磁共振成像验证中的脂肪水幽灵: 一种灵活且可伸缩的协议

摘要

这项工作的目的是描述一个协议, 创建一个实用的脂肪水幻影, 可以定制, 以产生不同的脂肪百分比和体积的幽灵。

摘要

随着新技术的发展, 图像脂肪组织, 验证这种协议的方法变得越来越重要。幽灵, 实验复制品的组织或器官的利益, 提供一个低成本, 灵活的解决方案。然而, 如果没有昂贵和专门的设备, 构建一个高脂肪组分的稳定幽灵(例如, > 50% 脂肪分数水平, 如棕色脂肪组织中看到的), 可能会因为脂质的疏水性而难以使用。这项工作提出了一个详细的, 低成本的协议, 以创建 5x 100 mL 幽灵与脂肪分数的 0%, 25%, 50%, 75% 和100% 使用基本实验室用品 ( 热板, 烧杯等) 和容易接近的成分 (蒸馏水, 琼脂, 水溶性表面活性剂, 苯甲酸钠, 钆-diethylenetriaminepentacetate (DTPA) 对比剂, 花生油, 油溶性表面活性剂)。该议定书的设计是灵活的;它可以用来创建不同的脂肪分数和广泛的体积的幽灵。在可行性研究中评估了用这种技术创建的幽灵, 将脂肪-水磁共振成像的脂肪分数值与构造的幽灵中的目标值进行了比较。本研究取得了 0.998 (95% 置信区间: 0.972-1. 00) 的和谐相关系数。总之, 这些研究表明, 脂肪幽灵的效用, 以验证脂肪组织成像技术在一系列临床相关组织和器官。

引言

使用成像方式 (如磁共振成像) 对脂肪组织和甘油三酯含量进行定量的兴趣扩展到许多领域。研究领域包括调查白色和褐色脂肪组织库和异位储存的脂质在器官和组织, 如肝脏¹, 胰腺², 骨骼肌肉³。随着这些新的脂肪定量技术的发展, 需要方法来证实成像参数对研究和临床应用是有效的。

幽灵, 一个组织或器官的实验复制品, 提供一个低成本, 灵活, 和控制的工具, 以开发和验证成像技术⁴。具体地说, 幽灵可以被构造成由脂肪和水组成的体积比或脂肪分数 (FF) 可比的组织的临床兴趣。临床上, 在组织和器官中的 ff 值可能会有很大变化: 在褐色脂肪组织中的 ff 介于29.7% 和 93.9%⁵之间;脂肪变性患者平均肝 FF 为 18.1, 9.0%⁶;成人的胰腺 FF 在2型糖尿病风险范围在1.6% 和 22.2%⁷之间;在一些晚期疾病的情况下, 杜氏肌营养不良症患者的 FF 价值在某些肌肉中的 90%,⁸。

由于非极性分子, 如脂质在溶液中不能溶解, 如水等极性分子, 创建稳定的幽灵与高目标 FF 仍然是挑战。对于 FF 高达 50%, 许多现有的方法可以用来创建脂肪水幽灵^9,10,11,12。其他实现更高 FFs 的方法通常需要昂贵的设备, 如均质机或超声波细胞干扰器^13,14。尽管这些技术为高 FF 幽灵提供了路线图, 设备限制和不同数量的实验细节限制了创造可重现和健壮的脂肪水幽灵的努力。

在这些以前的技术基础上, 我们开发了一种在可定制的 FF 值范围内构建经济高效、稳定的脂肪水幽灵的方法。此协议详细说明了使用单个热板使 5x 100 毫升的 fat 幻影具有0%、25%、50%、75% 和100% 的 FF 值所需的步骤。它可以很容易地调整, 以创建各种体积 (10 至200毫升) 和脂肪百分比 (0 到 100%)。在比较脂肪-水 MRI FF 值与构造幽灵的目标 FF 值的可行性研究中, 对幻像技术的有效性进行了评价。

研究方案

1. 准备工作站和材料

1. 遵守所有实验室安全规则。戴上眼睛保护手套。阅读每个使用的试剂的材料安全数据表, 并采取适当的预防措施。审查材料和设备清单, 化学处理程序和玻璃器皿的预防措施。
   注意: 此协议要求在高温下使用热板。在与热容器进行交互时, 请小心佩戴耐热手套, 不要接触加热板表面。
2. 清除工作区并用消毒剂清洁表面。洗你的手, 戴上手套。
3. 消毒所有的仪器和所有的玻璃罐子里面, 以减少潜在的污染风险, 并增加幻影的寿命。
   注: 如果幻影将使用超过两天, 定期清洁表面的完整的幻影与乙醇, 以防止细菌生长。

2. 准备水溶液

1. 为水溶液准备工作区。将下列材料和设备放置在工作台上: 毕业气缸, 400 毫升烧杯, 搅拌杆, 鳞片, 2x 重量船, 刮刀, 2x 1.0 毫升注射器用针, 蒸馏水, 钆-diethylenetriaminepentacetate (DTPA) 造影剂,水溶性表面活性剂, 琼脂, 苯甲酸钠。
   注: 注射器可用于或不使用针头。然而, 使用针头将提高测量的准确性, 并有助于防止飞溅时, 内容是添加到水或油溶液。
2. 将搅拌杆放入400毫升烧杯中。使用100或200毫升的刻度筒来测量300毫升蒸馏水并将水倒入烧杯中。将烧杯放在热板上, 并设置在90°c, 搅拌率为 100 rpm。
   注意: 在本协议中使用高温来实现快速的结果。由于溶液不留在热板上很长一段时间, 加热板的设定点温度并不反映溶液的温度。
3. 使用校准的刻度来测量0.30 克苯甲酸钠成一条重船。在水溶液中加入苯甲酸钠。
4. 用注射器测量水溶性表面活性剂的0.6 毫升。确保没有气泡。将针放在溶液中心几毫米, 慢慢释放水溶性表面活性剂, 避免溅在烧杯壁上。
5. 使用干净的注射器, 测量0.24 毫升的钆-DTPA 造影剂。使用与步骤2.4 相同的技术, 将其添加到烧杯中。
   注: DTPA 用于调节幻像的 MRI 松弛特性, 以匹配感兴趣的组织。读者可以调整添加的 DTPA 的体积, 以更好地匹配的松弛性质的组织的兴趣。
6. 测量9.0 克琼脂成一条重船。用铲子慢慢把琼脂舀进烧杯里。
7. 一旦把所有的东西都添加到水溶液中, 增加热板温度到350°c 和搅拌棒速度到 1100 rpm 5-10 分钟融化琼脂。
   1. 要检查琼脂是否熔化, 请简单地从热板中取出水溶液, 停止搅拌, 并检查溶液的颜色。熔化的琼脂应该是清楚的 (没有彩带或团簇) 和黄色或琥珀色。
8. 一旦琼脂完全熔化, 使用注射器或倒约3.5 毫升的水溶液成一个小瓶子。如果测试解决方案没有设置或分离后5-10 分钟, 琼脂没有融化。将热板温度提高回350摄氏度, 并继续加热溶液。
9. 重复步骤 2.8, 直到测试瓶中的水溶液正确设置。
10. 把水溶液放在热板上50摄氏度和 100 rpm。清洁工作空间, 准备油溶液。
    1. 从工作台中取出以下材料: 鳞片, 2x 重量船, 铲, 2x 1.0 毫升注射器用针 (使用), 蒸馏水, 钆 DTPA 对比剂, 水溶性表面活性剂, 琼脂, 苯甲酸钠。
    2. 将下列材料和设备放置在工作台上: 400 毫升烧杯 (清洁), 搅拌棒 (清洁), 2.0 毫升注射器与针, 花生油, 油溶性表面活性剂。

3. 油溶液

1. 将一个新的搅拌条放入一个干净的400毫升烧杯。使用一个毕业的气缸来测量300毫升的花生油和倒入烧杯。除去含有水溶液的烧杯, 将油溶液烧杯放在热板上。设置为90°c, 搅拌率为 100 rpm 1 分钟。
   注: 花生油的使用, 因为它有一个类似的核磁共振谱比甘油三酯在人体脂肪组织¹⁵。
   1. 不要把油放在热板上无人看管。如果油太热, 开始冒烟, 把它从热板上取出, 在将油送到加热板之前降低温度。
2. 用干净的注射器测量3.0 毫升的油溶性表面活性剂。使用步骤2.4 中描述的相同技术, 将油溶性表面活性剂添加到烧杯中。将热板设置为150°c 和 1100 rpm 5 分钟, 完全混合油溶液。
3. 从热板上取油液, 清洁工作区, 准备创建幻影。
   1. 从工作台中取出以下材料: 2.0 毫升注射器 (用针)、花生油和油溶性表面活性剂。
   2. 将下列材料和设备放置在工作台上: 250 毫升锥形瓶、搅拌棒 (清洁)、容积吸管、容积式吸管架和 5x 120 毫升玻璃罐。

4. 创建幻像乳液

1. 准备水和油溶液的容积吸管。吸管应仅与各自的解决方案一起使用, 以防止交叉污染。
   1. 将吸管的大小与协议中使用的卷相匹配。例如, 使用 2x 50 毫升容积吸管 (50 毫升水溶液 + 50 毫升油溶液) 创建一个100毫升幻影与目标 FF 50% 脂肪。
2. 将水溶液放在热板上, 并将热板设置为300°c 和 1100 rpm。4-5 分钟后, 把搅拌器关掉。
3. 使用容积式吸管, 检查水溶液是否可以通过部分填充溶液的小量 (5-10 毫升) 的吸管, 并释放回烧杯中来提取。如果水溶液可以很容易地去除和释放, 而不过量残留在吸管, 移动到下一步, 否则, 留在热板和检查再次在2-3 分钟。
   注: 水溶液的成分更容易设置和分离, 所以最好保持水溶液搅拌和/或温暖尽可能经常。如果水溶液在转移前没有被加热和搅拌, 那么在冷却时, 由于琼脂对凝结的倾向, 就很难测量出准确的体积。
4. 小心地添加一个干净的搅拌条到250毫升锥形瓶。从热板上取水溶液, 测量适当的容积 (表 2), 并将其转移到锥形烧瓶中。
5. 将油溶液放在热板上, 并设置在90°c 和 1100 rpm, 以确保解决方案是均匀的。1-2 分钟后, 从热板中取出油溶液, 用锥形瓶替换。
6. 测量适量的油溶液 (表 2), 并慢慢地添加到水溶液中的锥形瓶。
7. 一旦添加了所有的油溶液, 将温度提高到300摄氏度, 并保持 1100 rpm 的搅拌。搅拌混合溶液4-5 分钟 (应该有漩涡从搅拌杆)。乳液应该是白色的, 有奶油质地。
8. 使用磁性搅拌条猎犬移除搅拌条。
   注: 搅拌棒猎犬应用于去除所有未来乳液的搅拌条。在每次使用之间彻底清洗。
9. 使用耐热手套小心倒入锥形瓶中的混合物成一个干净的120毫升玻璃罐子。慢慢地将混合物倒在玻璃罐的一侧, 以防混合物中的气泡冷却。
10. 清洁锥形瓶和搅拌棒, 然后重复步骤 4.2-4.8, 调整水和油溶液的数量, 直到所有的幽灵被创造。
    注意: 清洁前要确保玻璃冷却。

结果

如果正确地准备了水溶液, 少量的溶液应该凝结快速地在一个测试瓶中 (图 1,左)。如果解决方案分离 (图 1,右), 则应再次准备解决方案 (按照协议步骤3.8 中的指示)。如果乳液分离 (图 2中的例子,左和右), 幻影是不可行的, 应该被丢弃。当这种情况发生时, 通常是因为乳?...

讨论

我们描述了一种健壮的方法来创建脂肪水幽灵, 适合验证的医学成像技术, 用于量化脂肪组织和甘油三酯含量的体内。通过创建两个水库 (一个用于石油解决方案, 一个用于水溶液), 在不需要昂贵设备的情况下建造了各种 FF 值 (包括超过50% 的值) 的稳定幽灵。高 ff 幽灵 (> 50%) 提供的效用, 以确保脂肪定量成像技术是有效的组织或器官的高 FF 值, 如褐色脂肪组织⁵。对 FSF 的 MRI ...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Distilled Water	Amazon	B000P9BY38	Base of water solution
Agar	Sigma Aldrich Incorporated	A1296-100G	Gelling agent
Water-Soluble Surfactant	Sigma Aldrich Incorporated	P1379-500ML	Surfactant/emulsifying agent
Gadolinium-DTPA Contrast Agent	Bayer Healthcare	50419-0188-01	Magnetic Resonance Imaging Contrast Agent.
Sodium Benzoate	Sigma Aldrich Incorporated	71300-250G	Preservative
Peanut Oil	Amazon	54782-LOU	Base of oil solution
Oil-Soluble Surfactant	Sigma Aldrich Incorporated	S6760-250ML	Surfactant/emulsifying agent
Hotplate w/ Stirrer	Fisher Scientific	07-770-152
Stir bars (Egg-Shaped)	Sigma Aldrich Incorporated	Z127116-1EA
400 mL Beaker	Sigma Aldrich Incorporated	CLS1003400-48EA
250 mL Erlenmeyer Flask	Sigma Aldrich Incorporated	CLS4450250-6EA
25 mL Glass Volumetric Pipette	Fisher Scientific	13-650-2P	Quantity = 2
50 mL Glass Volumetric Pipette	Fisher Scientific	13-650-2S	Quantity = 2
75 mL Glass Volumetric Pipette	Fisher Scientific	13-650-2T	Quantity = 2
3.0 mL Syringe	Sigma Aldrich Incorporated	Z248002-1PAK
1.0 mL Syringe	Sigma Aldrich Incorporated	Z230723-1PAK
Spatula	Sigma Aldrich Incorporated	S3897-1EA
Scale (100g X 0.01g Resolution)	Amazon	AWS-100-BLK
Weigh Boats	Sigma Aldrich Incorporated	Z740499-500EA
120 mL Glass Jars	McMaster Carr Supply Co	3801T73
Heat Resistant Gloves (pair)	Amazon	B075GX43MN
Syringe Needles	Sigma Aldrich Incorporated	Z192341-100EA
18" stir bar retriver	Fisher Scientific	14-513-70
1 Dram Clear Glass Vial	Fisher Scientific	03-339-25B