Неинвазивное нарушение кровообращения

Биология связи, том 6, Номер статьи: 806 (2023) Цитировать эту статью

177 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Обыкновенная мартышка (Callithrix jacchus) является видом, приобретающим все большее значение в нейробиологии благодаря своим небольшим размерам, простоте обращения, быстрому размножению и общим функциональным и структурным характеристикам мозга с приматами Старого Света. С ростом внимания к моделированию заболеваний головного мозга у мартышек понимание того, как неинвазивно доставлять терапевтические или нейротропные агенты в мозг мартышки, приобретает большое доклиническое значение. У других видов, включая человека, транскраниальный фокусированный ультразвук (ТФУЗ) с помощью внутривенно вводимых микропузырьков оказался временным, надежным и безопасным методом разрушения гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), позволяющим фокальное прохождение терапевтических агентов, которые в противном случае они не могут легко проникнуть через плотные эндотелиальные соединения ГЭБ. Критический пробел, который мы здесь устраняем, заключается в документировании параметров для надежного и безопасного разрушения ГЭБ у мартышек с помощью tFUS. Объединив наши атласы мозга мартышек и используя специфичную для мартышек систему стереотаксического нацеливания, мы проводим серию систематических экспериментов по транскраниальной ультразвуковой обработке у девяти мартышек. Мы демонстрируем влияние центральной частоты, акустического давления, периода и продолжительности взрыва, устанавливаем минимальную дозу микропузырьков, оцениваем время исчезновения микропузырьков и оцениваем продолжительность, в течение которой ГЭБ остается открытым для прохода. Сообщается об успешном разрушении ГЭБ in vivo с использованием контрастных веществ на основе МРТ, а также с помощью окрашивания синим Эвансом, оцененного ex vivo. Гистология (окрашивание гематоксилином и эозином) и иммуногистохимия показывают, что ГЭБ можно безопасно и надежно открыть с помощью параметров, полученных в результате этих экспериментов. Представленная здесь серия экспериментов устанавливает методы безопасного, воспроизводимого и фокального нарушения ГЭБ с помощью tFUS у обыкновенной мартышки, которые могут служить основой для неинвазивной доставки терапевтических или нейротропных агентов.

Целью данной рукописи является установление параметров, позволяющих безопасно разрушить гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) у обыкновенной мартышки (Callithrix jacchus), вида, приобретающего все большее значение в нейробиологии. ГЭБ регулирует проницаемость молекул для паренхимы головного мозга, состоящей из капиллярного эндотелия, который препятствует проникновению молекул массой ~400 Да1. У других видов доклинического моделирования (например, крыс, мышей, макак, кроликов, свиней) транскраниально сфокусированный ультразвук (tFUS) стал надежным средством обхода инвазивных внутримозговых инъекций и обеспечения доставки агентов путем временного нарушения ГЭБ2,3,4, 5,6,7,8,9. Ценность применения tFUS для неинвазивного и локального разрушения ГЭБ в модели мартышки потенциально огромна — например, воспользовавшись коротким интервалом между родами мартышек и относительно короткой продолжительностью жизни, tFUS можно использовать в качестве продольного и неинвазивного метода нейромодуляции10, отслеживание нейронов11,12 или даже очаговая доставка лекарств13 для модели заболевания на протяжении всей жизни. Имея лиссэнцефалическую кору и корковую архитектуру, которая больше похожа на человеческую, чем на грызунов14,15,16,17, игрунки идеально подходят для tFUS, позволяя упростить нацеливание на кору по сравнению с сильно сложенным мозгом других видов приматов.

Критическим пробелом, рассматриваемым здесь, является документирование способности надежно и неинвазивно открывать ГЭБ у мартышек с помощью tFUS при помощи кавитации микропузырьков. Микропузырьки представляют собой микроскопические (~ 1–10 мкм) газонаполненные мицеллы, которые можно системно вводить непосредственно перед ультразвуковой стимуляцией18. При более низком акустическом давлении микропузырьки колеблются (стабильная кавитация) и при воздействии достаточного давления могут схлопываться (инерционная кавитация) и высвобождать мощную струю жидкости через эндотелий, что может усиливать доставку агента18,19,20. Поскольку было показано, что множество доступных нейромодулирующих или терапевтических агентов проникают через ГЭБ в результате ультразвуковой кавитации микропузырьков13,21,22,23, понимание параметров открытия ГЭБ у мартышек неизбежно приведет к многочисленным нейробиологическим применениям. Мы ожидаем, что этот метод найдет широкое применение в исследованиях трансляционных мартышек, особенно в области нейроразвития, предоставляя возможность неинвазивно отслеживать невропатологические проявления дисфункции контура с раннего возраста.