Funktionelle Bildgebung mit Ultraschall-Blut-Hirnschranke Störung und Mangan-MRT
Summary
Eine Technik ist für die breite Öffnung der Blut-Hirn-Schranke in der Maus mit Mikrobläschen und Ultraschall beschrieben. Mit dieser Technik können Mangan, um Gehirn der Maus verabreicht werden. Da Mangan ist ein MRT-Kontrastmittel, die in Neuronen depolarisiert ansammelt, erlaubt dieser Ansatz eine Bildgebung neuronaler Aktivität.
Abstract
Obwohl Mäuse sind das dominierende Modellsystem für die Erforschung der genetischen und molekularen Grundlagen der Neurowissenschaften, funktionelle Bildgebung bei Mäusen bleibt technisch anspruchsvoll. Ein Ansatz, activation-induced Mangan-MRT (AIM MRI), wurde erfolgreich auf die neuronale Aktivität bei Nagern 1-5 zuordnen können. In AIM MRT, Mn 2 + wirkt ein Calcium analoge und reichert sich in Neuronen depolarisiert 6,7. Da Mn 2 + verkürzt die T 1 Gewebe Eigentum, werden Bereiche erhöhter neuronaler Aktivität in der MRT zu verbessern. Ferner, Mn 2 + löscht langsam von den aktivierten Bereichen, daher Stimulation kann außerhalb des Magneten durchgeführt vor der Bebilderung werden, was eine höhere Flexibilität experimentellen. Da jedoch die Mn 2 + nicht leicht die Blut-Hirn-Schranke (BHS), die Notwendigkeit, öffnen Sie die BBB hat die Verwendung von AIM MRT begrenzt, vor allem bei Mäusen.
Ein Werkzeug zum Öffnen des BBB ist ultrasound. Obwohl möglicherweise Schaden entstehen, wenn Ultraschall in Kombination mit gasgefüllten Mikroblasen (dh Ultraschall-Kontrastmitteln) verabreicht wird, ist der Schalldruck für BBB Öffnung erforderlich deutlich niedriger. Diese Kombination von Ultraschall und Mikrobläschen können verwendet werden, um zuverlässig öffnen Sie die BBB, ohne dass Gewebeschäden 8-11 werden.
Hier wird ein Verfahren zum Durchführen AIM MRT durch Einsatz von Mikrobläschen und Ultraschall, um die BBB zu öffnen dargestellt. Nach einer intravenösen Injektion von Perflutren Mikrobläschen ist eine unscharf gepulsten Ultraschalls an den Kopf rasiert Maus für 3 Minuten angewendet werden. Der Einfachheit halber verweisen wir auf diese Technik von BBB Opening mit den Mikrobläschen und Ultraschall als BOMUS 12. Mit BOMUS die BBB über beiden Hemisphären zu öffnen, wird Mangan auf das gesamte Gehirn der Maus verabreicht. Nach experimenteller Stimulation der leicht sedierten Mäusen ist AIM MRI verwendet, um die neuronalen Reaktionen zuordnen.
Zudiesen Ansatz zu demonstrieren, sind hierin BOMUS und AIM MRI verwendet werden, um einseitige mechanische Stimulation der Tasthaare in leicht sediert Mäuse 13 Karte. Weil BOMUS können die BBB über beiden Hemisphären zu öffnen, wird der unstimulierten Seite des Gehirns verwendet, um für eine unspezifische Stimulation Hintergrund steuern. Das resultierende 3D-Aktivierung Karte stimmt gut mit den veröffentlichten Darstellungen der Vibrissen Regionen des Feldes Barrel Cortex 14. Das Ultraschall-Öffnung der BHS ist schnell, nicht-invasive und reversible, und so ist dieser Ansatz geeignet für High-Throughput-und / oder Längsschnittstudien in wach-Mäusen.
Protocol
Discussion
Hier wurde ein Verfahren zur nicht-invasiven Öffnen der BBB im gesamten Gehirn der Maus mit Ultraschall und Mikrobläschen (BOMUS) dargestellt. Mit dem BBB offen, Mn 2 + verabreicht wurde und activation-induced Mangan-MRT (AIM MRT) wurde auf Bild neuronale Reaktion auf kurzzeitige Stimulation in leicht sedierten Mäusen verwendet.
Angemessene BBB Öffnung wurde mit einem Spitzenwert-negativen akustischen Druck von 0,36 MPa erreicht. Hinweis: Dies ist der Druck an der Kopfhaut Obe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Alle Arbeiten wurden an der Duke Center for In Vivo Microscopy, ein NIH / NIBIB durchgeführt nationalen Biomedizinische Technologie Resource Center (P41 EB015897) und NCI Small Animal Imaging Resource Program (U24 CA092656). Zusätzliche Unterstützung wurde von der NSF Graduate Research Fellowship (2003014921) zur Verfügung gestellt.
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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