माइक्रोबबल एजेंटों के साथ केंद्रित अल्ट्रासाउंड रक्त मस्तिष्क बाधा को फोकल और क्षणिक रूप से खोल सकता है। इस तकनीक का उपयोग रक्त मस्तिष्क बाधा में एजेंटों की एक विस्तृत श्रृंखला देने के लिए किया गया है। यह लेख एमआरआई मार्गदर्शन के साथ या बिना कृंतक मस्तिष्क को स्थानीयकृत वितरण के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल प्रदान करता है।
स्टीरियोटैक्सिक सर्जरी कृंतक मस्तिष्क को स्थानीयकृत दवा और जीन वितरण के लिए सोने का मानक है। इस तकनीक में एक लक्ष्य मस्तिष्क क्षेत्र के लिए सटीक स्थानीयकरण और लक्ष्य दुष्प्रभावों को कम करने सहित प्रणालीगत वितरण पर कई फायदे हैं। हालांकि, स्टीरियोटैक्सिक सर्जरी अत्यधिक आक्रामक है जो इसकी ट्रांसलेशनल प्रभावकारिता को सीमित करती है, लंबे समय तक वसूली के समय की आवश्यकता होती है, और कई मस्तिष्क क्षेत्रों को लक्षित करते समय चुनौतियां प्रदान करती है। मिलीमीटर आकार के क्षेत्रों में रक्त मस्तिष्क बाधा (बीबीबी) को क्षणिक रूप से खोलने के लिए माइक्रोबबल्स परिसंचारी के साथ संयोजन में केंद्रित अल्ट्रासाउंड (FUS) का उपयोग किया जा सकता है। यह व्यवस्थित रूप से वितरित एजेंटों के इंट्राक्रैनियल स्थानीयकरण की अनुमति देता है जो सामान्य रूप से बीबीबी को पार नहीं कर सकते हैं। यह तकनीक स्टीरियोटैक्सिक सर्जरी के लिए एक गैर-विहीन विकल्प प्रदान करती है। हालांकि, आज तक इस तकनीक को उपकरणों और मानकीकृत तरीकों तक सीमित पहुंच के कारण तंत्रिका विज्ञान प्रयोगशालाओं में व्यापक रूप से अपनाया जाना है। इस प्रोटोकॉल का समग्र लक्ष्य FUS BBB खोलने (BBBO) के लिए एक बेंचटॉप दृष्टिकोण प्रदान करना है जो सस्ती और प्रजनन योग्य है और इसलिए किसी भी प्रयोगशाला द्वारा आसानी से अपनाया जा सकता है।
बुनियादी तंत्रिका विज्ञान में कई खोजों के बावजूद, न्यूरोडेवलपमेंटल और न्यूरोडीजेनेरेटिव विकारों के लिए उभरते उपचारों की संख्या अपेक्षाकृत सीमित1,2बनी हुई है। न्यूरोलॉजिकल विकारों में शामिल जीन, अणुओं और सेलुलर सर्किटरी की गहरी समझ ने वर्तमान तकनीकों के साथ मनुष्यों में आशाजनक उपचार का सुझाव दिया है3। प्रभावी उपचार अक्सर मस्तिष्क पेनेट्रेबल और साइट-विशिष्ट4, 5,6,7,8होने की आवश्यकता से सीमित होते हैं। हालांकि, विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों (उदाहरण के लिए, इंजेक्शन या कैनुला के माध्यम से वितरण) के लिए स्थानीयकृत दवा वितरण के मौजूदा तरीके आक्रामक हैं और खोपड़ी9में एक खोलने की आवश्यकता होती है। इस सर्जरी की आक्रामकता मानव मस्तिष्क में स्थानीयकृत वितरण के नियमित उपयोग को रोकती है। इसके अतिरिक्त, ऊतक क्षति और परिणामस्वरूप भड़काऊ प्रतिक्रियाएं बुनियादी और प्रीक्लिनिकल अध्ययनों के लिए सर्वव्यापी हैं जो इंट्रासैरेब्रल इंजेक्शन10पर भरोसा करते हैं। रक्त मस्तिष्क बाधा (बीबीबी) में एजेंटों को गैर-आवास देने और उन्हें विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों में लक्षित करने की क्षमता न्यूरोलॉजिकल विकारों के उपचार पर जबरदस्त प्रभाव डाल सकती है, जबकि साथ ही प्रीक्लिनिकल अनुसंधान के लिए एक शक्तिशाली जांच उपकरण प्रदान करती है।
कम से कम ऊतक क्षति के साथ बीबीबी में लक्षित परिवहन की एक विधि ट्रांसक्रैनियल फोकस्ड अल्ट्रासाउंड (फ्यूएस) है, जिसमें माइक्रोबबल्स के साथमिलकर बीबीबी 11 ,12,13,15,15,16को फोकल और क्षणिक रूप से खोलें। FUS BBB खोलने न्यूरोडीजेनेरेटिव विकारों के उपचार के लिए हाल ही में ध्यान प्राप्त किया है, न्यूरोट्रोफिक कारक 17 , 18 ,19, जीन चिकित्सा 20 ,21, 22,एंटीबॉडी 23,न्यूरोट्रांसमीटर24और नैनोकणों25,26 ,28,29जैसे मस्तिष्क क्षेत्रों को लक्षित करनेकेलिए चिकित्सीय क्षेत्रों को स्थानीयकृत करके स्ट्रोक और ग्लियोमा । अनुप्रयोगों की अपनी विस्तृत श्रृंखला और इसकी गैर-वृद्धि प्रकृति30,31के साथ, फ्यूज बीबीबी उद्घाटन नियमित स्टीरियोटैक्सिक इंट्राक्रैनियल इंजेक्शन का एक आदर्श विकल्प है। इसके अलावा, मनुष्यों में इसके वर्तमान उपयोग के कारण30,32,इस तकनीक का उपयोग करके प्रीक्लिनिकल जांच को अत्यधिक ट्रांसलेशनल माना जा सकता है। हालांकि, FUS BBB खोलने अभी तक पहुंच की कमी के कारण बुनियादी विज्ञान और पूर्व नैदानिक अनुसंधान में एक व्यापक रूप से स्थापित तकनीक हो गया है । इसलिए, हम इस तकनीक की स्थापना में रुचि रखने वाली प्रयोगशालाओं के लिए एक प्रारंभिक बिंदु के रूप में FUS BBB खोलने के लिए एक बेंचटॉप दृष्टिकोण के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल प्रदान करते हैं।
ये अध्ययन या तो एक उच्च शक्ति वाली हवा समर्थित FUS विशिष्ट अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर या कम शक्ति विमंदित केंद्रित अल्ट्रासोनिक विसर्जन ट्रांसड्यूसर के साथ आयोजित किए गए थे। ट्रांसड्यूसर को प्रतिक्रियाशील भार और एक मानक बेंचटॉप फ़ंक्शन जनरेटर के लिए डिज़ाइन किए गए आरएफ पावर एम्पलीफायर द्वारा संचालित किया गया था। इन मदों के लिए विवरण सामग्री की तालिकामें पाया जा सकता है ।
यहां हमने वैकल्पिक दृष्टिकोणों के साथ माइक्रोबबल असिस्टेड FUS BBB खोलने के लिए एक बेंचटॉप दृष्टिकोण का वर्णन किया, जिसमें एमआरआई मार्गदर्शन के साथ और बिना इंट्राक्रैनियल लक्ष्यीकरण के लिए दो अलग-अलग ट्र…
The authors have nothing to disclose.
इस शोध को एनएसएफ ईपीएसकोआर रिसर्च इंफ्रास्ट्रक्चर ग्रांट द्वारा क्लेमसन विश्वविद्यालय (1632881) को समर्थन दिया गया था। इसके अलावा, इस शोध को सिविटन इंटरनेशनल रिसर्च सेंटर, बर्मिंघम, अल द्वारा भाग में समर्थित किया गया था। लेखकों ने बर्मिंघम स्मॉल एनिमल इमेजिंग शेयर्ड फैसिलिटी ग्रांट [NIH P30 CA013148] में अलबामा विश्वविद्यालय की सेवाओं और सुविधाओं के उपयोग को कृतज्ञता से स्वीकार किया। लेखक राजीव चोपड़ा को उनके समर्थन और मार्गदर्शन के लिए स्वीकार करते हैं ।
Bubble shaker | Lantheus Medical Imaging | VMIX | VIALMIX, actiation device used to activate Definity microbubbles |
Catheter plug/ Injection cap | SAI infusion technologies | Part Number: IC | Catheter plug/ Injection cap |
Evans blue dye | Sigma | E2129-10G | Evans blue dye |
Function generator | Tektronix | AFG3022B | Dual channel, 250MS/s, 25MHz |
FUS transducer, 1.1MHz | FUS Instruments | TX-110 | 1 MHz MRI-compatible spherically focused ultrasound transducer with a hydrophone |
Heating pad for Mice and Rats | Kent Scientific | PS-03 | Heating pad- PhysioSuite for Mice and Rats |
Infusion pump | KD Scientific | 780100 | KDS 100 Legacy Single Syringe Infusion Pump |
Kapton tape | Gizmo Dorks | https://www.amazon.com/dp/B01N1GGKRC/ ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_GbR7Db56HKD91 |
Gizmo Dorks Kapton Tape (Polyimide) for 3D Printers and Printing, 8 x 8 inches, 10 Sheets per Pack |
Low power immersion transducer, 1MHz | Olympus | V303-SU | Immersion Transducer, 1 MHz, 0.50 in. Element Diameter, Standard Case Style, Straight UHF Connector, F=0.80IN PTF |
Magnet sets | WINOMO | https://www.amazon.com/dp/B01DJZQJBG/ ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_JYQ7DbM32E5QC |
WINOMO 15mm Sew In Magnetic Bag Clasps for Sewing Scrapbooking – 10 Sets |
RF amplifier | E&I | A075 | 75W |
Tail vein catheter | BD | 382512/ Fisher Item: NC1228513 | 24g BD Insyte Autoguard shielded IV catheters (non-winged) |
Ultrasound contrast microbubbles | Lantheus Medical Imaging | DE4, DE16 | DEFINITY (Perflutren Lipid Microsphere) |
Ultrasound gel | Aquasonic | https://www.amazon.com/dp/B07FPQDM4F/ ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_D6Q7Db3J9QP7P |
Ultrasound Gel Aquasonic 100 Transmission 1 Liter Squeeze Bottle |
Winged infusion sets, 22ga. | Fisher Healthcare | 22-258087 | Terumo Surflo Winged Infusion Sets |
motor controller software | N/A | N/A | custom software written in LabView for controlling the Velmex motor controller |
runtime environment for the motor controller software | National Instruments | LabView runtime engine version 2017 or better | https://www.ni.com/en-us/support/downloads/software-products/download.labview.html |
3 axis Linear stage actuator (XYZ positioner) | Velmex | ||
bolts | Velmex | MB-1 | BiSlide Bolt 1/4-20×3/4" Socket cap screw (10 pack), Qty:3 |
motor controller | Velmex | VXM-3 | Control,3 axis programmable stepping motor control, Qty:1 |
mounting cleats | Velmex | MC-2 | Cleat, 2 hole BiSlide, Qty:6 |
mounting cleats | Velmex | MC-2 | Cleat, 2 hole BiSlide, Qty:2 |
usb to serial converter | Velmex | VXM-USB-RS232 | USB to RS232 Serial Communication Cable 10ft, Qty:1 |
x-axis linear stage | Velmex | MN10-0100-M02-21 | BiSlide, travel=10 inch, 2 mm/rev, limits, NEMA 23, Qty:1 |
x-axis stepper motor | Velmex | PK266-03A-P1 | Vexta Type 23T2, Single Shaft Stepper Motor, Qty:1 |
y-axis linear stage | Velmex | MN10-0100-M02-21 | BiSlide, travel=10 inch, 2 mm/rev, limits, NEMA 23, Qty:1 |
y-axis stepper motor | Velmex | PK266-03A-P1 | Vexta Type 23T2, Single Shaft Stepper Motor, Qty:1 |
z-axis damper | Velmex | D6CL-6.3F | D6CL Damper for Type 23 Double Shaft Stepper Motor, Qty:1 |
z-axis linear stage | Velmex | MN10-0100-M02-21 | BiSlide, travel=10 inch, 2 mm/rev, limits, NEMA 23, Qty:1 |
z-axis stepper motor | Velmex | PK266-03B-P2 | Vexta Type 23T2, Double Shaft Stepper Motor, Qty:1 |
3D printable files | |||
Immersion transducer mount and pointer | https://www.tinkercad.com/things/cRgTthGXSRq | ||
Stereotaxic frame | https://www.tinkercad.com/things/ilynoQcdqlH | ||
Stereotaxic frame holder | https://www.tinkercad.com/things/aZNgqhBOHAX | ||
9.4T small bore animal MRI | Bruker | Bruker BioSpec 94/20 | ParaVision version 5.1 |
AAV9-hsyn-GFP | Addgene | ||
Cream hair remover | Church & Dwight | Nair cream | |
gadobutrol MRI contrast agent | Bayer | Gadavist (Gadobutrol, 1mM/mL) | |
Stereotactic frame | Stoelting | #51500 | not MRI compatible |
turnkey FUS delivery device | FUS Instruments | RK-300 | ready to use MRI compatible FUS for rodents |