Brain Drain: In Vivo Optical Interrogation of Venular Function in Gray and White Matter

脑流失:灰质和白质中小静脉功能的体内光学询问

基本信息

  • 批准号:
    10463455
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 245.95万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-05-15 至 2025-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Much of our understanding of how cerebrovascular disease contribute to dementia focuses on the pathology of brain arterioles. However, whether pathology of cerebral venules also contribute to impairment of cerebral perfusion remains highly understudied. Preclinical and clinical studies have demonstrated marked alterations in venule tortuosity and vascular wall composition in small vessel diseases that underlie Vascular contributions to Cognitive Impairment and Dementia (VCID) and Alzheimer’s disease. Yet, the fundamentals of how brain venous networks are organized, and how their deterioration contributes to dementia, remain obscure. The goal of this project is to leverage recent advances in multi-photon imaging to investigate age-related impairment of venous drainage in deep gray and white matter of mouse brain in vivo. Cerebral white matter resides in deep brain regions and is particularly sensitive to blood flow deficit in early stages of dementia. It is challenging to access this tissue in vivo such that the etiology of white matter deficits can be better understood. Our approach overcomes this issue by using a combination of in vivo deep two-photon imaging with long wavelength excitation/emission and three-photon imaging to study microvasculature at the cortical gray-white matter interface and in deeper white matter, respectively. In preliminary studies, we found that blood drainage from deeper tissues rely exclusively on rare ascending venules, termed principle cortical venules (PCVs). PCVs collect blood by extending massive branching networks with long, tortuous draining capillaries. Critically, deep microvascular networks of PCVs were selectively constricted, reduced in vascular density, and more poorly perfused in aged mice (18-24 months) compared to adult mice (6-9 months). Our over-arching hypothesis is that deterioration of PCV structure and function is the basis for age-related blood flow impairment in deep gray and white matter. In Aim 1 of this project, we will test the hypothesis that PCVs exhibit brain region-specific deterioration in structure and function during aging, as white matter is more distant from arteriolar input in regions with thicker cortex. In Aim 2, we will test the hypothesis that dysfunction of capillary pericytes contributes to deterioration of PCV networks. In Aim 3, we will test the hypothesis that vasoconstriction and flow impairment in PCV networks can be alleviated by fasudil, a clinically-used drug that can reduce contractile tone in capillaries in addition to arterioles. A genetic strategy to remove fasudil’s target, rho kinase, specifically in brain capillary pericytes will complement the pharmacological approach. This project is significant because it will: (1) Advance novel imaging technologies to study the microvascular basis of white matter degeneration in mouse models of VCID and Alzheimer’s disease. (2) Provide insight into the structure and function of PCVs, which are an uncharacterized and essential drainage system for white matter. (3) Provide insight on how age-related pericyte dysfunction contributes to blood flow impairment, and whether they are a therapeutic target. (4) Yield data on whether age-related flow impairment in white matter is amenable to therapeutic modulation.
项目概要 我们对脑血管疾病如何导致痴呆的大部分了解都集中在以下病理学上: 然而,脑小静脉的病理学是否也会导致脑损伤。 临床前和临床研究已表明灌注的显着变化。 小血管疾病中的小静脉曲折和血管壁组成是血管对 然而,认知障碍和痴呆症(VCID)和阿尔茨海默病是大脑静脉如何运作的基本原理。 网络是如何组织起来的,其恶化如何导致痴呆症仍然不清楚。 该项目旨在利用多光子成像的最新进展来研究与年龄相关的损伤 小鼠体内的深部灰质和白质中存在静脉引流。 大脑深部区域在痴呆早期对血流不足特别敏感,这是一项挑战。 进入体内的这种组织,以便更好地理解白质缺陷的病因学。 通过结合使用体内深层双光子成像和长波长克服了这个问题 激发/发射和三光子成像研究皮质灰白质的微脉管系统 在初步研究中,我们发现血液分别从界面和更深的白质中排出。 更深的组织完全依赖于罕见的升小静脉,称为主皮质小静脉(PCV)。 通过延伸具有长而曲折的引流毛细血管的巨大分支网络来收集血液。 PCV的微血管网络选择性地收缩,血管密度降低,并且更差 与成年小鼠(6-9 个月)相比,老年小鼠(18-24 个月)进行灌注。 PCV结构和功能的恶化是深灰质年龄相关血流损伤的基础 在该项目的目标 1 中,我们将检验 PCV 表现出大脑区域特异性的假设。 衰老过程中结构和功能退化,因为白质距小动脉输入区域更远 在目标 2 中,我们将检验毛细血管周细胞功能障碍导致的假设。 在目标 3 中,我们将检验血管收缩和血流损伤的假设。 法舒地尔可以缓解 PCV 网络中的症状,法舒地尔是一种临床使用的药物,可以降低毛细血管的收缩张力 除了小动脉之外,还有一种去除法舒地尔靶点 rho 激酶的遗传策略,特别是在脑毛细血管中。 周细胞将补充药理学方法,因为它将:(1)推进。 新型成像技术研究小鼠模型白质变性的微血管基础 VCID 和阿尔茨海默病 (2) 深入了解 PCV 的结构和功能。 (3) 深入了解年龄相关的周细胞如何 (4) 产量数据 年龄相关的白质血流损伤是否适合治疗调节。

项目成果

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