Lesioni neuronali mirate per la disconnessione non invasiva dei circuiti cerebrali

Wilson Wang; Yanrong Zhang; Matthew J. Anzivino; Edward H. Bertram; James Woznak; Alexander Klibanov; Erik Dumont; Max Wintermark; Kevin S. Lee

doi:10.3791/61271

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Articolo metodologico

Lesioni neuronali mirate per la disconnessione non invasiva dei circuiti cerebrali

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DOI:

10.3791/61271

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27 settembre 2020

Wilson Wang^*¹ , Yanrong Zhang^*² , Matthew J. Anzivino¹ , Edward H. Bertram³ , James Woznak¹^,⁴ , Alexander Klibanov⁵ , Erik Dumont⁶ , Max Wintermark^*² , Kevin S. Lee^*¹^,⁷^,⁸

¹Department of Neuroscience, University of Virginia, ²Department of Radiology, Stanford University, ³Department of Neurology, University of Virginia, ⁴Global Internship Program, Focused Ultrasound Foundation, ⁵Department of Medicine, University of Virginia, ⁶Image Guided Therapy, ⁷Department of Neurosurgery, University of Virginia, ⁸Center for Brain, Immunology, and Glia, University of Virginia

^* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

L'obiettivo del protocollo è quello di fornire un metodo per produrre lesioni neuronali non invasive nel cervello. Il metodo utilizza l'ecografia focalizzata a risonanza magnetica (MRgFUS) per aprire la barriera del cervello del sangue in modo transitorio e focale, al fine di fornire una neurotossina circolante al parenchyma cerebrale.

Abstract

L'intervento chirurgico può essere molto efficace per il trattamento di alcuni tipi di malattie neurologiche medicalmente intrattabili. Questo approccio è particolarmente utile per i disturbi in cui i circuiti neuronali identificabili svolgono un ruolo chiave, come l'epilessia e i disturbi del movimento. Attualmente disponibili modalità chirurgiche, mentre efficace, generalmente comportano una procedura chirurgica invasiva, che può provocare lesioni chirurgiche ai tessuti non bersaglio. Di conseguenza, sarebbe utile ampliare la gamma di approcci chirurgici per includere una tecnica non invasiva e neurotossica.

Qui, viene presentato un metodo per la produzione focale, lesioni neuronali nel cervello in modo non invasivo. Questo approccio utilizza ultrasuoni focalizzati a bassa intensità insieme a microbolle endovenose per aprire transitoriamente e focalmente la barriera del cervello del sangue (BBB). Il periodo di apertura transitoria di BBB viene quindi sfruttato per fornire in modo focale una neurotossina somministrata sistemicamente in un'area cerebrale mirata. L'acido quinolinico neurotossina (QA) è normalmente impermeabile alla BBB ed è ben tollerato quando somministrato per via endovenosa o per via endovenosa. Tuttavia, Quando QA ottiene l'accesso diretto al tessuto cerebrale, è tossico per i neuroni. Questo metodo è stato utilizzato in ratti e topi per indirizzare specifiche regioni del cervello. Immediatamente dopo MRgFUS, l'apertura del BBB viene confermata utilizzando l'imaging ponderato T1 migliorato a contrasto. Dopo la procedura, L'imaging T2 mostra lesioni limitate all'area mirata del cervello e la perdita di neuroni nell'area mirata può essere confermata dopo la morte utilizzando tecniche sittologiche. In particolare, gli animali iniettati con salina piuttosto che QA dimostrano l'apertura del BBB, ma il punto non presenta lesioni o perdita neuronale. Questo metodo, chiamato preciso intracerebrale Chirurgia guidata non invasiva (PING) potrebbe fornire un approccio non invasivo per il trattamento di disturbi neurologici associati a disturbi nei circuiti neurali.

Introduzione

Lo scopo di questo metodo è quello di fornire un mezzo per produrre lesioni neuronali non invasive in una regione mirata del cervello. La logica per sviluppare un tale approccio è quello di scollegare i circuiti neuronali contribuendo a disturbi neurologici. Per esempio, la chirurgia può essere molto efficace nel trattamento di alcuni disturbi neurologici medicalmente intrattabili, come l'epilessia farmacor resistente ai farmaci (DRE)¹. Tuttavia, ognuna delle modalità chirurgiche disponibili possiedono limitazioni in termini di produzione di danni collaterali indesiderati al cervello. La chirurgia resectiva tradizionale può essere altamente inv....