Funksjonell Bildediagnostiske Bruke Ultrasonic blod-hjerne barrieren avbrudd og mangan forbedret MR

Summary

En teknikk er beskrevet for bredt åpne blod-hjerne barrieren hos mus ved hjelp av mikrobobler og ultralyd. Ved hjelp av denne teknikken, kan mangan gis til musen hjernen. Fordi mangan er en MR kontrastmiddel som akkumuleres i depolarized nevroner, gjør denne tilnærmingen avbildning av neuronal aktivitet.

Abstract

Selv om mus er den dominerende modellen system for å studere de genetiske og molekylære grunnlaget for nevromedisin, funksjonell Bildediagnostiske i mus forblir teknisk utfordrende. En tilnærming, Activation-Induced manganfosfatbelegg forbedret MR (AIM MRI), har blitt brukt med hell for å kartlegge neuronal aktivitet i gnagere ^1-5. I AIM MR, Mn ^{2 +} fungerer en kalsium analog og akkumuleres i depolarized nevroner ^6,7. Fordi Mn ^{2 +} forkorter T ₁ vev eiendom, vil regioner av forhøyet nerveaktiviten forbedre i MR. Videre Mn ^{2 +} forsvinner sakte fra de aktiverte regionene, og derfor kan stimulering utføres utenfor magneten før bildebehandling, slik at større eksperimentell fleksibilitet. Men fordi Mn ^{2 +} ikke krysser lett blod-hjerne barrieren (BBB), behovet for å åpne BBB har begrenset bruken av AIM MR, særlig i mus.

Ett verktøy for å åpne BBB er ultrasound. Selv om potensielt skadelig, hvis ultralyd gis i kombinasjon med gassfylte mikrobobler (dvs. ultralyd kontrastmidler), er den akustiske trykket som er nødvendig for BBB åpningen betydelig lavere. Denne kombinasjonen av ultralyd og mikrobobler kan brukes til pålitelig åpne BBB uten å forårsake vevsskade ^8-11.

Her er en metode presenteres for utføring AIM MRI ved hjelp av mikrobobler og ultralyd for å åpne BBB. Etter en intravenøs injeksjon av perflutren mikrobobler, er en ufokusert pulset ultralyd strålen brukes på barbert mus hodet i 3 minutter. For enkelhets skyld kaller vi denne teknikken av BBB Åpning med mikrobobler og ultralyd som BOMUS ^12. Bruke BOMUS å åpne BBB gjennom begge hjernens hemisfærer, er mangan gis til hele musen hjernen. Etter eksperimentell stimulering av lett sederte mus, er AIM MR brukes til å kartlegge nerveaktivitet.

Tildemonstrere denne tilnærmingen, er her BOMUS og AIM MR brukes til å kartlegge ensidig mekanisk stimulering av vibrissae i lett sederte mus ^13. Fordi BOMUS kan åpne BBB gjennom begge halvkuler er unstimulated side av hjernen som brukes til å kontrollere for ikke-spesifikk bakgrunn stimulering. Den resulterende 3D-aktivering kart stemmer godt med publisert fremstillinger av vibrissae regioner av fat feltet cortex ^14. Den ultrasoniske åpningen av BBB er rask, noninvasive, og reversible, og dermed denne tilnærmingen er egnet for høy gjennomstrømning og / eller longitudinelle studier i våken mus.

Protocol

1. Monter og Kalibrer Ultrasound System Ultralyd systemet begynner med en enkelt-element ultralyd svinger med en diameter bred nok til å dekke musen hjernen og et senter frekvens i størrelsesorden 2 MHz. Svingeren er drevet av en 50-dB-effektforsterker, som er koblet til en signal generator som produserer ultralyd puls sekvens. For å kalibrere lydtrykk av ultralyd, kan du bruke en hydrofon å forholde spenningen til den resulterende lydtrykk. Plasser svingeren i en vanntank over hydrofonen. Påf?…

Discussion

Her ble en metode presentert for invasivt åpne BBB hele musen hjernen med ultralyd og mikrobobler (BOMUS). Med BBB åpen, Mn ^{2 +} ble administrert og aktivisering-indusert mangan-enhanced MR (AIM MR) ble brukt til bilde nerveaktivitet ved kort varighet stimulering i lett sederte mus.

Tilstrekkelig BBB åpningen ble oppnådd med en topp-negativ lydtrykk på 0,36 MPa. Obs, er dette trykket ved hodebunnen overflate i midten av ultralyd strålen. Målinger av enkelt-element svinger st…

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