הדם במוח חמצון מדידה על בסיס מרווה חמצן תלויי של זרחני
Summary
אנו מציגים הליך הניסוי למדידת הלחץ החלקי של החמצן (pO2) בתוך כלי הדם המוחיים מבוסס על מרווה חמצן תלויי של זרחני. הכנת בעלי חיים ונהלים הדמיה שהותוו הן עבור שדה גדול של הדמיה מבוססי CCD לאור pO2 בחולדות 2-פוטון הדמיה מבוססת עירור של pO2 בעכברים.
Abstract
ניטור מאפייני spatiotemporal הדם המוחיים חמצון רקמות הוא חיוני להבנה טובה יותר של מערכת היחסים נוירו מטבולית-וסקולרית. פיתוח שיטות חדשות למדידת pO2 עם ניטור סימולטני של pO2 בתחומים יותר של נוף עם רזולוציה מרחבית גבוהה יותר ו / או הזמני יאפשר להבין טוב יותר את תפקודו של המוח נורמלי תהיה גם השפעה משמעותית על אבחון וטיפול של מחלות כגון neurovascular שבץ, מחלת אלצהיימר, וכן פגיעת ראש.
שיטות הדמיה אופטית הראו פוטנציאל גדול כדי לספק רזולוציה גבוהה spatiotemporal הדמיה כמותי של pO2 מבוסס על ספיגת המוגלובין בטווח אינפרא אדום לעין וליד של הספקטרום האופטי. עם זאת, המדידה multispectral של חמצון הדם במוח מסתמך על הגירה פוטון דרך רקמת המוח פיזור מאוד. שערוך דוגמנות של פרמטרים רקמות אופטי, אשר עשוי לעבור שינויים דינמיים במהלך הניסוי, נדרש בדרך כלל עבור הערכה מדויקת של חמצון בדם. מאידך גיסא, הערכת הלחץ החלקי של החמצן (pO2) מבוסס על מרווה חמצן תלויי של זרחני לא אמור להיות מושפע באופן משמעותי על ידי שינויים בפרמטרים אופטיים של הרקמה ומספק אמצעי המוחלט של pO2. מערכות ניסיוני לנצל חמצן רגיש צבעים הוכחו במחקרים vivo בתוך הרקמה perfused כמו גם לניטור תכנים חמצן בתרביות רקמה, מראה כי מרווה זרחני היא טכנולוגיה חזק המסוגל חמצן הדמיה מדויקת בטווח pO2 פיזיולוגיים.
כאן אנו מפגינים עם שתי שיטות הדמיה שונות כיצד לבצע מדידת pO2 ב vasculature קליפת המוח מבוסס על הדמיה החיים זרחני. בהפגנה הראשונה שאנחנו מציגים בתחום רחב של הדמיה לאור pO2 על פני קליפת המוח של חולדה. זו שיטת הדמיה התקנה ניסיונית פשוטה יחסית המבוססת על מצלמת CCD ו לייזר ירוק פעמו. דוגמה ניטור דיכאון הפצת קליפת המוח מבוסס על חייו של צבע זרחני R3 Oxyphor הוצג. בהפגנה השנייה אנו מציגים ברזולוציה גבוהה שני הפוטונים pO2 הדמיה vasculature מיקרו קליפת המוח של העכבר. הגדרת הניסוי כולל מותאם אישית בנוי 2-פוטון מיקרוסקופ עם לייזר femtosecond, אלקטרו אופטיים אפנן ו-פוטון לספור מכפיל שפופרת תמונה. אנו מציגים דוגמה של הדמיה ההטרוגניות pO2 ב microvasculature קליפת המוח כולל נימים, באמצעות רומן PTP-C343 עם צבע משופר 2-פוטון חתך עירור.
לחץ כאן כדי להציגו הקשורות סינתזה כיול של nanoprobes זרחני עבור הדמיה חמצן במערכות ביולוגיות.
Protocol
Discussion
הראינו שתי בקשות המדידה pO2 ב microvasculature קליפת המוח מבוסס על מרווה חמצן תלויי של זרחני. בעוד השיטה הראשונה מבוססת על CCD הדמיה מספקת בתחום רחב של ניטור לאור pO2, מדידת הלחץ החלקי של החמצן microvasculature קליפת המוח על בסיס מיקרוסקופיה 2-פוטון מספקת רזולוציה נימי ומאפשר הדמיה לעומק….
Acknowledgements
ברצוננו להודות תמיכה של ארה"ב National Institutes of Health מענקים R01NS057476, P50NS010828, P01NS055104, R01EB000790, K99NS067050, R01HL081273 ו R01EB007279 ו American Heart Association מענק 0855772D.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| Glycopyrrolate | Reagent | American Regent Inc. | NDC 0517-4605-25 | Used to control pharyngeal, tracheal, and bronchial secretions. |
| Lidocaine HCL | Reagent | Hospira Inc. | NDC 0409-4277-01 | Used as the local anesthesia during surgeries. |
| Isoflurane | Reagent | Baxter Healthcare Corp. | NDC 10019-360-40 | Used as a general inhalation anesthetic drug during surgeries and as a general anesthesia during experiments with mice. |
| Alpha Chloralose | Reagent | Sigma | C0128 | Used as a general anesthesia during experiments with rats. |
| Fluorescein isothio-cyanate–dextran | Reagent | Sigma | FD2000S | Administrated to create ~ 500 nM concentration in blood. |
References
- Kleinfeld, D., Friedman, B., Lyden, P. D., Shih, A. Y., Chen, J., Xu, Z., Xu, X., Zhang, J. Targeted occlusion to surface and deep vessels in neocortex via linear and nonlinear optical absorption, Animal Models of Acute Neurological Injuries. Contemporary Neuroscience Series. , (2007).
- Mostany, R., Portera-Cailliau, C. A Craniotomy Surgery Procedure for Chronic Brain Imaging. J Vis Exp. , (2008).
- Lebedev, A. Y., Cheprakov, A. V., Sakadzic, S., Boas, D. A., Wilson, D. F., Vinogradov, S. A., A, S. Dendritic Phosphorescent Probes for Oxygen Imaging in Biological Systems. Applied Materials & Interfaces. , (2009).
- Finikova, O. S., Lebedev, A. Y., Aprelev, A., Troxler, T., Gao, F., Garnacho, C., Muro, S., Hochstrasser, R. M., Vinogradov, S. A. Oxygen microscopy by two-photon-excited phosphorescence. Chemphyschem. 9, 1673-1679 (2008).
- Sakadžić, S., Yuan, S., Dilekoz, E., Ruvinskaya, S., Vinogradov, S. A., Ayata, C., Boas, D. A. Simultaneous imaging of cerebral partial pressure of oxygen and blood flow during functional activation and cortical spreading depression. Appl Opt. 48, D169-D177 (2009).
- Yaseen, M. A., Srinivasan, V. J., Sakadzic, S., Wu, W., Ruvinskaya, S., Vinogradov, S. A., Boas, D. A. Optical monitoring of oxygen tension in cortical microvessels with confocal microscopy. Opt Express. 17, 22341-22350 (2009).
- Sakadzic, S., Roussakis, E., Yaseen, M. A., Mandeville, E. T., Srinivasan, V. J., Arai, K., Ruvinskaya, S., Devor, A., Lo, E. H., Vinogradov, S. A., Boas, D. A. Two-photon high-resolution measurement of partial pressure of oxygen in cerebral vasculature and tissue. Nat Methods. 7, 755-759 (2010).
