Neuroimaging funzionale con l'impiego dell'ecografia emato-encefalica e la barriera di Turbativa del Manganese-enhanced MRI
Summary
Una tecnica è ampiamente descritta per l'apertura della barriera ematoencefalica nel topo mediante ultrasuoni e microbolle. Utilizzando questa tecnica, manganese può essere somministrato al cervello di topo. Poiché manganese è un agente di contrasto MRI che si accumula nei neuroni depolarizzati, questo approccio permette l'imaging di attività neuronale.
Abstract
Anche se i topi sono il sistema modello dominante per studiare le basi genetiche e molecolari delle neuroscienze, neuroimaging funzionale nei topi rimane tecnicamente difficile. Un approccio, Activation-Induced Manganese-enhanced risonanza magnetica (MRI AIM), è stato usato con successo per mappare l'attività neuronale nei roditori 1-5. In AIM MRI, Mn 2 + agisce un analogo di calcio e si accumula nei neuroni depolarizzate 6,7. Perché Mn 2 + T 1 accorcia la proprietà dei tessuti, le regioni di elevata attività neuronale migliorerà in MRI. Inoltre, Mn 2 + cancella lentamente dalle regioni attivati, pertanto, la stimolazione può essere eseguita al di fuori del magnete e l'imaging, consentendo una maggiore flessibilità sperimentale. Tuttavia, poiché Mn 2 + non attraversano facilmente la barriera emato-encefalica (BBB), la necessità di aprire la BBB ha limitato l'uso di AIM MRI, soprattutto nei topi.
Uno strumento per l'apertura del BBB è ULTrasound. Sebbene potenzialmente dannosa, se ultrasuoni viene somministrato in combinazione con microbolle riempite di gas (cioè, agenti di contrasto ad ultrasuoni), la pressione acustica necessarie per l'apertura BBB è notevolmente inferiore. Questa combinazione di ultrasuoni e microbolle può essere utilizzato per aprire la BBB affidabile senza causare danni ai tessuti 8-11.
Qui, viene presentato un metodo per eseguire AIM MRI microbolle tramite ultrasuoni e per aprire la BBB. Dopo l'iniezione endovenosa di microbolle perflutreno, un fascio non focalizzato ultrasuoni pulsato è applicato alla testa del mouse rasata per 3 minuti. Per semplicità, ci riferiamo a questa tecnica di apertura BBB con microbolle e ultrasuoni BOMUS 12. Utilizzo BOMUS per aprire la BBB tutta entrambi emisferi, manganese viene somministrato al cervello di topo intero. Dopo la stimolazione sperimentale dei topi leggermente sedati, AIM MRI viene utilizzato per mappare la risposta neuronale.
Adimostrare questo approccio, qui BOMUS e AIM risonanza magnetica vengono utilizzate per mappare unilaterale stimolazione meccanica della vibrisse nei topi leggermente sedato 13. Poiché BOMUS può aprire la BBB in tutta entrambi gli emisferi, il lato stimolato del cervello viene usato per controllare per la stimolazione aspecifica di fondo. La mappa risultante di attivazione 3D ben si accorda con rappresentazioni pubblicate delle regioni vibrisse del campo barile corteccia 14. L'apertura ad ultrasuoni del BBB è veloce, non invasivo e reversibile, e quindi questo approccio è adatto per gli studi high-throughput e / o longitudinale nei topi svegli.
Protocol
Discussion
Qui, un metodo non invasivo è stato presentato per l'apertura del BBB in tutto il cervello di topo tutto con ultrasuoni e microbolle (BOMUS). Con l'apertura BBB, Mn 2 + è stato somministrato e l'attivazione indotta manganese-enhanced MRI (AIM MRI) è stata utilizzata per la risposta neuronale a immagine di breve durata nei topi stimolazione leggermente sedati.
Un'adeguata apertura BBB stato raggiunto con un picco negativo pressione acustica di 0,36 MPa. Nota, que…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Tutto il lavoro è stato eseguito presso il Centro per la Duke In Microscopia Vivo, uno NIH / NIBIB nazionale Biomedical Technology Resource Center (P41 EB015897) e NSC Piccolo Imaging Programma Animal Resource (U24 CA092656). Ulteriore supporto è stato fornito dalla NSF Graduate Research Fellowship (2003014921).
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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