Se describe un protocolo para la estimación de tiempo de inicio de carrera en un modelo de rata de movimiento aprovechando la proyección de imagen de resonancia magnética cuantitativa (qMRI) parámetros. El procedimiento aprovecha la difusión MRI para la delineacion de la lesión de accidente cerebrovascular agudo y cuantitativa T1 y T2 (1 de qT y qT2) tiempos de relajación para la regulación del movimiento.
MRI proporciona una herramienta de imagen sensible y específica para detectar el movimiento isquémico agudo por medio de un coeficiente de reducción de la difusión de agua del cerebro. En un modelo de rata de accidente cerebrovascular isquémico, aumentan de diferencias cuantitativas T1 y T2 MRI tiempos de relajación (1 de qT y qT2) entre la lesión isquémica (delineado por la baja difusión) y el hemisferio contralateral no isquémica con el tiempo de inicio del movimiento. La dependencia del tiempo de las diferencias de tiempo de relajación de MRI heurísticamente es descrita por una función lineal y por tanto provee una simple estimación de tiempo de inicio de carrera. Además, los volúmenes de qT anormal1 y qT2 dentro de la lesión isquémica aumentan linealmente con el tiempo, proporciona un método complementario para cronometrar tiempos. (Semi) automatizados rutina de computadora basado en la difusión cuantificada coeficiente se presenta para delinear el tejido el movimiento isquémico agudo en la isquemia de la rata. Esta rutina también determina las diferencias hemisféricas en qT1 y tiempos de relajación de2 qT y la ubicación y volumen de qT anormal1 y qT2 vóxeles dentro de la lesión. Incertidumbres asociadas con las estimaciones de tiempo de inicio de qT1 y qT2 MRI datos varían de ± 25 min ± 47 minutos para las primeras 5 horas de carrera. Las estimaciones de tiempo de inicio más exactas puede ser obtenida por cuantificar el volumen de la superposición de volúmenes de lesión2 1 y qT qT anormal, denominado ‘ Vse superponen‘ (± 25 min) o mediante la cuantificación de las diferencias hemisféricas en qT2 tiempos de relajación sólo (± 28 min). En general, qT2 derivados parámetros superan a los de qT1. El protocolo actual de MRI se prueba en la fase de hiperagudo de un modelo de isquemia focal permanente, que puede no ser aplicable a la isquemia cerebral focal transitoria.
Tejido cerebral es especialmente vulnerable a la isquemia debido a la alta dependencia de la fosforilación oxidativa para la síntesis de ATP y las reservas de energía limitadas. La isquemia produce sutiles cambios iónicos dependientes del tiempo en los espacios intracelulares y extracelulares que conducen a la redistribución de las piscinas de agua del cerebro, liberación de neurotransmisores excitotóxicos y finalmente la iniciación de procesos destructivos 1. En la isquemia focal, daño de tejido se extiende más allá de la base inicial si no se restablece el flujo sanguíneo dentro de un cierto marco de tiempo 2. El tiempo de inicio del movimiento es actualmente uno de los criterios claves en las decisiones clínicas para la farmacoterapia del movimiento isquémico, incluyendo la recanalización por agentes trombolíticos 3. En consecuencia, muchos pacientes son automáticamente elegibles para terapia trombolítica debido al tiempo de inicio de síntomas desconocidos, debido a los tiempos que ocurren durante el sueño (‘wake-up stroke’), falta de testimonio, o ignorando los síntomas 4,5. Un procedimiento que determina el tiempo de inicio del movimiento por lo tanto es necesario para que tales pacientes pueden ser considerados para la trombolisis.
Agua de las puntas de prueba en vivode MRI. Dinámica de la que es severamente perturbado por falta de energía isquémica aguda 6. En particular, la difusión de agua gobernado por el movimiento traslacional (térmica) de las moléculas de agua se reduce en los primeros momentos de isquemia debido a la falta de energía 7. Esto a su vez produce despolarización anóxica de células neurales 8. Resonancia magnética de difusión (DWI) se ha convertido en una modalidad de imagen diagnóstico estándar de oro para el accidente cerebrovascular agudo 9. La señal de DWI aumenta rápidamente en respuesta a la isquemia, permitiendo que el tejido isquémico a identificarse pero no muestra ninguna dependencia de tiempo durante las primeras horas del ictus isquémico 10. Asimismo, medidas cuantitativas de la difusión de agua tales como el coeficiente de difusión aparente (ADC) o el rastro del tensor de difusión (Dav) disminuye rápidamente en el tejido isquémico, pero no mostrar ninguna relación con el tiempo de inicio del movimiento en movimiento animal modelos 10 y pacientes 11.
Parámetros cuantitativos de relajación MRI (qMRI),1de qT, qT2 y qT1ρ, se rigen por el movimiento de rotación y el intercambio de átomos de hidrógeno del agua y complejos cambios dependientes del tiempo en siguientes de parénquima cerebral isquémica la falta de energía 6. Tales cambios dependientes del tiempo permitieron tiempo de inicio de movimiento estimado en 12 de los pacientes y en modelos animales de isquemia 13,14,15. Accidente cerebrovascular focal rata, qT1ρ aumenta casi instantáneamente después de la aparición de isquemia y continúa linealmente durante al menos 6 horas 13,14. tiempos de relajación de1 qT también aumentan en una forma dependiente del tiempo en el tejido cerebral isquémico que puede ser descrito por dos constantes de tiempo: una fase rápida inicial seguida por una fase lenta que dura por horas 8,16. Debido a este aumento bifásico, el uso de qT1 en el momento del accidente cerebrovascular puede ser más complicado que el de qT1ρ MRI 15. tiempos de relajación de2 qT también muestran un cambio bifásico en accidente cerebrovascular focal de rata, por el que hay es acortamiento inicial en la primera hora, seguido por un aumento linear con tiempo de 13. El acortamiento inicial puede explicarse por dos factores funcionamiento paralelo incluyendo: (i) la acumulación de desoxihemoglobina resultante en el supuesto ‘negativo sangre oxigenación nivel dependiente efecto’ y (ii), el trasvase de agua extracelular en el espacio intracelular 17,18. El incremento dependiente del tiempo qT2 es probablemente debido a citotóxicos o edema vasogénico con subsecuente ruptura de intracelular macromolecular estructuras 18. Datos de2 de qT y qT1ρ proporcionan estimaciones precisas del tiempo de inicio del movimiento en modelos preclínicos 14. cuarto de galón2 12 y T2-señal ponderada intensidades 19,20 también han sido explotadas para la estimación de tiempo de inicio de movimiento en entornos clínicos.
Además de diferencias hemisféricas en los tiempos de relajación cuantitativas, la distribución espacial de elevados tiempos de relajación dentro de la región isquémica también puede servir como sustitutos para el movimiento Inicio tiempo 14. En modelos de rata de tiempos, regiones con elevada qT1ρ, qT2 y qT1 tiempos de relajación son inicialmente más pequeños que la difusión define lesión isquémica pero aumentan con tiempo de 14,15, 21. Por lo tanto, la cuantificación de la distribución espacial de elevados tiempos de relajación como un porcentaje del tamaño de la lesión isquémica también permite tiempo de inicio de carrera que es de aproximadamente 14,15. Aquí, describimos el protocolo para determinar el tiempo de inicio del accidente cerebrovascular en un modelo de rata de trazo utilizando parámetros de qMRI.
El protocolo actual para la estimación de tiempo de inicio de la carrera en ratas utiliza cuantitativa difusión y tiempo de relajación MRI datos en lugar de señal intensidades respectivas ponderado Señor contraste imágenes19. Evidencia reciente señala a performance inferior de intensidades de la imagen en la estimación de movimiento Inicio tiempo 14,25. En la lesión de accidente cerebrovascular ‘difusión-positivo’ nuestro protocolo MRI ofrece tiempos de inicio de movimiento de1 de qT y qT2 MRI datos con una precisión de mitad una hora o así. Es una tendencia general que supera los datos de2 qT de qT1. La mejor precisión para la determinación del tiempo de inicio se obtiene del volumen de superposición qT elevados1 y qT2 (Vse superponen).
Las imágenes en la figura 1 muestran que mientras que el coeficiente de difusión reducida aparece más bien uniforme, regiones con qT anormal1 y qT2 heterogéneo están dispersos dentro de la lesión isquémica. Este hallazgo está de acuerdo con las observaciones anteriores y es probable que debido a diferentes sensibilidades de estos parámetros de qMRI cambios patofisiológicos causados por isquemia 6. Esto sugiere qMRI parámetros pueden ser informativos de las nociones de estado y soportes de tejido que DWI sobrestima el daño isquémico 26. De hecho, recientes puntos de evidencia preclínica hacia la heterogeneidad de daño isquémico dentro de difusión define las lesiones 27. Así, la combinación de difusión y qT1 qT2 potencialmente proporciona información sobre tiempos Inicio tiempo y tejido el estado, los cuales son clínicamente útiles para las decisiones de tratamiento en pacientes con inicio desconocido.
Vse superponen y f2 dio las estimaciones más precisas del tiempo de inicio de carrera. La ventaja de cuantificar tiempos de relajación es que a diferencia de intensidades de la señal son insensibles a las variaciones inherentes causadas por factores técnicos como inhomogeneidades del campo magnético y el protón densidad 6, incluyendo el campo magnético que variación dentro de la lesión isquémica 18. Reduce la incertidumbre asociada con el tiempo de inicio las estimaciones de qT1 y f1 son probablemente debido a la mencionada respuesta bi-fásica de qT1 a isquemia, que contribuye a la baja pendiente del dependiente del tiempo qT1 cambio de 8,15,16. Los datos de MRI que se muestra (figura 2) están conforme a anteriores obras 13,14, en los cursos de tiempo de relajación tiempo las diferencias entre el cerebro isquémico y contralateral no isquémica son adecuadamente descrito por funciones lineales. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los cambios hidrodinámicos de base debido a la isquemia no lineal 1,18.
El actual protocolo de MRI para tiempo de movimiento es demostrado en ratas sometidas a isquemia permanente utilizando el procedimiento de Longa et al 22. En nuestra experiencia, la Longa et al procedimiento falla para inducir MCAO en 10-20% de las ratas, sin embargo, como ADC se utiliza para verificar la presencia de isquemia, los experimentos pueden cerrarse prematuramente. Incapacidad para inducir MCAO es a menudo debido a la rosca de oclusión imperfecta. Otro factor lo que resulta en fallas experimentales es que MCAO es un severo procedimiento causando la muerte de hasta un 20% de las ratas durante una prolongada sesión de MRI.
El protocolo de tiempo de inicio de movimiento sólo se aplica a isquemia permanente. En la isquemia focal de la rata con la reperfusión, la relación entre Dav y1 de qT o qT2 se disocia como Dav se recupera, pero no para qT1 y qT2 dependiendo de la duración de la isquemia antes reperfusión 8,28. Además, la evolución del daño isquémico es probable ser más variable en pacientes con accidente cerebrovascular debido a las diferencias individuales en factores que afectan la microcirculación como la edad y comorbilidades (p. ej., diabetes, hipertensión, enfermedades del corazón). Estos factores inevitablemente influirá en la dependencia del tiempo de f1, f2 y Vse superponen movimientos humanos y por lo tanto requiere investigación en contextos clínicos.
Para concluir, qMRI parámetros proporcionan estimaciones de tiempo de inicio de carrera. Vse superponen y f2 proporcionan las estimaciones más precisas y también puede ser informativo del estado del tejido. qMRI por lo tanto podría ser clínicamente beneficiosa en términos de ayudar a las decisiones de tratamiento para los pacientes con tiempo de inicio desconocido. Un tema a considerar aquí es que la proporción de materia gris a blanco en el cerebro de la rata es mucho mayor que en los seres humanos, e hidrodinámica en estos tipos de tejido de cerebro puede variar de 18. Sin embargo, más investigación sobre la dependencia del tiempo de f2, Vse superponen y qT2 en pacientes con accidente cerebrovascular agudo hiper está garantizado.
The authors have nothing to disclose.
BLM es un receptor de beca de doctorado de EPSRC y recibió una beca de viaje a la Universidad de Finlandia Oriental de la escuela de Psicología Experimental, Universidad de Bristol. MJK es financiado por el Instituto de Elizabeth Blackwell y por el fondo de apoyo estratégico internacional de Wellcome Trust [ISSF2: 105612/Z/14/Z]. KTJ y OHJG están financiados por la Academia de Finlandia, UEF-cerebro de la Universidad de Finlandia Oriental y Finlandia Biocenter de financiación estratégico. El trabajo fue apoyado por el Dunhill Medical Trust [número R385/1114].
Magnetic Field Strength | Operation Frequency | ||
MRI scanner | Agilent, Santa Clara, CA, USA | 9.4T | 400.13 MHz |
Linear volume transmit RF-coil | RAPID Biomedical, Rimpar, Germany | – | 400.13MHz |
Actively decoupled receive coil | RAPID Biomedical, Rimpar, Germany | – | 400.13MHz |
Rat head holder | RAPID Biomedical, Rimpar, Germany | ||
i-Stat handheld blood-gas analyzer | i-Stat Co, East Windsor, NJ, USA | ||
Pneumatic pillow breathing rate monitor | SA Instruments Inc, Stony Brook, NY, USA | ||
Rodent rectal temperarure moniring device | SA Instruments Inc, Stony Brook, NY, USA | ||
Name | Company | ||
Chemicals | |||
Isoflurane: Attane Vet 1000mg/g | Piramal Healthcare UK Ltd, Northumberland, UK | ||
2,3,5-Triphenyltetrazolium cholide=TTC | Sigma-Aldrich, Gillinham, Dorset, UK |