超音波血液脳関門の破壊とマンガン増強MRIを用いた脳機能イメージングの試み
Summary
技術が広くマイクロバブルと超音波を用いたマウスにおける血液脳関門を開くために記述されています。このテクニックを使用して、マンガンは、マウスの脳に投与することができる。マンガンは脱分極の神経細胞に蓄積するMRI造影剤であるため、このアプローチは、神経活動のイメージングを可能にします。
Abstract
マウスは、神経科学の遺伝的および分子基盤を研究するための支配的なモデルシステムであるが、マウスの脳機能イメージングの試みは、技術的に困難なままである。一つのアプローチは、活性化誘導マンガン増強MRI（AIM MRI）は、げっ歯類1-5の神経活動をマッピングするために首尾よく使用されています。 AIM MRIは、Mn 2 +カルシウムアナログを動作し、脱分極性ニューロン6,7に蓄積されます。のMn 2 + T 1組織のプロパティを短縮するため、高架神経活動の領域は、MRIで強化します。また、Mnは2 +活性化地域から徐々にクリアされますので、刺激はより実験的な柔軟性を可能にし、前の画像への磁石の外で実行することができます。しかし、のMn 2 +は容易に血液脳関門（BBB）を通過しないため、BBBを開く必要は、特にマウスでは、AIM MRIの使用を制限している。
BBBを開くための一つのツールは、ULTですrasound。潜在的に有害なのに超音波は、ガスを充填したマイクロバブル（すなわち、超音波造影剤）と組み合わせて投与される場合は、BBBの開口部に必要な音圧はかなり低くなっています。超音波とマイクロバブルのこの組み合わせは、確実に組織の損傷8-11を引き起こすことなく、BBBを開くために使用することができます。
ここでは、このメソッドは、BBBを開くには、マイクロバブルと超音波を用いてMRI AIMを実行するために提示されます。 perflutrenマイクロバブルの静脈注射した後、やり場のパルス超音波ビームは、3分間剃らマウスの頭部に適用されます。簡単にするために、我々はBOMUS 12としてマイクロバブルと超音波でBBBオープニングのこのテクニックを参照してください。両方の大脳半球全体にBBBを開くためにBOMUSを使用して、マンガンは全体のマウス脳に投与されています。軽く鎮静したマウスの実験的な刺激の後、AIM MRIは神経細胞の応答をマッピングするために使用されています。
へこのアプローチを実証する、ここにBOMUSとAIM MRIは13軽く鎮静マウスの鼻毛の一方的な機械的刺激をマップするために使用されます。 BOMUSは、両半球全体にBBBを開くことができますので、脳の刺激を受けていない側は、非特異的なバックグラウンドの刺激をコントロールするために使用されます。その結果の3Dのアクティベーションマップはバレルフィールド皮質14の鼻毛地域の公開の表現とよく一致している。 BBBの超音波開口部は、高速の非侵襲的、かつ可逆的であり、したがって、このアプローチは覚醒マウスにおける高スループットおよび/または長期的な研究に適しています。
Protocol
1。超音波システムを組み立て、キャリブレーション超音波システムは、2 MHzの範囲内でマウスの脳と中心周波数をカバーするのに十分な直径を持つ単一要素の超音波トランスデューサから始まります。トランスデューサは、超音波パルスシーケンスを生成する信号発生器に接続されて50 dBのパワー·アンプによって駆動されます。 超音波システムの音圧を校正するために、得ら…
Discussion
ここでは、この方法は、非侵襲的に超音波とマイクロバブル（BOMUS）で全体のマウスの脳全体にBBBを開くために提示された。 BBBを開いた状態では、Mn 2 +投与し、活性化誘導マンガン増強MRIは（AIM MRI）軽く鎮静マウスにおける短時間刺激に対するイメージ神経応答に使用されていました。
十分なBBBの開口部は、0.36 MPaのピーク負音圧を実現しました。注：これは超…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
すべての作業が生体顕微鏡でのデュークセンター、NIH / NIBIBで行われました 国家医学技術リソース·センター（P41 EB015897）およびNCI小動物イメージングリソース·プログラム（U24 CA092656）。追加のサポートは、NSF大学院研究フェローシップ（2003014921）から提供されていました。
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalog number | Comments |
| Hydrophone | Sonora Medical Systems, Longmont, CA | SN S4-251 | |
| Translation stage | Newport Corporation, Irvine, CA | ||
| Ultrasound transducer | Olympus NDT, Inc., Waltham MA | A306S-SU | Review the manufacturer’s test sheet that accompanies the transducer to find the exact center frequency of that particular transducer, which may differ from the nominal frequency listed in the catalog. (e.g., the nominal frequency of our transducer was 2.25 MHz, but the actual center frequency was 2.15 MHz.) |
| Vevo Imaging Station | VisualSonics, Inc. Toronto, Canada | ||
| 50 dB power amplifier | E&I, Rochester, NY | model 240L | |
| Signal generator | Agilent Technologies, Santa Clara, CA | model 33220A | |
| MnCl2-(H2O)4 | Sigma | Molecular weight varies by batch, call manufacturer for exact measurement | |
| Perflutren lipid microspheres | Lantheus Medical Imaging, N. Billerica, MA | DEFINITY | |
| Microsphere agitator | Lantheus Medical Imaging, N. Billerica, MA | VIALMIX | |
| MR imaging coil | m2m Imaging Corp., Hillcrest, OH | 35 mm diameter quadrature transmit/receive volume coil | |
| MRI system | GE Healthcare, Milwaukee, WI | GE EXCITE console operating a 7-T horizontal bore magnet | |
| Image analysis environment | Visage Imaging, San Diego, CA, MathWorks, Natick MA | Amira MATLAB |
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Citar este artigo
Howles, G. P., Qi, Y., Rosenzweig, S. J., Nightingale, K. R., Johnson, G. A. Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI. J. Vis. Exp. (65), e4055, doi:10.3791/4055 (2012).