Aplicación de la imagen de moteado láser a la investigación del ictus isquémico

Es importante monitorizar el flujo sanguíneo cerebral mediante la técnica de imagen láser Speckle (LSCI) en modelos de ictus isquémico para documentar una oclusión sostenida adecuada y monitorizar la reperfusión.

Actualmente, los modelos de isquemia empleados en la mayoría de las investigaciones son imperfectos a la hora de provocar una reducción sostenida del flujo sanguíneo. En algunos casos, es posible que se produzca una reperfusión espontánea justo después de la oclusión, lo que da lugar a una variabilidad del tamaño del infarto[1]. Como resultado, es importante monitorizar el flujo sanguíneo cerebral mediante el uso de imágenes láser de moteado (LSCI) en modelos de ictus isquémico para documentar una oclusión sostenida adecuada y monitorizar la reperfusión, lo que proporciona más información sobre el desarrollo del tratamiento del ictus.

Introducción a la investigación del ictus isquémico

El ictus es una enfermedad mortal prevalente en la mayoría de los países, siendo el ictus isquémico el tipo más común. En los últimos 20 años, se ha avanzado considerablemente en los estudios sobre el ictus isquémico, pero siguen existiendo grandes lagunas de conocimiento sobre su tratamiento. Mediante el uso de la tecnología Laser Speckle Imaging (LSCI), se realizan estudios preclínicos para avanzar en el desarrollo del tratamiento del ictus isquémico.

Mecanismo de la imagen de moteado láser (LSCI)

El concepto fundamental de la LSCI es generar los patrones de interferencia de la luz reflejada o dispersada de una superficie iluminante, que a su vez produce un efecto granular, también conocido como moteado láser. El movimiento del patrón de moteado corresponde al movimiento de un objeto que se asocia con la idea de la fluctuación del moteado desencadenada por la velocidad del flujo sanguíneo[2]

En este caso, si el flujo sanguíneo está restringido, la imagen en tiempo real mostrará un contraste de moteado muy mejorado. Por el contrario, el patrón de moteado aparecerá más gradual y borroso debido al alto flujo sanguíneo.

Utilización de la imagen de moteado láser en la investigación del ictus isquémico

Dado que el indicador más importante del ictus isquémico es la disminución del flujo sanguíneo cerebral (CBF), la LSCI se adopta para monitorizar los cambios espacio-temporales del CBF tras el inicio del ictus en los modelos de isquemia temporal. Además, proporciona información de alta resolución espacio-temporal en tiempo real antes, durante e inmediatamente después de la operación de isquemia. Esta característica favorece la competitividad del trabajo de investigación porque reduce en gran medida la duración del experimento y, al mismo tiempo, proporciona datos más significativos para mejorar la validez del mismo.

La mayor parte de los estudios preclínicos sobre el ictus por imagen de moteado láser se centran en la isquemia, ya que el ictus isquémico focal en animales suele inducirse mediante la oclusión de la arteria cerebral media. Los diferentes modelos de oclusión de la arteria cerebral media (MCAO) requieren diferentes métodos quirúrgicos. Por ejemplo, los más comunes son los métodos de sutura y embólico. El modelo de MCAO con sutura intraluminal es uno de los modelos de isquemia cerebral focal experimental más utilizados para inducir una lesión endotelial vascular que imita un accidente cerebrovascular isquémico clínico[3]

Los datos cuantificados de alta calidad que proporciona la LSCI mantienen la calidad y aumentan la tasa de éxito de los modelos de MCAO. Sólo se demuestra que el modelo tiene éxito si los cambios medidos en el CBF son superiores al 70%. Además de probar los modelos, LSCI realiza exámenes continuos en condiciones posquirúrgicas para evaluar la tasa de recuperación y las mejoras en la perfusión.

El montaje del modelo de MCAO guiado por LSCI, que puede modificarse según la retroalimentación y la corrección inmediatas que ofrece la tecnología de LSCI, puede completarse en aproximadamente un mes desde que el principiante tiene la habilidad. Sin la ayuda de la LSCI, se puede tardar entre 4 y 6 meses en completar el montaje.

Caso de éxito

Siempre ha sido un reto para los investigadores conseguir un modelo animal de ictus con éxito, por ejemplo, crear un volumen de infarto estable en el modelo MCAO debido a las variaciones en el peso del animal, la anatomía vascular cerebral, el material de sutura, la profundidad de inserción del filamento y las operaciones quirúrgicas.

Hasta ahora, la flujometría doppler láser (LDF) ha sido el método intraoperativo más utilizado para comprobar la caída del flujo sanguíneo cerebral (CBF) inmediatamente después de la cirugía. Sin embargo, debido a la alta sensibilidad al movimiento y a la ausencia de resolución espacial, la LDF en la mayoría de los casos sólo puede utilizarse para la confirmación postquirúrgica.

La LSCI ofrece marcadores de flujo sanguíneo cerebral (CBF) para guiar la inserción de suturas durante la cirugía que permiten a los investigadores ajustar la profundidad de inserción de los filamentos en consecuencia para mejorar la consistencia del volumen del infarto y reducir la mortalidad. Hay muchos casos de éxito que se basan en la guía de la LSCI para mejorar la estabilidad del modelo.

Laboratorio Westlake de Ciencias de la Vida y Biomedicina

El objetivo de este cliente era evaluar el accidente cerebrovascular embólico arterial perinatal inducido por la oclusión del dMCA mediante SIMPLeR (accidente cerebrovascular embólico inducido por glóbulos rojos recubiertos de nanopartículas magnéticas)[4]

Sin embargo, seguían existiendo retos técnicos para el control preciso de la embolia en los estudios mecanísticos del daño cerebral y la reparación tras el accidente cerebrovascular isquémico arterial perinatal (PAIS). La LSCI proporcionó una medida de la velocidad del flujo sanguíneo mediante la cuantificación del grado de borrosidad de las motas dinámicas causadas por el movimiento de los glóbulos rojos a través de los vasos.

Según reivindicó nuestro cliente, "los métodos tradicionales de seccionamiento patológico y las herramientas de evaluación neurológica son incapaces de adaptarse a las necesidades de los modelos de MCAO. Esto se debe a que existen disparidades entre los distintos tipos de infartos aunque sus síntomas clínicos sean similares. En comparación con otras tecnologías de imagen, la LSCI mejora en gran medida la tasa de éxito del experimento y recoge un amplio campo de datos del CBF en todo el cerebro. "

[1] Kuriakose D, Xiao Z. Pathophysiology and Treatment of Stroke: Estado actual y perspectivas futuras. Int J Mol Sci. 2020 Oct 15;21(20):7609. doi: 10.3390/ijms21207609. PMID: 33076218; PMCID: PMC7589849.

[2] B. David,'Laser Doppler, speckle and related techniques for blood perfusion mapping, Physiological Measurement (2001).

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

[4] Control preciso del ictus embólico con glóbulos rojos magnetizados en ratones,Communications Biology volume 5, Article number: 136 (2022), https://www.nature.com/articles/s42003-022-03082-9