Fueling the future: Valeric esters can be produced by acid hydrolysis of lignocellulose to levulinic acid, followed by hydrogenation to valeric acid and its subsequent esterification (see scheme). Valeric biofuels are fully compatible for blending with gasoline or diesel, and have passed a road trial of 250 000 km. At the beginning of the 21st century mankind is facing an energy challenge as a consequence of the world’s increasing energy demand, the depletion of “easy” oil and gas fields, and the impact of CO2 emissions on the Earth’s climate (“three hard truths”).1 Much research is therefore being devoted to the exploration and development of new, carbon-lean energy sources. These include biofuels, which are the most promising option for the transportation sector in the coming decades.2 The first generation of biofuels is presently produced from sugars, starches, and vegetable oil. Although instrumental in developing the market, these biofuels are not likely to deliver the large volumes needed for the transport sector because they directly compete with food for their feedstock. A more promising feedstock is lignocellulosic material, which is more abundant, has a lower cost, and is potentially more sustainable.3 Lignocellulose is recalcitrant and, therefore, requires complex and expensive processes for upgrading to biofuels.4 Interestingly, it has been claimed that levulinic acid (LA) can be easily and cheaply produced from lignocellulosic materials by using a simple and robust hydrolysis process.5 Several LA derivatives have been proposed for fuel applications, for instance ethyl levulinate (EL), γ-valerolactone (gVL), and methyl tetrahydrofuran (MTHF).5, 6 However, these components do not exhibit satisfactory properties when blended in current fuels. Herein, we present a new platform of LA derivatives, the “valeric biofuels”, which we have been developing since 2004 and which can deliver both gasoline and diesel components that are fully compatible with transportation fuels. The manufacture of valeric biofuels (Scheme 1) consists of the acid hydrolysis of lignocellulosic materials to LA, the hydrogenation of the acid to gVL and valeric acid (VA), and finally esterification to alkyl (mono/di)valerate esters. One of these steps, the hydrogenation of gVL to VA (Scheme 1, step 3), has not been reported in the literature and was developed in our laboratory. All the other steps are known but were nevertheless revisited and, wherever possible, improved. This holds for the acid-catalyzed hydrolysis of lignocellulose to LA,5, 7 the hydrogenation of LA to gVL with the use of supported metal catalysts,8 as well as the familiar esterification of carboxylic acids. Herein, we present the main results of the hydrogenation of gVL to VA (Scheme 1, step 3), key improvements in the hydrogenation of LA to gVL (step 2), options for integrating steps 2–4, and finally a thorough evaluation of the fuel performance of the resulting valeric biofuels. Details of the experimental procedures and secondary results are available in the Supporting Information. Platform of valeric biofuels: reaction scheme and key performance factors for the individual process steps (selectivity [mol %], productivity [tproduct m−3reactor h−1], and concentration [wt %]). EV: ethyl valerate; EG: ethylene glycol; PG: propylene glycol; IER: acidic ion-exchange resin. gVL is a relatively stable product under hydrogenation conditions. It was, nevertheless, hydrogenated to VA in the presence of bifunctional catalysts that contain both hydrogenation and acidic functions. An evaluation of about 150 catalysts in a continuous high-pressure plug-flow reactor identified Pt-loaded SiO2-bound H-ZSM-5 as a very effective catalyst (Figure 1 a). However, good yields were also achieved with other zeolites and hydrogenation metals. Promising zeolites included the small-pore TON, the medium-pore PSH-3 (also called MCM-22), and the large-pore mordenite and Beta. The acidic zeolites can be replaced by other strong or weak solid acids, such as W/ZrO2 and amorphous silica–alumina (ASA). Clearly, the conversion of gVL to VA is not very demanding in terms of “shape selectivity” or acid strength. Pt, Pd, and Rh from among the noble metals are all particularly active; however, Rh was not desirable because it co-produced significant amounts of gas. Alloying Pt or Pd with other noble metals did not deliver measurable improvements. Conversion of gVL to VA over Pt/H-ZSM-5/SiO2 catalysts. a) Conversion and selectivity; b) long-term operation with multiple regeneration by hot H2 strips at 10 bar H2 and 400 °C (0.7 % metal loading; run conditions: 250 °C, 10 bar, H2/gVL molar ratio 9:1, weight hourly space velocity (WHSV)=2 h). C5−: C1–C4 hydrocarbons, PV: pentyl valerate, PeOH: 1-pentanol. The reaction mechanism of step 3 (Scheme 1) is believed to proceed by acid-catalyzed ring opening of gVL to pentenoic acid and subsequent hydrogenation to VA (Scheme 2). The production of VA requires a balancing of the acidic and hydrogenation functionalities of the catalyst: changing the metal/zeolite ratio either increases the co-production of pentenoic acid (low metal loading) or favors the formation of MTHF, pentanal/pentanol, and/or pentane/butane (high metal loading). Pentyl valerate (PV) was observed as a minor co-product (Figure 1 a) and is likely to have formed by the esterification of VA with an over-hydrogenation product, such as 1-pentanol or MTHF. For instance, co-feeding MTHF to the gVL feed resulted in a significant increase in PV production. Probable reaction mechanism for the conversion of gVL to VA over bifunctional catalysts. Catalyst extrudates of Pt/ZSM-5 bound with SiO2 (1.6 mm diameter) were operated with high activity (differential VA productivity of approximately 2 gVA gcat−1 h−1) and high selectivity (>90 mol %). This performance could be maintained for more than 1500 h with intermittent catalyst regeneration under hot H2 and/or airflow at 400 °C (Figure 1 b). Once unloaded, the spent catalyst showed marginal loss of Pt and Al (from the zeolite framework), marginal decrease in support surface area, and no measurable loss of mechanical strength of the catalyst extrudates. Pt/ASA catalysts were also very promising candidates. Although they had a lower initial activity, they showed no sign of deactivation over runs of 200–300 h. Their stability is tentatively attributed to their weaker acidity, which may facilitate the desorption of reactive intermediates, such as pentenoic acid, and thereby depress their tendency to form oligomeric deposits that poison the catalyst surface. The literature available on the hydrogenation of LA to gVL (Scheme 1, step 2) provides no information on the long-term stability of the catalysts or their resistance to leaching when operating in liquid LA.8 These issues were addressed through leaching tests of various supports, catalyst evaluation over >100 h, and analysis of spent catalyst samples. Carbon supports are known to resist aggressive aqueous media but do not survive frequent regeneration by coke burn-off. Preference was therefore given to SiO2, TiO2, and ZrO2 supports, which are stable to “decoking” conditions and appeared to retain their integrity after a week’s exposure to hot carboxylic acid (LA or VA). This contrasts with other oxidic materials (e.g., alumina, silica–alumina, and oxides of magnesium, barium, and antimony) that are leached or even dissolve under these conditions. Evaluation of some 50 catalysts showed the best performance was with Pt supported on TiO2 or ZrO2: LA was hydrogenated with high activity (differential productivity 10 ggVL gcat−1 h−1), high selectivity to gVL (>95 mol %), and marginal deactivation over 100 h (Figure 2). The main by-products, VA and MTHF, were formed with <0.5 mol % selectivity. Carbon and SiO2 supports provided a tenth of the activity observed with TiO2 and ZrO2 supports (see the Supporting Information). Pd-based catalysts also showed a much lower activity and selectivity than their Pt counterparts. Alloying the Pt with other noble metals did not improve catalytic performance (see the Supporting Information). Finally, the resistance to leaching was further confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy analyses of spent Pt/TiO2 and PtRe/ZrO2 catalysts, which showed no significant decrease of Pt/Ti or Pt/Re/Zr ratios, and thereby no significant loss or sintering of active metal. Hydrogenation of LA to gVL over Pt/TiO2 (1 wt % metal, 200 °C, 40 bar H2, H2/LA molar ratio 5:1, WHSV=9 h). The four-step process discussed so far provides flexibility and robustness, which are invaluable in work toward deploying a novel technology. However, options for future cost reductions through process integrations have additionally been identified; for example, combining the LA and VA hydrogenation steps with the possibility of even integrating the esterification step. These schemes are described in the Supporting Information; however, one of them is worth presenting here. This is the single-step conversion of gVL to PV, which is a promising diesel component (see below). PV was indeed produced with 20–50 % selectivity upon passing gVL over Pt or Pd/TiO2 catalysts at 275–300 °C (see the Supporting Information). Pt-based catalysts tend to provide higher PV/VA ratios but also produce more undesired light hydrocarbons. VA can be recycled to the reactor for further conversion to PV. Note that PV can also be co-produced over bifunctional VA catalysts (e.g., Pt/ZSM-5) upon increasing the hydrogenation activity to produce more MTHF and/or pentanal, and recycling these co-products over the reactor for upgrading to PV. Beyond developing the manufacturing route, we also carried out a thorough study of the fuel properties of the “valeric biofuels”. In a first step, we focused on their compatibility with current fuels. The components that fail on these criteria would require modifications of vehicles and/or the distribution network and would, therefore, suffer from a slow and costly deployment. Fuel compatibility was assessed against a few basic properties such as polarity, (volumetric) energy content, boiling point, and ignition indices, for example octane or cetane number (CN) for gasoline and diesel, respectively (Figure 3). The components that successfully passed this screening were then evaluated against additional properties, such as oxidation stability, fouling tendency, corrosion, lubricity, water affinity, and response to conventional fuel additives. Screening parameters for fuel performance (MV, EV, PrV, and PV: methyl, ethyl, propyl, and pentyl valerates, respectively). The blending research octane number (BRON) values of PrV, PV, and fatty acid methyl ester (FAME) are estimated from a CN–RON correlation;10 gray shading represents the property windows of hydrocarbon fuels. Valeric biofuels passed all these tests (Figure 3). They have acceptable energy densities and more appropriate polarities than current and alternative candidate biofuels (ethanol, n-butanol, EL, gVL, and MTHF). Their volatility–ignition properties make them compatible for either gasoline or diesel applications, depending on their alkyl chain length. For example, regular gasoline splash blended with ethyl valerate (EV) at 10 and 20 vol % still meets the research (RON) and motor octane number (MON) specification for European gasoline (EN 228; see the Supporting Information). The relatively low polarity of EV makes it less sensitive to elastomer swell or water pickup than EtOH or EL (Figure 4). EV also offers the advantages of a higher energy density and lower blending volatility (dry vapor pressure equivalent, DVPE) than EtOH. This eliminates the need to remove light hydrocarbons from the base fuel prior to introducing the biocomponent. Interestingly, ethyl pentenoate (EP), which is readily produced from gVL,9 is also a promising gasoline component; it presented better octane properties than its saturated analogue EV without showing detrimental effects on other properties. Fuel performance of EV, ethanol (EtOH), and EL blended at 5 % in gasoline (the water affinity is measured for neat biofuel). RVP: Reid vapor pressure. Heavier esters, such as butyl and pentyl valerates, showed polarity, volatility, and ignition properties that are suitable for diesel (Figure 3). PV has better volatility and cold-flow property match with diesel than FAME. However, this is at the cost of a lower energy density. Di- and trivalerates, which can be produced by esterifying VA with ethylene and propylene glycols as well as glycerol, are compatible with diesel with respect to solubility and volatility. However, their modest cetane properties become limiting to the blend ratio at which they can be used in diesel. All these heavy valerate esters are soluble in diesel to high concentrations, a feature that does not apply to heavy levulinates (e.g., pentyl levulinate, PL). Valerate esters, such as FAME, provide lubricity benefits to diesel. The fuel evaluation was complemented by a road trial run on a blend of 15 vol % EV in regular gasoline. The trial was based on ten vehicles (both new and used cars) that are representative of current market technologies. Mileage was accumulated by contract drivers who followed a mixed driving pattern (500 km day−1) for a cumulative distance of 250 000 km. Attention was paid to exhaust emissions, performance, drivability, oil quality, status of engine and fuel lines, and information from the engine management system (see the Supporting Information). The presence of EV in gasoline showed no measurable impact on engine wear, oil degradation, vehicle durability, engine deposits, or regulated tailpipe emissions (EURO 4 and 5 specifications). Some power benefits were realized as a result of the good octane properties of EV. However, the lower energy density did result in a small loss in volumetric fuel economy compared to nonoxygenated gasoline. The 15 vol % EV blend was stable over the four-month period of the test and had no negative impact on the fuel storage and dispensing equipment (tanks, pipes, pumps, and filters). In summary, valeric esters represent a new class of cellulosic biofuels that can outperform previously identified candidate molecules in terms of both their manufacture and fuel properties. The initial production step, LA manufacture, is simple and robust. However, it is the advance in the conversion of LA to VA that has opened up the complete manufacturing process. The valeric platform potentially offers cellulosic biofuels that can be used as components in both gasoline and diesel up to high blend ratios. Note added upon revision: The potential of LA and gVL as intermediates for biofuel manufacture is further confirmed by a paper that appeared during revision of this communication. It reports the conversion of gVL to kerosene- and diesel-range hydrocarbons through decarboxylation to butenes and subsequent butene oligomerization.11 The catalysts were prepared by incipient wetness impregnation of various supports with soluble salts of noble metals, followed by drying at 120 °C and calcination at approximately 450 °C. The supports were commercial extrudates, where available, or based on commercial powders that were extruded in our laboratory. The catalytic tests were carried out in high-pressure steel or Hastelloy reactors equipped with liquid feed pumps, gas manifold, and cold gas–liquid product separators. The catalysts were loaded either as full extrudates or as 0.2–0.5 mm crushed particles, diluted with inert particles of SiC. The catalysts were reduced under H2 flow at atmospheric pressure and 300 °C prior to operation. The liquid product was collected and analyzed off-line by means of gas chromatography. The gaseous products were analyzed on-line by gas chromatography. More details of the procedures are reported in the Supporting Information. Detailed facts of importance to specialist readers are published as ”Supporting Information”. Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Background —Our aim was to observe ultrasound-induced intravascular microbubble destruction in vivo and to characterize any resultant bioeffects. Methods and Results —Intravital microscopy was used to visualize the spinotrapezius muscle in 15 rats during ultrasound delivery. Microbubble destruction during ultrasound exposure caused rupture of ≤7-μm microvessels (mostly capillaries) and the production of nonviable cells in adjacent tissue. The number of microvessels ruptured and cells damaged correlated linearly ( P <0.001) with the amount of ultrasound energy delivered. Conclusions —Microbubbles can be destroyed by ultrasound, resulting in a bioeffect that could be used for local drug delivery, angiogenesis, and vascular remodeling, or for tumor destruction.

Background —We have previously shown that the application of ultrasound to thin-shelled microbubbles flowing through small microvessels (<7 μm in diameter) produces vessel wall ruptures in vivo. Because many intravascular drug- and gene-delivery vehicles are limited by the endothelial barrier, we hypothesized that this phenomenon could be used to deliver drug-bearing vehicles to tissue. Methods and Results —An exteriorized rat spinotrapezius muscle preparation was used. Intravascular fluorescent red blood cells and polymer microspheres (PM) (205 and 503 nm in diameter) were delivered to the interstitium of rat skeletal muscle through microvessel ruptures created by insonifying microbubbles in vivo. On intravital microscopy, mean dispersion areas per rupture for red blood cells, 503-nm PM, and 205-nm PM were 14.5×10 3 μm 2 , 24.2×10 3 μm 2 , and 27.2×10 3 μm 2 , respectively. PM dispersion areas were significantly larger than the mean dispersion area for red blood cells ( P <0.05). Conclusions —Microvessel ruptures caused by insonification of microbubbles in vivo may provide a minimally invasive means for delivering colloidal particles and engineered red blood cells across the endothelial lining of a targeted tissue region.

Abstract Focused ultrasound (FUS) mediated blood brain barrier disruption (BBBD) is a promising strategy for the targeted delivery of systemically-administered therapeutics to the central nervous system (CNS). Pre-clinical investigations of BBBD have been performed on different anesthetic backgrounds; however, the potential influence of the choice of anesthetic on the molecular response to BBBD is unknown, despite its potential to critically affect interpretation of experimental therapeutic outcomes. Here, using bulk RNA sequencing approaches, we comprehensively examined the transcriptomic response of both normal brain tissue and brain tissue exposed to FUS-induced BBBD in mice anesthetized with either isoflurane with medical air (Iso) or ketamine/dexmedetomidine (KD). In normal murine brain tissue, Iso alone elicited minimal differential gene expression (DGE) and repressed pathways associated with neuronal signaling. KD alone, however, led to massive DGE and enrichment of pathways associated with protein synthesis. In brain tissue exposed to BBBD (1 MHz, 0.5 Hz pulse repetition frequency, 0.4 MPa peak-negative pressure), we systematically evaluated the relative effects of anesthesia, microbubbles, and FUS on the transcriptome. Of particular interest, we observed that gene sets associated with sterile inflammatory responses and cell-cell junctional activity were induced by BBBD, regardless of the choice of anesthesia. Meanwhile, gene sets associated with metabolism, platelet activity, tissue repair, and signaling pathways, were differentially affected by BBBD, with a strong dependence on the anesthetic. We conclude that the underlying transcriptomic response to FUS-mediated BBBD may be powerfully influenced by anesthesia. These findings raise considerations for the translation of FUS-BBBD delivery approaches that impact, in particular, metabolism, tissue repair, and intracellular signaling.

We introduce a two-pronged strategy comprising focused ultrasound (FUS)-mediated blood–brain barrier (BBB) opening and long-circulating biodegradable nanoparticles (NPs) for systemic delivery of nucleic acids to the brain. Biodegradable poly(β-amino ester) polymer-based NPs were engineered to stably package various types of nucleic acid payloads and enable prolonged systemic circulation while retaining excellent serum stability. FUS was applied to a predetermined coordinate within the brain to transiently open the BBB, thereby allowing the systemically administered long-circulating NPs to traverse the BBB and accumulate in the FUS-treated brain region, where plasmid DNA or mRNA payloads produced reporter proteins in astrocytes and neurons. In contrast, poorly circulating and/or serum-unstable NPs, including the lipid NP analogous to a platform used in clinic, were unable to provide efficient nucleic acid delivery to the brain regardless of the BBB-opening FUS. The marriage of FUS-mediated BBB opening and the long-circulating NPs engineered to copackage mRNA encoding CRISPR-associated protein 9 and single-guide RNA resulted in genome editing in astrocytes and neurons precisely in the FUS-treated brain region. The combined delivery strategy provides a versatile means to achieve efficient and site-specific therapeutic nucleic acid delivery to and genome editing in the brain via a systemic route.

BACKGROUND Cerebral cavernous malformations (CCM) are vascular lesions within the central nervous system, consisting of dilated and hemorrhage-prone capillaries. CCMs can cause debilitating neurological symptoms, and surgical excision or stereotactic radiosurgery are the only current treatment options. Meanwhile, transient blood-brain barrier opening (BBBO) with focused ultrasound (FUS) and microbubbles is now understood to exert potentially beneficial bioeffects, such as stimulation of neurogenesis and clearance of amyloid-β. Here, we tested whether FUS BBBO could be deployed therapeutically to control CCM formation and progression in a clinically-representative murine model. METHODS CCMs were induced in mice by postnatal, endothelial-specific Krit1 ablation. FUS was applied for BBBO with fixed peak-negative pressures (PNPs; 0.2-0.6 MPa) or passive cavitation detection-modulated PNPs. Magnetic resonance imaging (MRI) was used to target FUS treatments, evaluate safety, and measure longitudinal changes in CCM growth after BBBO. RESULTS FUS BBBO elicited gadolinium accumulation primarily at the perilesional boundaries of CCMs, rather than lesion cores. Passive cavitation detection and gadolinium contrast enhancement were comparable in CCM and wild-type mice, indicating that Krit1 ablation does not confer differential sensitivity to FUS BBBO. Acutely, CCMs exposed to FUS BBBO remained structurally stable, with no signs of hemorrhage. Longitudinal MRI revealed that FUS BBBO halted the growth of 94% of CCMs treated in the study. At 1 month, FUS BBBO-treated lesions lost, on average, 9% of their pre-sonication volume. In contrast, non-sonicated control lesions grew to 670% of their initial volume. Lesion control with FUS BBBO was accompanied by a marked reduction in the area and mesenchymal appearance of Krit mutant endothelium. Strikingly, in mice receiving multiple BBBO treatments with fixed PNPs, de novo CCM formation was significantly reduced by 81%. Mock treatment plans on MRIs of patients with surgically inaccessible lesions revealed their lesions are amenable to FUS BBBO with current clinical technology. CONCLUSIONS Our results establish FUS BBBO as a novel, non-invasive modality that can safely arrest murine CCM growth and prevent their de novo formation. As an incisionless, MR image-guided therapy with the ability to target eloquent brain locations, FUS BBBO offers an unparalleled potential to revolutionize the therapeutic experience and enhance the accessibility of treatments for CCM patients.

Abstract BACKGROUND Cerebral cavernous malformations (CCMs) are vascular neoplasms in the brain that can cause debilitating symptoms. Current treatments pose significant risks to some patients, motivating the development of new nonsurgical options. We recently discovered that focused ultrasound-mediated blood-brain barrier opening (FUS) arrests CCM formation and growth. Here, we build on this discovery and assess the ability of FUS to deliver model therapeutics into CCMs. METHODS Quantitative T1 mapping MRI sequences were used with 1 kDa (MultiHance; MH) and 17 kDa (GadoSpin D; GDS) contrast agents to assess the FUS-mediated delivery and penetration of model small molecule drugs and biologics, respectively, into CCMs of Krit1 mutant mice. RESULTS FUS elevated the rate of MH delivery to both the lesion core (4.6-fold) and perilesional space (6.7-fold). Total MH delivery more than doubled in the lesion core and tripled in the perilesional space when FUS was applied immediately prior to MH injection. For the model biologic drug (i.e. GDS), FUS was of greater relative benefit, resulting in 21.7-fold and 3.8-fold delivery increases to the intralesional and perilesional spaces, respectively CONCLUSIONS FUS is capable of impelling the delivery and penetration of therapeutics into the complex and disorganized CCM microenvironment. Benefits to small molecule drug delivery are more evident in the perilesional space, while benefits to biologic delivery are more evident in CCM cores. These findings, when combined with ability of FUS alone to control CCMs, highlight the potential of FUS to serve as a powerful non-invasive therapeutic platform for CCM.

Abstract The Wnt pathway plays critical roles in neurogenesis. The expression of Axin2 is induced by Wnt/β-catenin signaling, making this gene a sensitive indicator of canonical Wnt activity. We employed pulse-chase genetic lineage tracing with the Axin2-CreERT2 allele to follow the fate of Axin2 -positive cells in the adult hippocampal formation. We found Axin2 expressed in astrocytes, neurons and endothelial cells, as well as in the choroid plexus epithelia. Simultaneously with tamoxifen induction of Axin2 fate mapping, the dividing cells were marked with 5-ethynyl-2’-deoxyuridine (EdU). Tamoxifen induction resulted in significant increase of dentate gyrus granule cells three months later; however, none of these neurons contained EdU signal. Conversely, six months after the tamoxifen/EdU pulse-chase labeling, EdU-positive granule neurons were identified in each animal. Our data imply that Axin2 is expressed at several different stages of adult granule neuron differentiation and suggest that the process of integration of the adult-born neurons from certain cell lineages may take longer than previously thought.

Boiling histotripsy (BH), a mechanical focused ultrasound ablation strategy, can elicit intriguing signatures of anti-tumor immunity. However, the influence of BH on dendritic cell function is unknown, compromising our ability to optimally combine BH with immunotherapies to control metastatic disease. Here, by applying BH to B16F10 melanoma expressing a ZsGreen antigen in a monotherapy protocol that elicits abscopal tumor control, we observed a marked increase in antigen acquisition by multiple phagocytic immune cells, including conventional dendritic cells (i.e. cDC1s and cDC2s), in tumor draining lymph nodes. Further, BH activated (CD86 expression) cDC1s and cDC2s in a tumor antigen-dependent fashion and liberated an antigen complex that likely contains a DAMP(s). In all, these results shed considerable light on how BH influences the cancer immunity cycle and offer new insight into how to best combine BH with immunotherapies.

Abstract Cerebral cavernous malformations (CCM), also known as cavernous angiomas, are blood vessel abnormalities comprised of clusters of grossly enlarged and hemorrhage-prone capillaries. The prevalence in the general population, including asymptomatic cases, is estimated to be 0.5%. Some patients develop severe symptoms, including seizures and focal neurologic deficits, while others have no symptoms. The causes of this remarkable presentation heterogeneity within a primarily monogenic disease remain poorly understood. To address this problem, we have established a chronic mouse model of CCM, induced by postnatal ablation of Krit1 with Pdgfb -CreERT. These mice develop CCM lesions gradually over 4-6 months of age throughout of the brain. We examined lesion progression in these mice with T2-weighted 7T MRI protocols. Precise volumetric analysis of individual lesions revealed non-monotonous behavior, with some lesions temporarily growing smaller. However, the cumulative lesional volume invariably increased over time and accelerated after about 3 months. Next, we established a modified protocol for dynamic contrast enhanced (DCE) MR imaging and produced quantitative maps of gadolinium tracer MultiHance in the lesions, indicating a high degree of heterogeneity in lesional permeability. Multivariate comparisons of MRI properties of the lesions with cellular markers for endothelial cells, astrocytes, and microglia revealed that increased cell density surrounding lesions correlates with stability, while increased vasculature within and surrounding lesions may correlate with instability. Our results lay a foundation for better understanding individual lesion properties and provide a comprehensive pre-clinical platform for testing new drug and gene therapies for controlling CCM.