Name: use of a multi-compartment dynamic single enzyme phantom for studies of hyperpolarized magnetic resonance agents
Uploaded: 2016-04-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
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이 작품은 CPRIT 부여 (RP140021-P5)과 줄리아 존스 매튜스 암 연구 학자 CPRIT 연구 훈련 상 (RP140106, CMW)에 의해 지원되었다.

참고 : (팬텀 설계) 두 3 ㎖ 챔버 Ultem의에서 가공 및 사출 및 배기 용 PEEK 튜브 (1.5875 mm 외경과 0.762 mm의 ID)를 장착 하였다. 챔버 물 (그림 1) 가득 50 ML의 원심 분리 관에 넣었다. 거품에 의해 생성 된 신호 공극을 방지하기 위해, 챔버와 라인은 탈 이온수 (DH 2 O) 사전 충전 하였다. 1. 솔루션 준비 <ol><li> 1 L의 완충액 (81.3 mM 트리스 pH가 7.6, 203.3 밀리미터의 NaCl)를 준비한다. 아웃 11.38 g 후, Trizma 사전 결정의 pH 7.6와 11.88 g의 NaCl을 달아 DH 2 O 1 L에 용해 </li><li> 50 mM의 NADH 솔루션을 준비합니다. β - 니코틴 아마이드 아데닌 다이 뉴클레오타이드 (NADH), 감소 된 칼륨 염 17.8 밀리그램을 달아 단계에서 제조 된 완충액 280 μL에 용해. </li><li> 250 U / ml의 효소 솔루션을 준비합니다. 락 테이트 탈수소 효소 (LDH)의 활성 78.75 단위를 계량 및 S로부터 315 ㎕의 버퍼에 녹여하나를 TEP. </li><li> 피루브산 믹스를 준비합니다. 21.4 mg의 Ox063 트리 틸 라디칼을 달아 (~ 1 ㎖) [1- (13) C] 피루브산 1.26 g에 용해. </li><li> 용해 미디어를 준비합니다 (40 mM 트리스의 pH 7.6, 40 mM의 수산화 나트륨, 0.27 mM의 EDTA, 50 mM의 염화나트륨). 후, Trizma 미리 결정 산도 7.6의 5.96 g, 수산화 나트륨 1.6 g, 0.1 g 에틸렌 디아민 테트라 아세트산이 나트륨 염에 탈수 (EDTA) 및 2.9 g의 NaCl을 달아 1 L의 DH 2 O.에 용해 </li><li> 1시 10분 gadoteridol 수용액 (50 mm)를 준비한다. DH 2 O. 9 μL에 gadoteridol 1 μl를 혼합 8 M [13 C] 우레아의 제조. 1.465 (5) [13 C] 요소를 달아 3 ㎖ DH 2 O.에 용해 </li></ol> 과분극 피루브산 2. 준비 <ol><li> 동적 핵 분극 (DNP) 시스템 피펫 gadoteridol 용액 0.3 μL와 피루브산 용액을 13 mg의 (~ 10 μL)에 대한 샘플 컵. </li><li> 간단히 피펫 팁과 샘플 컵이 혼합물을 교반한다. &lt;/ 리&gt; <li> DNP 시스템에 샘플을 삽입합니다. <ol><li> DNP 시스템의 문을 확인하는 폐쇄된다. DNP 시스템 콘솔에 삽입 샘플 버튼을 클릭하여 샘플 삽입 프로세스를 시작합니다. 샘플 마법사에서 다음 정상 시료를 선택하고 Enter 키를 누릅니다. </li><li> 샘플 컵을 유지하는 것은 수직 부드럽게 샘플 컵의 맨 위에 삽입 막대를 배치합니다. 메시지가 표시되면 DNP 시스템을 열고 삽입 막대를 사용하여 변수 온도 인서트 (VTI)로 컵을 삽입합니다. </li><li> 가변 온도 인덱스 시료를 해제 검체 삽입로드의 단부에 상기 플런저 당겨. 시스템에서 샘플 삽입 막대를 제거하고 DNP 시스템 콘솔에서 다음 버튼을 클릭합니다. </li></ol></li><li> 편광를 시작합니다. <ol><li> DNP 시스템 콘솔에 시작 편광 버튼을 클릭합니다. RINMR 소프트웨어 유형 .HYPERSENSENMR에서 소프트웨어를 모니터링 편광를 시작합니다. 1 구성을 구축하고 Enter 키를 누릅니다 설정합니다. 그리고 고체 빌드를 클릭 유피. </li><li> 저장 파일의 위치와 이름을 설정합니다. DNP 시스템 콘솔에 탭 드롭 다운 13-C에 대한 프로파일을 선택하고 다음을 클릭합니다. 300 초에 축적하는 동안 설정 샘플 시간을 샘플링하고 마침을 클릭 상자를 선택합니다. </li></ol></li><li> 3.85 g을 측정 (~ 4 ml)에 용해 매체 중 5 ML의 주사기와 부피 또는 규모를 사용하여 중량. </li></ol> 효소 팬텀 3. 준비 <ol><li> ~ 3 ㎖ [13 C] 우레아 용액과 microcentrifuge 관을 입력하고 50 ㎖ 원심 분리 튜브에 넣습니다. DH 2 O.로 50 ML의 원심 분리기 튜브를 입력 </li><li> 형성하는 거품을 플러시 돌보는, 3 ㎖ DH 팬텀의 주입 라인에 2 O ~ 주입하여 두 효소 챔버와 DH 2 O와 라인을 사전 입력합니다. </li><li> 사출 라인에 쉽게 접근 할 수있는 자석의 중심에 팬텀를 놓습니다. T로 밖으로 배출됩니다 액체를 잡기 위해 약간의 용기가 있는지 확인<html> 배기 라인을 그. </li><li> 고 활성 효소 혼합물 (17.14 mM의 NADH, 44.57 U / ㎖의 LDH)를 준비합니다. 동시에 240 ㎕를 NADH 용액, 125 μL의 LDH 용액 및 335 ㎕의 완충액을 혼합하고 주입 라인에 부착 될 수있는 3 ㎖ 주사기 유지. 참고 : DNP 시스템에서 40 mM의 피루브산의 500 μL와 결합되면, 최종 팬텀 볼륨 ~ 16.7 mM의 피루브산, 10 mM의 NADH, pH를 가진 트리스 완충 용액에 26 U / L의 LDH의 농도가 1.2 ml의 것입니다 7.5. </li><li> 낮은 활성 효소 혼합물 (17.14 mM의 NADH 26.79 U / ㎖의 LDH) 함께 240 ㎕의 NADH 솔루션, 75 μL의 LDH 용액 385 μL 버퍼를 혼합하고 주입 라인에 부착 할 수있는 별도의 3 ML의 주사기에 유지를 준비합니다. 참고 : DNP 시스템에서 40 mM의 피루브산의 500 μL와 결합하면 최종 팬텀 볼륨 ~ 7.5 16.7 mM의 피루브산, 10 mM의 NADH의 농도가 1.2 ml의 pH를 가진 트리스 완충 용액에서 15.625 U / L의 LDH 될 것입니다 . </li></ol>jove_title &quot;&gt; 4. 어떤 품질 보증 (QA) 및 위치 검사를 실행 <ol><li> 초기 위치. <ol><li> 동작 모드 [1 H] TX / RX 볼륨 모드에서 새 FLASH 위치 검색을로드합니다. 2 설정 크기를 변경합니다 분광계 관리 도구 -&gt; 편집 GS -&gt; 설정 치수 -&gt; 2. 분광계 제어에 GSP와 자석의 중앙까지 팬텀 이동합니다. 분광계 제어에 다음을 눌러 STOP을 눌러 GOP. </li></ol></li><li> 파일럿 스캔. <ol><li> 동작 모드 [1 H] TX / RX 볼륨 모드에서 새 TriPiolt 위치 검색을로드합니다. 위치 조각 : 스캔 제어 -&gt; 슬라이스 도구 -가&gt; 조각을 이동 (, 슬라이스 패키지 슬라이더 이동을 선택 슬라이스 M에게 키 클릭과 드래그를 개최). </li><li> 워블 1 H 코일 : 분광계 관리 도구 -&gt; ACQ -&gt; 워블. 조정 및 자석 누릅니다 STOP 뒤에 경기 1 H 코일. 시프트 키를 눌러에게 주사 제어 창에서 신호등을 누른 상태. </li></ol></li></ol><p클래스 = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. 레이디 얼 에코 평면 스펙트럼 이미징 스캔 설정 <ol><li> 새로운 반경 에코 평면 분광 이미징로드 (radEPSI)의 동작 모드 [13 C] TX / RX 볼륨 모드로 스캔합니다. 위치 조각 : 스캔 제어에 조각 도구와 이동 조각 (; 슬라이스 패키지 슬라이더 이동을 선택 슬라이스 M에게 키 클릭과 드래그를 개최). </li><li> 분광계 관리 도구를 클릭하여 워블 (13) C 코일 -&gt; ACQ -&gt; 워블. 분광계에 1,000-2,000에 수신기 이득을 설정합니다. </li><li> 최종 시스템 검사를 수행합니다. 순서에 따라 스카우트 프로토콜의 요소 챔버에서 탄소 13 신호를 관찰합니다. 참고 :이 시스템이 비가 역적 용해 프로세스를 시작하기 전에 제대로 설정되어 있는지 확인합니다. </li></ol> 6. 실행 해산 <ol><li> 피루 베이트는 (~ 1 시간), 솔루션과 팬텀 준비하고 스캔이 DNP 한건데에 실행 용해 버튼을 클릭하여 구성되어&gt; 90 % 편광을 달성하면콘솔 줄기. </li><li> 시는 작동 위치에 용해 스틱을 이동하고 용해 미디어를 삽입하라는 메시지가. DNP 시스템을 닫고 DNP 시스템 콘솔에 완성 된 버튼을 클릭합니다. 다음 마침을 클릭하라는 메시지가 표시되면 위치를 쉬고 다시 용해 스틱을 이동합니다. </li><li> DNP 시스템은 과분극 피루브산을 전송할 때 (~ 가열 시작 후 2 분)이 각각 높고 낮은 효소 농도의 용액을 주사기로 피루 베이트 용액 500 μl를 철회. 천천히 (~ 10 초)이 주사 라인에 각각 주입 주사기. 참고 : 스캔 전에 주입에 또는 언제든지 사용되는 검사 프로토콜에 따라 3 분 후 주입까지 시작되었을 수 있습니다. </li></ol> 7. 이미지 처리 참고 :이 팬텀 많은 이미지 전략을 사용하기 위해 설계되었습니다. 라드-EPSI 이미지가 matlab에를 사용하여 처리 된 방법의 예를 들어, 그림 2 참조하십시오. <ol><li> 버팀대 파일에서 원시 데이터를로드합니다. Resha실수 부 및 허수 쌍으로 저장된 데이터 포인트 에코 및 계정 판독 돌기의 수와 일치하는 데이터 퍼가기. 짝수와 홀수 에코 포인트를 분리합니다. </li><li> 푸리에는 에코 차원에서 짝수 또는 홀수 에코를 변환. 시각 피루브산과 젖산의 주파수 대역을 식별합니다. 단순성을 위해 스펙트럼의 절대 값을 사용 하였다. </li><li> 각 대사 밴드를 분리하고 푸리에 각 대사 산물에 대한 격리 sinograms를 얻을 수있는 주파수 인코딩 방향을 따라 변환. 역 라돈은 락 테이트 또는 피루 베이트 하나의 이미지를 생성하기 위해 별도의 sinograms 변환. </li></ol>

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	<li>Merritt, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperpolarized+13C+allows+a+direct+measure+of+flux+through+a+single+enzyme-catalyzed+step+by+NMR.">Hyperpolarized 13C allows a direct measure of flux through a single enzyme-catalyzed step by NMR.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104. 104, 19773-19777 (2007).</li><li>Rodrigues, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+imaging+of+tumor+glycolysis+using+hyperpolarized+13C-labeled+glucose.">Magnetic resonance imaging of tumor glycolysis using hyperpolarized 13C-labeled glucose.</a> Nature medicine. 20, 93-97 (2014).</li><li>Day, S. 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과분극 대사 산물의 실시간 영상 시퀀스 설계, 검증 및 품질 관리를위한 많은 고유 한 문제가있다. 시공간 스펙트럼 이질성을 해결하는 능력은 상당한 임상 잠재력을 제공하지만 기존의 MRI와 관련된 품질 보증 및 검증 방법을 배제한다. 복합 촬상 서열 또는 재구성 알고리즘들이 어려운 특징 또는 이미징 실험의 외측을 검증 렌더링 미묘한 종속성을 가질 수있다. 생물학적 얼룩이 다른 실질적인 ?...

13 C - 표지 화합물의 과분극 자기 공명 영상 (MRI)의 임상 효과는 실시간 자기 공명 분광법과 분광 화상 1-5 화학 전환율을 측정 할 수있는 능력에 매우 의존한다. 서열 개발 및 검증 동안 동적 화성는 일반적으로 생체 내에서 또는 제한된 제어와 재현성을 제공하는 시험 관내 모델 6-9을 통해 달성된다. 강력한 시험 및 품질 보증이 측정 발병 화성을 보존 더 제어 시스템이 바람직 할 것이다. 우리는 단일 동적 효소 팬텀을 이용하여 재생 가능한 방식으로 상기 전환을 달성하는 방법을 설명합니다. 과분극 (13) C 에이전트와 대부분의 연구가 작동하는 생물학적 환경에서 분극 기판 이미징에 초점을 맞 춥니 다. 목표는 생물학을 공부하는 경우는 명백한 선택이다알은 처리 또는 임상 치료에 미치는 영향에 대한 가능성을 결정합니다. 일부 측정 시스템 또는 데이터 처리 알고리즘의 특성이 요구되는 경우, 생물학적 모델은 고유 한 공간 및 시간 변동 (10)로서 다수의 결점을 갖는다. 그러나, 종래의 정적 팬텀 과분극 기판 MRI에서 일차 임상 적 이익을 구동 화성이 부족하고, 전환율 또는 다른 동적 파라미터 (11)의 검출을 특성화하기 위해 사용될 수 없다. 우리가 동적 촬상 전략 엄격한 시험을 가능하게 제어하고 재현성 화성을 제공하는 단일 효소 시스템을 사용 가능. 이 시스템은 과분극 기판에 대한 이미지 전략을 개발 및 대체 방법에 대한 비교를 위해 성능을 특성화하고자하는 연구자에 관한 것이다. 정적 측정을 원하는 엔드 포인트 인 경우 그 다음 13 C-labled 대사는 위스콘신 정적 팬텀11 충분할 것이다. 다른 쪽 끝에서 더 복잡한 생물학적 특성은 실제 생물학적 모델이 12-14 필요합니다 방법 (배달, 세포 밀도 등)에 매우 중요합니다. 이 시스템은 겉보기 화성 비율의 정량적 측정 값을 제공하는 것을 목표로 촬상 전략의 평가에 적합하다.

<table><tbody><tr><td>BioSpect 7T</td><td>Bruker</td><td>BioSpec 70/30 USR</td><td>7 Tesla Pre-Clinical MRI Scanner</td></tr><tr><td>HyperSense</td><td>Oxford Instruments</td><td>Hypersense DNP Polarizer</td><td>Dynamic Nuclear Polarizer for MRI agents</td></tr><tr><td>1-&lt;sup&gt;13&lt;/sup&gt;C-Pyrvic Acid</td><td>Sigma Aldrich</td><td>677175</td><td>Carbon 13 labled neat pyruvic acid</td></tr><tr><td>Trityl Radical</td><td>GE Healthcare</td><td>OX063</td><td>Free radical used in Dynamic Nuclear Polarization</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S8045</td><td></td></tr><tr><td>EDTA</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E6758</td><td>Ethylenediaminetetraacetic acid</td></tr><tr><td>LDH</td><td>Worthingthon</td><td>LS002755</td><td>Lactate Dehydrogenase from rabbit muscle</td></tr><tr><td>NADH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N4505</td><td>&amp;beta;-Nicotinamide adenine dinucleotide, reduced dipotassium salt</td></tr><tr><td>Trizma</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T7943</td><td>Trizma Pre-set crystals</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S7653</td><td></td></tr></tbody></table>

use of a multi-compartment dynamic single enzyme phantom for studies of hyperpolarized magnetic resonance agents

자기 공명에 의해 분극 기판의 영상은 실시간으로 중요한 생화학 적 과정의 평가를위한 훌륭한 임상 약속을 보여줍니다. 때문에 분극 상태에 의해 부과 된 근본적인 제약, 이국적인 이미징 및 재건 기술이 일반적으로 사용된다. 동적 멀티 스펙트럼 영상 방법의 특성에 대한 실제적인 시스템이 매우 필요하다. 이러한 시스템은 재현성 정상 및 병적 조직의 중요한 화학적 동역학 요점을 되풀이한다. 현재까지 가장 널리 사용되는 기판은 암 대사 평가 [1-13 C] -pyruvate 분극된다. 우리는 젖산을 피루브산의 전환을 매개하는 효소 기반 가상 시스템을 설명한다. 반응은 반응 속도를 조절 시약의 농도를 변화 각각 포함 팬텀 내의 다중 챔버 내로 과분극 제의 주입에 의해 초기화된다. 여러 구획이되도록하는 데 필요한 심상카 서열을 충실하게 조직의 공간 및 신진 대사 이질성을 캡처합니다. 이 시스템은 생체 내에서 할 수 없습니다 화학적 기존의 팬텀에서 사용할 수없는 역학뿐만 아니라 제어 및 재현성을 제공하여 고급 이미징 전략의 개발과 검증에 도움이됩니다.

슬라이스 선택 2D 이미지 스냅 샷 radEPSI 시퀀스를 사용하여 획득 하였다. 대사 이미지는 다시 여과 투사를 사용하여 재구성 하였다. 도 2에 도시 된 바와 같이 대사 화상이 아니라, 양성자 이미지 정렬 하였다.이 시스템 과분극 락트산 신호에서만 분극 피루브산의 효소 적 전환으로부터 생성 될 수있다. LDH 높은 농도도 4 하부 챔버에서 강한 락트산 ...

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Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

과분극 자기 공명 에이전트의 연구 다중 구획 동적 단일 효소 팬텀의 사용

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

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Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 T generate only a small detectable net-magnetization of the sample at room temperature 1. Hence, most NMR and MRI applications rely on the detection of molecules at relative high concentration (e.g., water for imaging of biological tissue) or require excessive acquisition times. This limits our ability to exploit the very useful molecular specificity of NMR signals for many biochemical and medical applications. However, novel approaches have emerged in the past few years: Manipulation of the detected spin species prior to detection inside the NMR/MRI magnet can dramatically increase the magnetization and therefore allows detection of molecules at much lower concentration 2.
Here, we present a method for polarization of a xenon gas mixture (2-5% Xe, 10% N2, He balance) in a compact setup with a ca. 16000-fold signal enhancement. Modern line-narrowed diode lasers allow efficient polarization 7 and immediate use of gas mixture even if the noble gas is not separated from the other components. The SEOP apparatus is explained and determination of the achieved spin polarization is demonstrated for performance control of the method.
The hyperpolarized gas can be used for void space imaging, including gas flow imaging or diffusion studies at the interfaces with other materials 8,9. Moreover, the Xe NMR signal is extremely sensitive to its molecular environment 6. This enables the option to use it as an NMR/MRI contrast agent when dissolved in aqueous solution with functionalized molecular hosts that temporarily trap the gas 10,11. Direct detection and high-sensitivity indirect detection of such constructs is demonstrated in both spectroscopic and imaging mode.

The production of hyperpolarized xenon by means of spin exchange optical pumping (SEOP) is described. This method yields a ~10000-fold enhancement of the nuclear spin polarization of Xe-129 and has applications in nuclear magnetic resonance spectroscopy and imaging. Examples of gas phase and solution state experiments are given.

NMR과 MRI 응용 프로그램 용 Hyperpolarized 지논

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 ...

연구

공학

Hyperpolarized 13C Metabolic Magnetic Resonance Spectroscopy and Imaging

In the past decades, new methods for tumor staging, restaging, treatment response monitoring, and recurrence detection of a variety of cancers have emerged in conjunction with the state-of-the-art positron emission tomography with 18F-fluorodeoxyglucose ([18F]-FDG PET). 13C magnetic resonance spectroscopic imaging (13CMRSI) is a minimally invasive imaging method that enables the monitoring of metabolism in vivo and in real time. As with any other method based on 13C nuclear magnetic resonance (NMR), it faces the challenge of low thermal polarization and a subsequent low signal-to-noise ratio due to the relatively low gyromagnetic ratio of 13C and its low natural abundance in biological samples. By overcoming these limitations, dynamic nuclear polarization (DNP) with subsequent sample dissolution has recently enabled commonly used NMR and magnetic resonance imaging (MRI) systems to measure, study, and image key metabolic pathways in various biological systems. A particularly interesting and promising molecule used in 13CMRSI is [1-13C]pyruvate, which, in the last ten years, has been widely used for in vitro, preclinical, and, more recently, clinical studies to investigate the cellular energy metabolism in cancer and other diseases. In this article, we outline the technique of dissolution DNP using a 3.35 T preclinical DNP hyperpolarizer and demonstrate its usage in in vitro studies. A similar protocol for hyperpolarization may be applied for the most part in in vivo studies as well. To do so, we used lactate dehydrogenase (LDH) and catalyzed the metabolic reaction of [1-13C]pyruvate to [1-13C]lactate in a prostate carcinoma cell line, PC3, in vitro using 13CMRSI.

Hyperpolarized 13C Metabolic Magnetic Resonance Spectroscopy and Imaging

Dynamic nuclear polarization with subsequent sample dissolution has enabled real-time studies of metabolism in biological systems. Hyperpolarized [1-13C]pyruvate was used to study lactate dehydrogenase activity in a prostate carcinoma cell line in vitro.

과분극<sup&gt; (13)</sup&gt; C 대사 자기 공명 분광학 및 이미징

In the past decades, new methods for tumor staging, restaging, treatment response monitoring, and recurrence detection of a variety of cancers have ...

암 연구학

Dissolution Dynamic Nuclear Polarization Instrumentation for Real-time Enzymatic Reaction Rate Measurements by NMR

The main limitation of NMR-based investigations is low sensitivity. This prompts for long acquisition times, thus preventing real-time NMR measurements of metabolic transformations. Hyperpolarization via dissolution DNP circumvents part of the sensitivity issues thanks to the large out-of-equilibrium nuclear magnetization stemming from the electron-to-nucleus spin polarization transfer. The high NMR signal obtained can be used to monitor chemical reactions in real time. The downside of hyperpolarized NMR resides in the limited time window available for signal acquisition, which is usually on the order of the nuclear spin longitudinal relaxation time constant, T1, or, in favorable cases, on the order of the relaxation time constant associated with the singlet-state of coupled nuclei, TLLS. Cellular uptake of endogenous molecules and metabolic rates can provide essential information on tumor development and drug response. Numerous previous hyperpolarized NMR studies have demonstrated the relevancy of pyruvate as a metabolic substrate for monitoring enzymatic activity in vivo. This work provides a detailed description of the experimental setup and methods required for the study of enzymatic reactions, in particular the pyruvate-to-lactate conversion rate in presence of lactate dehydrogenase (LDH), by hyperpolarized NMR.

The sensitivity enhancement provided by dissolution dynamic nuclear polarization (DNP) enables following metabolic processes in real time by NMR and MRI. The characteristics and performances of a dedicated dissolution DNP setup designed for study enzymatic reactions are discussed.

The main limitation of NMR-based investigations is low sensitivity. This prompts for long acquisition times, thus preventing real-time NMR measurements of ...

화학

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan electron-paramagnetic-resonance (RS-EPR), which can provide quantitative information under in vivo conditions on oxygen concentration, pH, redox status and concentration of signaling molecules (i.e., OH&#8226;, NO&#8226;). The RS-EPR technique has a higher sensitivity, improved spatial resolution (1 mm), and shorter acquisition time in comparison to the standard continuous wave (CW) technique. A variety of phantom configurations have been tested, with spatial resolution varying from 1 to 6 mm, and spectral width of the reporter molecules ranging from 16 &#181;T (160 mG) to 5 mT (50 G). A cross-loop bimodal resonator decouples excitation and detection, reducing the noise, while the rapid scan effect allows more power to be input to the spin system before saturation, increasing the EPR signal. This leads to a substantially higher signal-to-noise ratio than in conventional CW EPR experiments.

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

A new electron paramagnetic resonance (EPR) method, rapid scan EPR (RS-EPR), is demonstrated for 2D spectral spatial imaging which is superior to the traditional continuous wave (CW) technique and opens new venues for in vivo imaging. Results are demonstrated at 250 MHz, but the technique is applicable at any frequency.

빠른 스캔 전자 스핀 공명 이미징 생리 학적으로 중요 매개 변수에 대한 새로운 길을 엽니 다<em&gt; 생체</em

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan ...

생체공학

High-Resolution Studies of Proteins in Natural Membranes by Solid-State NMR

Membrane proteins are vital for cell function and thus represent important drug targets. Solid-state Nuclear Magnetic Resonance (ssNMR) spectroscopy offers a unique access to probe the structure and dynamics of such proteins in biological membranes of increasing complexity. Here, we present modern solid-state NMR spectroscopy as a tool to study structure and dynamics of proteins in natural lipid membranes and at atomic scale. Such spectroscopic studies profit from the use of high-sensitivity ssNMR methods, i.e., proton-(1H)-detected ssNMR and DNP (Dynamic Nuclear Polarization) supported ssNMR. Using bacterial outer membrane beta-barrel protein BamA and the ion channel KcsA, we present methods to prepare isotope-labeled membrane proteins and to derive structural and motional information by ssNMR.

This work details robust basic routines on how to prepare isotope-labeled membrane protein samples and analyze them at high-resolution with modern solid-state NMR spectroscopy methods.

Membrane proteins are vital for cell function and thus represent important drug targets. Solid-state Nuclear Magnetic Resonance (ssNMR) spectroscopy ...

Measuring the Spin-Lattice Relaxation Magnetic Field Dependence of Hyperpolarized [1-13C]pyruvate

The fundamental limit to in vivo imaging applications of hyperpolarized 13C-enriched compounds is their finite spin-lattice relaxation times. Various factors affect the relaxation rates, such as buffer composition, solution pH, temperature, and magnetic field. In this last regard, the spin-lattice relaxation time can be measured at clinical field strengths, but at lower fields, where these compounds are dispensed from the polarizer and transported to the MRI, the relaxation is even faster and difficult to measure. To have a better understanding of the amount of magnetization lost during transport, we used fast field-cycling relaxometry, with magnetic resonance detection of 13C nuclei at ~0.75 T, to measure the nuclear magnetic resonance dispersion of the spin-lattice relaxation time of hyperpolarized [1-13C]pyruvate. Dissolution dynamic nuclear polarization was used to produce hyperpolarized samples of pyruvate at a concentration of 80 mmol/L and physiological pH (~7.8). These solutions were rapidly transferred to a fast field-cycling relaxometer so that relaxation of the sample magnetization could be measured as a function of time using a calibrated small flip angle (3&#176;-5&#176;). To map the T1 dispersion of the C-1 of pyruvate, we recorded data for different relaxation fields ranging between 0.237 mT and 0.705 T. With this information, we determined an empirical equation to estimate the spin-lattice relaxation of the hyperpolarized substrate within the mentioned range of magnetic fields. These results can be used to predict the amount of magnetization lost during transport and to improve experimental designs to minimize signal loss.

Measuring the Spin-Lattice Relaxation Magnetic Field Dependence of Hyperpolarized [1-13C]pyruvate

We present a protocol to measure the magnetic field dependence of the spin-lattice relaxation time of 13C-enriched compounds, hyperpolarized by means of dynamic nuclear polarization, using fast field-cycled relaxometry. Specifically, we have demonstrated this with [1-13C]pyruvate, but the protocol could be extended to other hyperpolarized substrates.

과분극[1-13C] 피루바테의 스핀 격자 이완 자기장 의존도 측정

The fundamental limit to in vivo imaging applications of hyperpolarized 13C-enriched compounds is their finite spin-lattice relaxation times. Various ...

Fat-Water Phantoms for Magnetic Resonance Imaging Validation: A Flexible and Scalable Protocol

As new techniques are developed to image adipose tissue, methods to validate such protocols are becoming increasingly important. Phantoms, experimental replicas of a tissue or organ of interest, provide a low cost, flexible solution. However, without access to expensive and specialized equipment, constructing stable phantoms with high fat fractions (e.g., &#62;50% fat fraction levels such as those seen in brown adipose tissue) can be difficult due to the hydrophobic nature of lipids. This work presents a detailed, low cost protocol for creating 5x 100 mL&#160;phantoms with fat fractions of 0%, 25%, 50%, 75%, and 100% using basic lab supplies (hotplate, beakers, etc.) and easily accessible components (distilled water, agar, water-soluble surfactant, sodium benzoate, gadolinium-diethylenetriaminepentacetate (DTPA) contrast agent, peanut oil, and oil-soluble surfactant). The protocol was designed to be flexible; it can be used to create phantoms with different fat fractions and a wide range of volumes. Phantoms created with this technique were evaluated in the feasibility study that compared the fat fraction values from fat-water magnetic resonance imaging to the target values in the constructed phantoms. This study yielded a concordance correlation coefficient of 0.998 (95% confidence interval: 0.972-1.00). In summary, these studies demonstrate the utility of&#160;fat phantoms for validating adipose tissue imaging techniques across a range of clinically relevant tissues and organs.

The purpose of this work is to describe a protocol for creating a practical fat-water phantom that can be customized to produce phantoms with varying fat percentages and volumes.

자기 공명 영상 유효성 검사에 대 한 지방 물 환영: 유연 하 고 확장 가능한 프로토콜

As new techniques are developed to image adipose tissue, methods to validate such protocols are becoming increasingly important. Phantoms, experimental ...

의학

고품질 Hyperpolarized Xenon-129 자기 공명 이미지 획득

Troubleshooting and Quality Assurance in Hyperpolarized Xenon Magnetic Resonance Imaging: Tools for High-Quality Image Acquisition

Hyperpolarized (HP) xenon magnetic resonance imaging (129Xe MRI) is a recently federal drug administration (FDA)-approved imaging modality that produces high-resolution images of an inhaled breath of xenon gas for investigation of lung function. However, implementing 129Xe MRI is uniquely challenging as it requires specialized hardware and equipment for hyperpolarization, procurement of xenon imaging coils and coil software, development and compilation of multinuclear MR imaging sequences, and reconstruction/analysis of acquired data. Without proper expertise, these tasks can be daunting, and failure to acquire high-quality images can be&#160;frustrating, and expensive. Here, we present some quality control (QC) protocols, troubleshooting practices, and helpful tools for129Xe MRI sites, which may aid in the acquisition of optimized, high-quality data and accurate results. The discussion will begin with an overview of the process for implementing HP 129Xe MRI, including requirements for a hyperpolarizer lab, the combination of 129Xe MRI coil hardware/software, data acquisition and sequence considerations, data structures, k-space and image properties, and measured signal and noise characteristics. Within each of these necessary steps lies opportunities for errors, challenges, and unfavorable occurrences leading to poor image quality or failed imaging, and this presentation aims to address some of the more commonly encountered issues. In particular, identification and characterization of anomalous noise patterns in acquired data are necessary to avoid image artifacts and low-quality images; examples will be given, and mitigation strategies will be discussed. We aim to make the 129Xe MRI implementation process easier for new sites while providing some guidelines and strategies for real-time troubleshooting.

저자 스포트라이트: 과분극 Xenon-129 MRI를 사용하여 폐 질환 연구 

Here, we present a protocol for obtaining high-quality hyperpolarized xenon-129 magnetic resonance images, covering hardware, software, data acquisition, sequence selection, data management, k-space utilization, and noise analysis.

Troubleshooting and Quality Assurance in Hyperpolarized Xenon Magnetic Resonance Imaging: Tools for High-Quality Image Acquisition(과분극 제논 자기 공명 영상의 문제 해결 및 품질 보증: 고품질 이미지 획득을 위한 도구)

Hyperpolarized (HP) xenon magnetic resonance imaging (129Xe MRI) is a recently federal drug administration (FDA)-approved imaging modality that produces ...

과분극 자기 공명 에이전트의 연구 다중 구획 동적 단일 효소 팬텀의 사용

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NMR과 MRI 응용 프로그램 용 Hyperpolarized 지논

과분극

Dissolution Dynamic Nuclear Polarization Instrumentation for Real-time Enzymatic Reaction Rate Measurements by NMR

빠른 스캔 전자 스핀 공명 이미징 생리 학적으로 중요 매개 변수에 대한 새로운 길을 엽니 다

High-Resolution Studies of Proteins in Natural Membranes by Solid-State NMR

과분극^[1-13C] 피루바테의 스핀 격자 이완 자기장 의존도 측정

자기 공명 영상 유효성 검사에 대 한 지방 물 환영: 유연 하 고 확장 가능한 프로토콜

Troubleshooting and Quality Assurance in Hyperpolarized Xenon Magnetic Resonance Imaging: Tools for High-Quality Image Acquisition(과분극 제논 자기 공명 영상의 문제 해결 및 품질 보증: 고품질 이미지 획득을 위한 도구)

Troubleshooting and Quality Assurance in Hyperpolarized Xenon Magnetic Resonance Imaging: Tools for High-Quality Image Acquisition(과분극 제논 자기 공명 영상의 문제 해결 및 품질 보증: 고품질 이미지 획득을 위한 도구)

Troubleshooting and Quality Assurance in Hyperpolarized Xenon Magnetic Resonance Imaging: Tools for High-Quality Image Acquisition(과분극 제논 자기 공명 영상의 문제 해결 및 품질 보증: 고품질 이미지 획득을 위한 도구)