Supervisión del Flujo Sanguíneo Cerebral

PSI para la supervisión del flujo sanguíneo cerebral

La exclusiva combinación de elevada resolución espacial, amplio campo de visión y alta tasa de fotogramas convierte a PeriCam PSI en el instrumento ideal para obtener imágenes cerebrales de gran calidad y supervisar los cambios rápidos.

Los cambios en el flujo sanguíneo cerebral (FSC) son característicos de un gran número de trastornos neurológicos y, por tanto, constituyen el centro de atención de muchos estudios en el ámbito de las neurociencias. Para realizar estos estudios es necesario disponer de herramientas que permitan investigar los cambios, preferiblemente mediante métodos no invasivos en tiempo real. El sistema PeriCam PSI es un generador de imágenes de perfusión sanguínea que se basa en la tecnología de análisis de contraste de moteado láser (LASCA, por sus siglas en inglés). Con LASCA, ahora se puede estudiar la microcirculación de formas que no eran posibles en el pasado. Permite la visualización en tiempo real de la perfusión sanguínea tisular y combina la respuesta dinámica con la resolución espacial. No tiene influencia sobre la perfusión, ya que no se necesita un contacto directo con el tejido; tampoco colorantes de contraste ni elementos marcadores. Para mejorar aún más la capacidad de uso se ha desarrollado un software específico para la aplicación, llamado PIMSoft. El sistema PSI se ha utilizado ampliamente para supervisar el FSC y los cambios en el mismo en diversos modelos murinos con el fin de describir las características anatomopatológicas de las enfermedades y supervisar la eficacia de los tratamientos.

Cerebro de ratón. PeriCam PSI HR (alta resolución) Por cortesía del Dr. Offenhauser, Charité, Berlín, Alemania.

Aspectos generales

PeriCam PSI ha demostrado ser una herramienta muy útil en diversos campos dentro del sector de la investigación del flujo sanguíneo
cerebral. Entre estos campos, uno de los principales es la investigación de las lesiones cerebrales isquémicas. Tanto los accidentes cerebrovasculares isquémicos como los hemorrágicos pueden provocarse, y el alcance de los mismos puede determinarse empleando PeriCam PSI. Asimismo, se puede realizar un seguimiento del proceso dinámico tras el accidente cerebrovascular a lo largo del tiempo. Los modelos de hipoperfusión cerebral crónica y lesiones cerebrales traumáticas también pueden analizarse con PeriCam PSI.

Otro campo es el estudio de los cambios hemodinámicos cerebrales, en el que la combinación de elevada resolución espacial, amplio campo de visión y alta tasa de fotogramas convierte a PeriCam PSI en una herramienta idónea para analizar los cambios rápidos en el FSC. La técnica resulta ideal para visualizar las ondas del cambio de perfusión que se producen en la despolarización cortical extendida, y el modo de imágenes de diferencias se desarrolló pensando en esta aplicación. Más recientemente, el acoplamiento neurovascular ha resultado ser una aplicación adecuada para esta técnica.

PSI para la caracterización de las lesiones cerebrales isquémicas

Sus exclusivas características hacen que PSI resulte adecuado para el estudio de las lesiones cerebrales isquémicas en varios modelos, incluidos los de accidentes cerebrovasculares, hipoperfusión cerebral crónica y lesiones cerebrales traumáticas.

Amplio campo de visión: La visualización de una zona completa del cerebro permite confirmar y caracterizar las lesiones isquémicas
Elevada resolución espacial: Ofrece una localización precisa de las lesiones. La inserción de regiones de interés (ROI) permite medir la zona de la lesión y puede utilizarse para realizar un seguimiento de la recuperación de la lesión.
Función de reanudación del registro: Simplifica la toma y el análisis de datos en estudios longitudinales mediante el registro de mediciones repetidas del mismo sujeto en un solo archivo, pudiéndose comparar con facilidad las mismas ROI a lo largo del tiempo.

Accidentes cerebrovasculares

o Modelo de oclusión de la arteria cerebral media (MCAO, por sus siglas en inglés): Se inserta un filamento en la arteria para ocluir el flujo de sangre durante un periodo de tiempo determinado (normalmente, de entre 30 y 120 minutos) antes de su retirada para la reperfusión, que provoca un accidente cerebrovascular isquémico 1-9.

Imágenes de perfusión en cerebro de ratón antes, durante y después de la MCAO, junto con los cambios cuantificados en la perfusión sanguínea en los lados ispsilaterales y contralaterales, tanto en animales tratados como no tratados.
Por cortesía de Dandan Sun e Iqbal H. Bhuiyan, Departamento de Neurología e Instituto de Enfermedades Neurodegenerativas de Pittsburgh, Universidad de Pittsburgh. Figura reproducida con el permiso de Nature Communications, publicada originalmente en: Zhang, J., Bhuiyan, M.I.H., Zhang, T. et al. Modulation of brain cation-Cl− cotransport via the SPAK kinase inhibitor ZT-1a. Nat Commun 11, 78 (2020). doi: 10.1038/s41467-019-13851-6

o Modelo de hemorragias subaracnoideas (HSA): Se inserta un filamento con el fin de perforar la arteria cerebral anterior, lo que da lugar a un accidente cerebrovascular 10-13.

Brain Research 1727 (2020) 146566

Imágenes de perfusión en cerebro de ratón antes y después de una lesión por HSA. Se realizó un seguimiento del mismo animal durante la semana posterior a la lesión para evaluar la recuperación. Imágenes obtenidas con PSI HR.

Hipoperfusión cerebral crónica

o Modelo de oclusión bilateral de la arteria carótida común (BCCAO, por sus siglas en inglés): Las arterias carótidas comunes se unen doblemente con firmeza mediante suturas o microespirales para crear regiones isquémicas en ambos hemisferios 14-20.

Imágenes de perfusión en cerebro de ratón antes, durante y después de la lesión por BCCAO, junto con los cambios cuantificados en la perfusión sanguínea tanto en animales tratados como no tratados. Los animales se sometieron a seguimiento durante el mes posterior a la lesión.
Por cortesía del Dr. Nasrul Hoda Universidad de Georgia Regents, Universidad de Georgia, y Centro Médico para Exmilitares Charlie Norwood, Augusta, Georgia.
Figura reproducida con el permiso de Translational Stroke Research y publicada originalmente en: Khan, M.B., Hoda, M.N., Vaibhav, K. et al. Remote Ischemic Postconditioning: Harnessing Endogenous Protection in a Murine Model of Vascular Cognitive Impairment. Transl. Stroke Res. 6, 69-77 (2015). https://doi.org/10.1007/s12975-014-0374-6.

Lesiones cerebrales traumáticas

o Modelo de impacto cortical controlado (CCI, por sus siglas en inglés): Dispositivo de contusión que se usa para provocar lesiones controladas en la corteza sensitivomotora 21-23.
o Modelo de caída de un peso/aceleración con impacto: Se deja caer un peso sobre el cráneo desprotegido para provocar una lesión cerebral.

Imágenes de perfusión de cerebro de ratón antes y después de una lesión cerebral traumática. Se realizó un seguimiento del mismo animal durante los 3 días posteriores a la lesión.
Por cortesía del Dr. Han Liu Departamento de Neurocirugía, Primer Hospital Asociado de la Universidad Médica de Chongqing, Chongqing 400016, República Popular China
H. Liu et al./Brain Research 1700 (2018) 118-125

PSI para la caracterización de los cambios hemodinámicos cerebrales

Sus exclusivas características hacen que PSI resulte adecuado para estudiar los pequeños cambios dinámicos en el FSC como respuesta a la estimulación, ya que permite visualizar los cambios en la perfusión en el espacio y el tiempo. Las respuestas anómalas son signos tempranos que indican la existencia de una disfunción cognitiva.

La tasa de fotogramas y la resolución espacial elevadas permiten registrar los cambios dinámicos en la microvasculatura cerebral en pequeñas estructuras como consecuencia de estímulos externos.
Las imágenes de diferencias ofrecen una mejor visualización de los cambios sutiles en el FSC.

Acoplamiento neurovascular (NVC)

Mecanismo homeostático esencial que garantiza un ajuste adecuado del FSC a los aumentos en la demanda de oxígeno y nutrientes de las neuronas activadas, produciendo una hiperemia funcional. El NVC (acoplamiento neurovascular, por sus siglas en inglés) desempeña un papel fundamental a la hora de mantener una función cognitiva saludable. PSI se utiliza para registrar los cambios hemodinámicos en la corteza somatosensitiva como respuesta a la estimulación eléctrica aplicada al nervio ciático 24 o la estimulación de las vibrisas 25-28. La alteración del NVC contribuye al deterioro cognitivo asociado a la edad.

Imágenes de perfusión cerebral en ratones que se muestran en forma de imágenes absolutas y de diferencias durante una estimulación de las vibrisas de 30 segundos en las vibrisas de la derecha (arriba) y la izquierda (abajo). Datos gráficos de PIMSoft de ROI en la corteza de barriles durante una estimulación en la que se espera que se produzca un aumento de la perfusión. Los resultados de disfunción cognitiva en una reducción de la perfusión aumentan debido a la estimulación.
Por cortesía del Dr. Stefano Tarantini y el Dr. Zoltan Ungvari del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Oklahoma, Oklahoma City, Oklahoma.

Despolarización cortical extendida (CSD)

Ondas de despolarización súbita y casi completa de los gradientes de iones transmembrana neuronales que provocan edema citotóxico y se propagan a unos 3 mm/min en la sustancia gris del cerebro, dando lugar a la propagación de la isquemia. La CSD juega un papel fundamental en la neurodegeneración tras las lesiones cerebrales agudas. PSI se utiliza para registrar los cambios hemodinámicos debidos a la punción con agujas o la aplicación tópica de una solución de potasio muy concentrada 29-32.

Imágenes de despolarización extendida en cerebro de ratón obtenidas con PeriCam PSI HR. Se puede visualizar y cuantificar (gráfico) la perfusión absoluta (fila superior) y, con el modo de imágenes de diferencias especialmente desarrollado a tal efecto (fila inferior), se puede realizar un seguimiento espectacular del cambio en la perfusión provocado por la onda de SD. Por cortesía de Charité, Berlín, Alemania.

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