Imagens 3D dinâmicas do fluxo sanguíneo cerebral em camundongos acordados usando auto

Biologia da Comunicação volume 6, Número do artigo: 298 (2023) Citar este artigo

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O fluxo sanguíneo cerebral (CBF) é amplamente utilizado para avaliar a função cerebral. No entanto, a maioria dos estudos pré-clínicos de CBF foi realizada sob anestesia, o que confunde os achados. A imagem CBF de alta resolução espaço-temporal de animais acordados é desafiadora devido a artefatos de movimento e ruído de fundo, particularmente para imagens de fluxo baseadas em Doppler. Aqui, relatamos a tomografia Doppler de coerência óptica de ultra-alta resolução (µODT) para imagens 3D da dinâmica da velocidade CBF (CBFv) em camundongos acordados, desenvolvendo aprendizagem profunda auto-supervisionada para eliminação eficaz de ruídos e remoção de artefatos de movimento. Comparamos o CBFv cortical em camundongos acordados vs. anestesiados e suas respostas dinâmicas nas redes arteriolar, venular e capilar à cocaína aguda (1 mg/kg, iv), uma droga altamente viciante associada à toxicidade neurovascular. Em comparação com a vigília, o isoflurano (2-2,5%) induz vasodilatação e aumenta o CBFv em 2-4 min, enquanto a dexmedetomidina (0,025 mg/kg, ip) não altera os diâmetros dos vasos nem o fluxo. A cocaína aguda diminui o CBFv na mesma extensão nos estados de dexmedetomidina e vigília, enquanto as reduções são maiores sob isoflurano, sugerindo que a vasodilatação induzida por isoflurano pode ter facilitado a detecção de vasoconstrição induzida por cocaína. Camundongos acordados após uso crônico de cocaína apresentam vasoconstrição grave, diminuição do CBFv e adaptações vasculares com vasos arteriolares/venulares estendidos que priorizam o suprimento de sangue para capilares corticais mais profundos. A plataforma de imagem 3D que apresentamos fornece uma ferramenta poderosa para estudar mudanças dinâmicas nos diâmetros e morfologia dos vasos ao lado de redes CBFv no cérebro de animais acordados que podem avançar nossa compreensão dos efeitos de drogas e condições de doença (isquemia, tumores, cicatrização de feridas).

O fluxo sanguíneo cerebral (CBF) é crucial para manter o suprimento de energia necessário para apoiar a atividade sináptica por meio do acoplamento neurovascular. Portanto, o CBF, juntamente com outras medidas hemodinâmicas, tem sido usado para vincular os sinais dependentes do nível de oxigenação sanguínea (BOLD) da ressonância magnética funcional (fMRI) à atividade em nível celular de neurônios e astrócitos1,2. No entanto, as técnicas atuais para imagiologia cerebrovascular in vivo de animais experimentais são dificultadas principalmente pelo compromisso entre a profundidade da imagem e a resolução espaço-temporal. Isso inclui fMRI de alto campo com resolução de vaso único até arteríolas e vênulas e resolução temporal rápida para resolver o volume sanguíneo cerebral (CBV) e alterações BOLD induzidas pela ativação cerebral3, microscopia de ultrassom baseada em microbolhas para imagens vasculares transcranianas profundas com resolução próxima à capilar e rastreamento rápido da velocidade dos glóbulos vermelhos (vRBC)4 e imagens de fluorescência de comprimento de onda próximo ao infravermelho (NIR-II, por exemplo, > 1 µm) para visualização da microvasculatura com profundidade de penetração estendida além de 3 mm, dependendo da resolução espacial e sensibilidade5,6. A microscopia fotoacústica (PAM) permite imagens microvasculares sem marcação 3D de leitos capilares e o mapeamento dos estados de oxigenação da hemoglobina nesses vasos no córtex de camundongos em até ~ 0,8 mm de profundidade7. A microscopia de fluorescência multifotônica é capaz de excelente resolução espacial e contraste de imagem para resolver redes capilares 3D a uma profundidade de 1,6 mm no córtex de camundongos e medir vRBC contando hemácias fluorescentes (fluxo) fluindo através de um capilar8,9,10. A angiografia de coerência óptica de ultra-alta resolução (µOCA) e a tomografia Doppler (µODT) têm vantagens para imagens 3D de microvasculatura e redes de velocidade CBF (CBFv) com resolução capilar, em maiores detalhes (por exemplo, redes de fluxo arteriolar, venular e capilar) e em profundidades de 1,2–1,6 mm da superfície do córtex do camundongo11,12,13,14. O µODT também demonstrou sensibilidade e resolução para capturar a resposta da rede microcirculatória CBFv a uma ruptura a laser de uma arteríola ou capilar e para detectar microisquemia cortical induzida por cocaína, ruptura vascular, neoangiogênese e adaptação, tudo isso possibilitado por seu campo relativamente grande de visão e alta resolução espaço-temporal15,16,17.