Applicazione del laser speckle imaging alla ricerca sull'ictus ischemico

è importante monitorare il flusso sanguigno cerebrale utilizzando il Laser Speckle Imaging (LSCI) in modelli di ictus ischemico per documentare un'adeguata occlusione sostenuta e monitorare la riperfusione

Attualmente, i modelli di ischemia utilizzati nella maggior parte delle ricerche non sono in grado di provocare una riduzione sostenuta del flusso sanguigno. In alcuni casi, è possibile che si verifichi una riperfusione spontanea subito dopo l'occlusione, con conseguente variabilità delle dimensioni dell'infarto.[1] Di conseguenza, è importante monitorare il flusso sanguigno cerebrale utilizzando il Laser Speckle Imaging (LSCI) in modelli di ictus ischemico per documentare un'adeguata occlusione prolungata e monitorare la riperfusione, fornendo maggiori informazioni sullo sviluppo del trattamento dell'ictus.

Introduzione alla ricerca sull'ictus ischemico

L'ictus è una condizione medica mortale prevalente nella maggior parte dei Paesi, e l'ictus ischemico è il tipo più comune. Negli ultimi 20 anni sono stati compiuti notevoli progressi negli studi sull'ictus ischemico, ma rimangono ampie lacune nella conoscenza del trattamento dell'ictus ischemico. Utilizzando la tecnologia Laser Speckle Imaging (LSCI), vengono effettuati studi preclinici per far progredire lo sviluppo del trattamento dell'ictus ischemico.

Meccanismo del Laser Speckle Imaging (LSCI)

Il concetto fondamentale dell'LSCI consiste nel generare modelli di interferenza della luce riflessa o diffusa da una superficie illuminante, producendo un effetto granulare, noto anche come speckle laser. Il movimento del pattern speckle corrisponde al movimento di un oggetto, associato all'idea della fluttuazione speckle innescata dalla velocità del flusso sanguigno.[2]

In questo caso, se il flusso sanguigno è limitato, l'immagine in tempo reale mostrerà un contrasto speckle molto accentuato. Al contrario, il pattern speckle apparirà più graduale e sfocato a causa di un flusso sanguigno elevato.

Utilizzo dell'imaging laser speckle nella ricerca sull'ictus ischemico

Poiché l'indicatore più importante dell'ictus ischemico è la diminuzione del flusso sanguigno cerebrale (CBF), l'LSCI viene adottato per monitorare i cambiamenti spazio-temporali del CBF dopo l'insorgenza dell'ictus nei modelli di ischemia temporanea. Inoltre, fornisce informazioni in tempo reale ad alta risoluzione spazio-temporale prima, durante e subito dopo l'intervento di ischemia. Questa caratteristica favorisce la competitività del lavoro di ricerca perché riduce notevolmente la durata dell'esperimento e allo stesso tempo fornisce dati più significativi per migliorare la validità dell'esperimento.

La maggior parte degli studi preclinici sull'ictus con Laser Speckle Imaging si concentra sull'ischemia, poiché l'ictus ischemico focale negli animali è in genere indotto dall'occlusione dell'arteria cerebrale media. I diversi modelli di occlusione dell'arteria cerebrale media (MCAO) richiedono metodi chirurgici diversi. Ad esempio, i metodi più comuni sono la sutura e l'embolizzazione. Il modello di MCAO con sutura intraluminale è uno dei modelli sperimentali di ischemia cerebrale focale più utilizzati per indurre un danno endoteliale vascolare che imita un ictus ischemico clinico.[3]

I dati quantizzati di alta qualità forniti da LSCI mantengono la qualità e aumentano il tasso di successo dei modelli MCAO. Il modello si dimostra efficace solo se le variazioni della CBF misurate sono superiori al 70%. Oltre a testare i modelli, LSCI conduce esami continui sulle condizioni post-chirurgiche per valutare il tasso di recupero e i miglioramenti nella perfusione.

L'impostazione del modello di MCAO guidato da LSCI, che può essere modificato in base al feedback immediato e alle correzioni offerte dalla tecnologia LSCI, può essere completata in circa un mese da chi è alle prime armi. Senza l'assistenza dell'LSCI, possono essere necessari da 4 a 6 mesi per completare l'allestimento.

Un caso di successo

Per i ricercatori è sempre stato difficile ottenere un modello animale di ictus di successo, ad esempio creare un volume infartuale stabile nel modello MCAO a causa delle variazioni di peso degli animali, dell'anatomia vascolare cerebrale, del materiale di sutura, della profondità di inserimento dei filamenti e delle operazioni chirurgiche.

Finora, la flussimetria doppler laser (LDF) è stato il metodo intraoperatorio più utilizzato per controllare la caduta del flusso sanguigno cerebrale (CBF) subito dopo l'intervento. Tuttavia, a causa dell'elevata sensibilità al movimento e dell'assenza di risoluzione spaziale, nella maggior parte dei casi la LDF può essere utilizzata solo per la conferma post-chirurgica.

L'LSCI offre marcatori del flusso sanguigno cerebrale (CBF) per guidare l'inserimento delle suture durante l'intervento, consentendo ai ricercatori di regolare di conseguenza la profondità di inserimento dei filamenti per migliorare la consistenza del volume infartuale e ridurre la mortalità. Esistono molti casi di successo che si affidano alla guida dell'LSCI per migliorare la stabilità del modello.

Laboratorio Westlake di Scienze della Vita e Biomedicina

Questo cliente mirava a valutare l'ictus embolico arterioso perinatale indotto dall'occlusione del dMCA utilizzando SIMPLeR (ictus embolico indotto da globuli rossi rivestiti di nanoparticelle magnetiche).[4]

Tuttavia, rimanevano ancora delle sfide tecniche per un controllo preciso dell'embolia negli studi meccanicistici del danno cerebrale e della riparazione dopo l'ictus ischemico arterioso perinatale (PAIS). L'LSCI ha fornito una misura della velocità del flusso sanguigno quantificando l'entità della sfocatura delle macchioline dinamiche causata dal movimento dei globuli rossi attraverso i vasi.

Come ha affermato il nostro cliente, "i metodi tradizionali di sezionamento patologico e gli strumenti di valutazione neurologica non sono in grado di soddisfare le esigenze dei modelli MCAO. Questo perché esistono disparità tra i diversi tipi di infarto, anche se i sintomi clinici sono simili. Rispetto ad altre tecnologie di imaging, l'LSCI migliora notevolmente il tasso di successo dell'esperimento e raccoglie un ampio campo di dati CBF nell'intero cervello. "

[1] Kuriakose D, Xiao Z. Pathophysiology and Treatment of Stroke: Stato attuale e prospettive future. Int J Mol Sci. 2020 Oct 15;21(20):7609. doi: 10.3390/ijms21207609. PMID: 33076218; PMCID: PMC7589849.

[2] B. David,'Laser Doppler, speckle e tecniche correlate per la mappatura della perfusione sanguigna, Physiological Measurement (2001).

[3] L. Yuan, L. Hongyang, L. Hangdao, T. Shanbao,'Ischemia fototrombotica: A Minimally Invasive and Reproducible Photochemical Cortical Lesion Model for Mouse Stroke Studies', J Vis Exp (2013)

[4] Controllo preciso dell'ictus embolico con globuli rossi magnetizzati nei topi,Communications Biology volume 5, numero articolo: 136 (2022), https://www.nature.com/articles/s42003-022-03082-9