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Prospect T1小动物超高频超声系统弹性成像模块对大脑机械特性的评估

2023-05-30     来源:本站     点击次数:1299

1.INTRODUCTION
在成年动物中,神经干细胞要存在于大脑特定区域,并受其周围环境的刚性影响。海马区的硬度可能与神经干细胞的生态位及其活动有关,特别是海马区细胞外基质神经干细胞(ECM)的表达水平的维持和调节。本研究中使用的技术包括原子力显微镜(AFM)及超声的弹性模量(SWEI),使用原子力显微镜可以确定大脑的刚性,但使用超声(US)的方法可以评估活体动物的剪切弹性系数。聚焦的超声波束产生的声辐射力(ARF)可以诱导剪切波,这使得能够在活体动物体内测量剪切模数,这是来自Prospect T1超高频超声系统的独家模块。使用以上两种方法探讨了不同时间段小鼠大脑的僵硬度和神经细胞的分化状态,在研究中探索了硫酸软骨素蛋白聚糖(CSPG)在海马区的转变和相关功能。

2.MATERIALS AND METHODS
超声方法:首先,我们用 Prospect T1的B模式检查了正确的位置和海马区。麻醉小鼠。将小鼠置于俯卧位,头部剃毛,然后从 Lambda 到 Bregma 缝合点轻轻打开头骨,露出海马区域。手术后,将超声凝胶充分挤在打开头骨后的脑上。

Figure1.Brain Stereotactic Technique

然后,将Prospect T1切换到ARF 模式以获得剪切模量。

3.RESULTS
为了评估活体动物脑组织的机械特性,我们首先将超声的SWEI应用于不同年龄的小鼠。ARF使用聚焦的超声波束产生的剪切波传播显示了可靠和一致的结果,可以将剪切模数量化为包括人类和啮齿动物在内的脑组织的体内硬度。通过B模块成像,我们确定了海马区和大脑皮层区。然后,手动确定ROI以计算剪切模数(如下图)。

Figure2.US-based shear-wave elasticity imaging (SWEI)
to living post-natal mouse brain during maturation. 
 
值得注意的是,我们发现P8海马区(9.3±0.5kPa)和大脑皮层(9.2±0.4kpa)的剪切模数显著低于其他年龄组(n=4,每组均为双向方差分析;Figure2 B)。与2-4M小鼠相比,我们观察到老年小鼠海马区的剪切模数降低(9-10M;11.8±1.1kPa),而皮质的剪切模数降低(14.1±0.7kPa),这与之前的报道一致(Lay等人,2019年)。

关于Prospect T1
Prospect T1是专为临床前小动物研究而开发的高频率超声波影像系统,分辨率可达30μm。它专为研究人员提供了在活体动物模式中:长期、实时且非侵入式的造影能力。拥有多种超声波成像模式,结合高频率的探头,使它具有极高的影像帧率与灵敏度,使血流与心脏运动的观测得以实现。肿瘤大小也可在2D或3D影像模式下轻易测得。
 
video1.小鼠左心室动态超声影像
 

video2.小鼠胚胎观察
 

video.3D模块成像(肿瘤体积长期监测)


引文
Ryu Y, Iwashita M, Lee W, et al. A shift in tissue stiffness during hippocampal maturation      correlates to the pattern of neurogenesis and composition of the extracellular matrix[J].        Frontiers in Aging Neuroscience, 2021, 13: 709620.
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