUS induzida perturbação BBB (BBBD) é temporária e reversível 4 e tem uma vantagem sobre química meio de induzir BBBD por ser altamente localizado. FUS induzida BBBD proporciona um meio para investigar os efeitos de uma ampla gama de agentes terapêuticos sobre o cérebro, o que não seria de outro modo ser fornecida ao tecido em concentração suficiente. Enquanto uma vasta gama de parâmetros de ultra-som têm sido bem sucedidos de perturbar o BBB 2,5,7, existem vários passos críticos no procedimento experimental para assegurar o rompimento de sucesso com a segmentação precisas. Este protocolocontornos ol como conseguir guiada por MRI FUS induzidas BBBD em um modelo de rato, com um foco na preparação animal crítica e etapas de manuseio de microbolhas do experimento.

Protocol

1. Ultra-sonografia e ressonância magnética de configuração Uma ressonância magnética compatível com três eixos do sistema de ultra-som foi utilizado neste estudo (FUS Instruments, Inc., Toronto, Ontario, Canadá). Dois transdutores de ultra-som foram utilizados diferentes: um in-house construído 551,5 kHz transdutor esfericamente focada (raio de curvatura = 60 mm, diâmetro externo = 75 mm, diâmetro interno = 20 mm), e uma MHz 1,503, matriz 8-sector com integrado PZT hidrofone (Imas…

Discussion

Preparação dos animais e microbolhas são os aspectos mais críticos deste procedimento. O cabelo na cabeça do animal deve ser completamente removido para evitar atenuante do feixe de ultra-som. O BBB pode ser interrompido sob isofluorano anestésico, no entanto, torna-se mais difícil de obter uma abertura consistente.

As microbolhas devem sempre ser manuseados com cuidado e uma bitola de pequeno, as agulhas de grande diâmetro deve ser usado quando a elaboração, a fim de evitar a queb…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores gostariam de agradecer Shawna Rideout-Gros e Garces Alexandra para a sua ajuda com o cuidado de animais, e Wu Ping para sua assistência técnica. O suporte para este trabalho foi fornecido pelo Instituto Nacional de Saúde sob concessão não. EB003268, eo Programa de Pesquisa do Canadá Presidentes.

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).

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