Cerebral blodets syresättning Mätning baseras på syre-beroende härdning av Fosforescens
Summary
Vi presenterar en experimentell metoder för att mäta partialtrycket av syre (PO2) i hjärnans kärlsystem baseras på syre-beroende härdning av fosforescens. Animal förberedelser och procedurer bildhantering angavs för både stora synfält CCD-baserad avbildning av pO2 på råttor och 2-photon excitation baserad avbildning av pO2 i möss.
Abstract
Övervakning av Spatiotemporal egenskaper cerebral blod och vävnad syresättning är avgörande för ökad förståelse för neuro-metabola-vaskulära relation. Utveckling av nya pO2 mätning former med samtidig övervakning av pO2 i större synfält med högre rumslig och / eller tidsmässig kommer att ge större insikt i hur hjärnans normala och kommer också att ha stor inverkan på diagnostik och behandling av neurovaskulära sjukdomar som stroke, Alzheimers sjukdom, och skallskada.
Optisk avbildningsmetoder har visat en stor potential att ge hög Spatiotemporal upplösning och kvantitativ avbildning av pO2 baserade på hemoglobin absorption i synliga och nära infraröda området av optiska spektrum. Baseras dock multispektrala mätningar av cerebral blodets syresättning på fotonen invandring genom starkt spridande hjärnvävnaden. Uppskattning och modellering av vävnad optiska parametrar, som kan genomgå dynamiska förändringar under försöket, vanligen krävs för korrekt uppskattning av blodets syresättning. Å andra sidan bör uppskattning av partialtrycket av syre (PO2) baserad på syre-beroende härdning av fosforescens inte nämnvärt påverkas av förändringar i den optiska parametrar i vävnaden och ger ett absolut mått på pO2. Experimentella system som använder syrekänsliga färgämnen har påvisats i in vivo-studier av perfusion vävnaden samt för övervakning av syrehalten i vävnadskultur, som visar att fosforescens släcka är en potent teknik som kan exakt syre imaging i den fysiologiska pO2 sortiment.
Här visar vi med två olika avbildningsmetoder hur du kan utföra mätning av pO2 i kortikala kärlsystem baserat på fosforescens livstid avbildning. I första demonstrationen presenterar vi brett synfält avbildning av pO2 i kortikala ytan av en råtta. Denna avbildning modalitet har relativt enkla experiment bygger på en CCD-kamera och en pulsad grön laser. Ett exempel på övervakning av hjärnbarken sprider depression baseras på fosforescens livslängd Oxyphor R3 färg presenterades. På andra demonstrationen presenterar vi en hög upplösning två-photon pO2 avbildning i kortikala mikro-kärlsystem av en mus. Den experimentuppställning ingår en specialbyggd två-photon mikroskop med femtosecond laser, elektro-optisk modulator, och fotonräknande foto multiplikator rör. Vi presenterar ett exempel på avbildning PO2 heterogenitet i kortikala mikrocirkulation inklusive blodkärl, enligt en ny PTP-C343 färg med förbättrad 2-photon excitation tvärsnitt.
Klicka här för att se relaterade artikeln Syntes och kalibrering av Phosphorescent Nanoprobes för Oxygen Imaging i biologiska system.
Protocol
Discussion
Vi visade två tillämpningar av pO2 mätningen i kortikala mikrocirkulation baseras på syre-beroende härdning av fosforescens. Den första metoden bygger på CCD-avbildning ger brett synfält övervakning av pO2, mätning partialtrycket av syre i kortikala mikrocirkulation baserat på 2-photon mikroskopi ger kapillär upplösning och medger avbildning på djupet. Båda metoderna ger hög hastighet och högt signal-brus-mätningar. Dessutom är fosforescens livstid mätning av pO2 i stort sett okänsliga för föränd…
Acknowledgements
Vi vill tacka för stödet från US National Institutes of Health bidrag R01NS057476, P50NS010828, P01NS055104, R01EB000790, K99NS067050, R01HL081273 och R01EB007279 och American Heart Association bidrag 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).
