Динамическая 3D-визуализация мозгового кровотока у бодрствующих мышей с использованием собственных данных.

Биология связи, том 6, Номер статьи: 298 (2023) Цитировать эту статью

1031 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Церебральный кровоток (ЦМК) широко используется для оценки функции мозга. Однако большинство доклинических исследований CBF проводились под анестезией, что искажает результаты. Визуализация CBF бодрствующих животных с высоким пространственно-временным разрешением является сложной задачей из-за артефактов движения и фонового шума, особенно для визуализации потока на основе допплера. Здесь мы сообщаем об оптической когерентной допплеровской томографии сверхвысокого разрешения (μODT) для трехмерного изображения динамики скорости CBF (CBFv) у бодрствующих мышей путем разработки глубокого обучения с самоконтролем для эффективного шумоподавления изображения и удаления артефактов движения. Мы сравниваем кортикальный CBFv у бодрствующих и анестезированных мышей и их динамические реакции в артериолярных, венулярных и капиллярных сетях на острый кокаин (1 мг/кг, внутривенно), препарат, вызывающий сильную зависимость, связанный с нейроваскулярной токсичностью. По сравнению с состоянием бодрствования изофлуран (2–2,5%) индуцирует вазодилатацию и увеличивает CBFv в течение 2–4 минут, тогда как дексмедетомидин (0,025 мг/кг, внутрибрюшинно) не изменяет ни диаметр сосудов, ни кровоток. Острый прием кокаина снижает CBFv в одинаковой степени при дексмедетомидине и в состоянии бодрствования, тогда как снижение больше при приеме изофлурана, что позволяет предположить, что индуцированная изофлураном вазодилатация могла способствовать обнаружению вызванной кокаином вазоконстрикции. У бодрствующих мышей после хронического употребления кокаина наблюдается сильная вазоконстрикция, снижение CBFv и сосудистая адаптация с расширенными ныряющими артериолярными/венулярными сосудами, которые отдают приоритет кровоснабжению более глубоких кортикальных капилляров. Платформа 3D-визуализации, которую мы представляем, представляет собой мощный инструмент для изучения динамических изменений диаметра и морфологии сосудов наряду с сетями CBFv в мозгу бодрствующих животных, что может улучшить наше понимание воздействия лекарств и болезненных состояний (ишемия, опухоли, заживление ран).

Мозговой кровоток (CBF) имеет решающее значение для поддержания энергоснабжения, необходимого для поддержки синаптической активности посредством нейроваскулярной связи. Таким образом, CBF наряду с другими гемодинамическими показателями использовался для связи зависимых от уровня оксигенации крови (ЖИРНЫЙ) сигналов функциональной МРТ (фМРТ) с активностью нейронов и астроцитов на клеточном уровне1,2. Однако современные методы визуализации сосудов головного мозга in vivo у экспериментальных животных затруднены главным образом из-за компромисса между глубиной изображения и пространственно-временным разрешением. К ним относятся высокопольная фМРТ с разрешением одного сосуда вплоть до артериол и венул и быстрым временным разрешением для определения объема церебральной крови (CBV) и BOLD-изменений, вызванных активацией мозга3, ультразвуковая микроскопия на основе микропузырьков для транскраниальной визуализации глубоких сосудов с разрешением, близким к капиллярному. и быстрое отслеживание скорости эритроцитов (vRBC)4, а также длинноволновая флуоресцентная визуализация в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR-II, например, >1 мкм) для визуализации микроциркуляторного русла с глубиной проникновения более 3 мм в зависимости от пространственного разрешения и чувствительность5,6. Фотоакустическая микроскопия (PAM) позволяет получать трехмерные микрососудистые изображения капиллярных русл без меток и картировать состояния оксигенации гемоглобина в этих сосудах в коре головного мозга мыши на глубине до ~ 0,8 мм7. Многофотонная флуоресцентная микроскопия обеспечивает превосходное пространственное разрешение и контрастность изображения для разрешения трехмерных капиллярных сетей на глубине 1,6 мм в коре головного мозга мыши и измерения vRBC путем подсчета флуоресцентно окрашенных эритроцитов (поток), протекающих через капилляр8,9,10. Оптическая когерентная ангиография сверхвысокого разрешения (мОКА) и допплеровская томография (мкОДТ) имеют преимущества для трехмерной визуализации сетей микроциркуляторного русла и скоростей МК (CBFv) с капиллярным разрешением, с большей детализацией (например, артериолярных, венулярных и капиллярных сетей кровотока) и при глубина 1,2–1,6 мм от поверхности коры мыши11,12,13,14. µODT также продемонстрировал чувствительность и разрешение для регистрации реакции микроциркуляторной сети CBFv на лазерное разрушение артериолы или капилляра, а также для обнаружения вызванной кокаином кортикальной микроишемии, разрушения сосудов, неоангиогенеза и адаптации, и все это возможно благодаря его относительно большому полю действия. зрения и высокое пространственно-временное разрешение15,16,17.