JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Количественные 3D-карты кислорода мышиных опухолей были визуализированы неинвазивно с использованием импульсного электронного парамагнитного резонанса. Ультразвуковой B-режим и силовой допплеровский аппарат использовались для изучения анатомии и структуры сосудов. Изображения из обоих методов были наложены друг на друга, что позволило провести многопараметрический анализ опухоли.

Аннотация

Точное измерение парциального давления кислорода (pO2) в режиме реального времени дает ценную информацию при многих патологиях, включая рак. Низкий уровеньpO2 опухоли (т.е. гипоксия) связан с агрессивностью опухоли и плохим ответом на терапию. Количественное определение опухолевогоpO2 позволяет оценить эффективность лечения. Электронная парамагнитно-резонансная томография (EPRI), в частности импульсная EPRI, стала передовым трехмерным (3D) методом оценки оксигенации тканей in vivo. Эта инновация стала возможной благодаря технологическим разработкам в области ЭПР (электронного парамагнитного резонанса) и применению водорастворимых оксиметрических спиновых зондов из семейства триарилов, обеспечивающих быстрые и чувствительные данные оксигенации. Время релаксации спинового зонда (T1 и/или T2) дает точную информацию о pO2 в выбранных вокселях.

Опухоли глиобластомы человека LN229 выращивали в межлопаточной площадке обнаженных мышей BALB/c. Ультразвуковая визуализация (УЗИ) использовалась в качестве эталона для получения анатомической информации об опухоли. Для визуализации pO2 ткани животных помещали в неподвижное положение в ложе животного с помощью реперных точек, что позволяло регистрировать их между методами визуализации. После введения контрастного вещества OX071 проводили EPRI с последующим вводом в УЗИ B-режима. Из-за низкой токсичности спинового зонда процедуру можно повторять во время роста опухоли или лечения. После визуализации процесс регистрации был осуществлен с помощью программного обеспечения, написанного на языке MATLAB. В конечном счете, гипоксическая фракция может быть рассчитана для конкретной опухоли, а гистограмма распределенияpO2 в тканях может быть сравнена с течением времени. EPRI в сочетании с ультразвуком является отличным инструментом для кислородного картирования опухолей в доклинических условиях.

Введение

Понимание опухолевого микроокружения (ТМЭ) с его сложными пространственными и динамическими взаимодействиями дает более полное понимание биологии опухоли. Гипоксия, или низкий уровень кислорода, является ключевым компонентом ТЭМ и играет решающую роль в развитии других опасных для жизни состояний, включая сердечно-сосудистые заболевания, метаболические нарушения, такие как диабет, и хроническую болезнь почек 1,2,3. Оксигенация тканей является фундаментальным фактором, особенно в контексте рака, где парциальное давление кислорода в тканях (pO2) коррелирует с резистентностью к терапии. УровеньpO2, превышающий 10 мм рт.ст., связан с повышением эффективности лучевой терапии с низким уровнем линейного переноса энергии (ЛЭТ) (эффект повышения кислорода).

Недавние исследования с использованием электронной парамагнитно-резонансной томографии (EPRI) показали, что лучевая терапия под контролем кислорода может привести к двукратному улучшению показателей выживаемости при различных видах рака у мышей моделей 4,5. Это аналогично тому, как и у людей, у которыхpO2 опухоли был измерен с помощью нескольких измерений с помощью электродов Eppendorf и было обнаружено, что медиана или среднее значениеpO2 ниже 10 торр6. Помимо лучевой терапии, гипоксия опухоли напрямую коррелирует с агрессивностью опухоли и исходом других методов лечения, таких как иммунная терапия 7,8. Эта связь подчеркивает важность точных измерений кислорода для улучшения терапевтических результатов и понимания патофизиологии заболеваний.

Оптимальная оксиметрия in vivo требует прямого измерения парциального давления кислорода в тканях независимо от таких факторов, как перфузия тканей и насыщение гемоглобина. Процедура должна быть неинвазивной, с коротким и точным временем визуализации, чтобы избежать потенциальных воздействий на организм, таких как длительная анестезия, изменения температуры тканей или значительные изменения давления в тканях и pH. Тканевая оксиметрия должна демонстрировать высокую точность и надежность, обеспечивая стабильные измерения независимо от изменений микроокружения тканей, включая различия в pH и окислительно-восстановительном состоянии. Для эффективного планирования терапии решающее значение имеет реконструкция данных изображений в режиме реального времени и прямая интерпретация. Это влечет за собой не только достижение пространственного разрешения, предпочтительно менее 1 мм, но и обеспечение быстрого сбора данных для мониторинга динамических изменений кислородного статуса тканей, таких как циклическая гипоксия.

В этом контексте были разработаны различные методы измерения молекулярного кислорода или оценки гипоксии, каждая из которых обладает уникальной применимостью и преимуществами. Платиновый электрод, считающийся «золотым стандартом» для оксиметрии клеток и тканей живых животных, обеспечивает стабильные измерения за счет точного введения в ткани. Другие подходы, такие как оптические методы с использованием флуоресцентных зондов, фотоакустика, мониторинг эффектов гипоксии через экспрессию генов или белков или анализ комет, просты в использовании, но являются косвенными или ограничены оптическим путем в тканях. Многообещающими альтернативами для оценки гипоксии и/или оксигенации являются магнитно-резонансная томография (МРТ)-OE-MRI10 или MOBILE11, позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) с использованием различных чувствительных к гипоксии зондов12 или электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).

ЭПР имеет давнюю историю в области биомедицины. Само явление было впервые описано в 1944 году и широко использовалось в качестве инструмента для анализа химических структур, а в последнее время — для биологических систем и материалов с неспаренными электронами. ЭПР-спектроскопия использовалась для изучения динамики и структуры биологических систем, таких как фотосинтез, металлопротеины, радикальные ферменты и фосфолипидные мембраны 14,15,16. Спектроскопия и томография с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) стали ключевыми неинвазивными методами изучения оксигенации опухоли и микроокружения с пространственным разрешением ~1 мм, временным разрешением 1-10 мин и разрешениемpO2 1-3 торр 5,17,18.

Методы непрерывной волновой (CW) ЭПР по-прежнему широко используются в большинстве приложений из-за простоты регистрации и интерпретации спектров. Взаимодействие кислорода со спиновым зондом работает путем оценки изменений интенсивности сигнала ЭПР или формы линии, что позволяет получить представление об уровнях кислорода в образце. ЭПР непрерывного действия имеет заметное преимущество в чувствительности к более широкому диапазонуpO2 по сравнению с импульсными методами. Применяя различные последовательности импульсов, можно прояснить такую информацию, как время релаксации спин-спина электрона, время релаксации спин-решетки и взаимодействие с соседними спинами18,19. Методы импульсной ЭПР, такие как восстановление инверсии с помощью считывания электронного спинового эха (IRESE), измеряют скорости релаксации спиновой решетки, избегая артефакта от релаксации, вызванного спиновой релаксацией спин-зонда при низких концентрациях кислорода19,20. ЭПР может использоваться для мониторинга изменений концентрации кислорода с высоким временным и пространственным разрешением; однако в оксиметрии при высоких концентрациях кислорода импульсная ЭПР имеет ограничения из-за короткого времени релаксации поперечной намагниченности, измеренного с помощью электронного спинового эха (ESE). В конечном счете, непрерывная и импульсная ЭПР дополняют друг друга, и надежное понимание спиновой системы требует применения обоих методов.

Методы ЭПР-оксиметрии основаны на линейной зависимости между уровнями кислорода и спин-решеткой, а также на скорости спин-спиновой релаксации в растворе. Все оксиметрические зонды часто делятся на два типа: растворимые и спиновые зонды для твердых частиц. Выбор правильного спинового щупа зависит от экспериментальной установки и необходимой информации 21,22,23. Растворимые спиновые зонды, такие как нитроксиды или производные тритила24,25, такие как OX063 и его дейтерированная форма OX071, распределенные по всей ткани, предоставляют информацию из всего объема. В качестве альтернативы, для измерения в одной точке, а также для длительных и периодических оценок кислорода можно использовать твердотельные зонды, такие как LiPc, LiBuO или производные углерода (см. Таблицу 1)22,23,26.

Ультразвуковое исследование в режиме B широко используется в клинике для визуализации мягких тканей. Разрешение зависит от используемой частоты преобразователя, а для доклинических исследований 18 МГц и выше обеспечивают достаточное разрешение в плоскости и глубину изображения. Дополнительным преимуществом ультразвукового исследования является возможность получения изображений функциональных сосудов с помощью режима Power Doppler. В этой статье мы представляем электронную парамагнитно-резонансную томографическую томографию кислорода (EPROI) в качестве метода создания трехмерных кислородных карт опухолей у живых мышей. Соответствующее ультразвуковое исследование позволяет получить необходимую анатомическую справку для определения опухоли в рамках EPROI. Для каждого животного возможно проведение нескольких сеансов визуализации. Последним этапом является анализ, включающий реконструкцию изображения и регистрацию между модальностями для получения гистограммыpO2 из объема опухоли.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

Мыши были получены из утвержденного питомника животных, и все эксперименты проводились в соответствии с этическими принципами (в нашем случае - Разрешение No 165/2023, Первый местный комитет по этике, Краков, Польша).

1. Животные и опухолевая линия

ПРИМЕЧАНИЕ: Мыши содержались в стандартных лабораторных условиях: свет/темнота: 12 ч/12 ч, влажность: 60%, температура: 23 °C. Им была предоставлена стандартная диета чау-чау со свободным доступом к питьевой воде в общественных клетках.

  1. Культура клеточной линии мышиной глиобластомы мультиформной LN229
    1. Культивировали клетки LN229 в колбах для культуры тканей диаметром 25 см2 в среде DMEM с добавлением 10% инактивированной при нагревании фетальной бычьей сыворотки (FBS) и пенициллин-стрептомицина в концентрациях 10 ЕД/мл и 0,1 мг/мл соответственно.
    2. Выдерживайте клетки во влажной атмосфере, содержащей 5%CO2 при температуре 37 °C, проходя каждые 48 часов с использованием 0,25% трипсина-ЭДТА и PBS без ионов магния и кальция (pH 7,4).
  2. Посев опухоли
    1. За неделю до прививки ежедневно обрабатывайте мышей, чтобы познакомить их с исследователем.
    2. В день прививки взвесьте мышей.
    3. Суспензируйте 200 000 клеток LN229 в 50 мкл внеклеточного матрикса без факторов роста. С помощью иглы 29 G введите смесь клеток подкожно в внутрилопаточный жировой пакет 16-недельных голых мышей BALB/c (N = 5).

2. Допплеровская ультразвуковая визуализация

Общая временная шкала визуализации опухоли показана на рисунке 1. Ультразвуковая визуализация используется как для визуализации сосудистой системы методом допплерографии УЗИ, так и для анатомической УЗИ в качестве эталона непосредственно перед EPROI (Рисунок 2). Анатомическая визуализация в B-режиме имеет важное значение для анализа оксигенации опухоли с помощью ЭПР и описана в разделе 3. Несмотря на то, что ультразвуковая допплерография (раздел 2) не является обязательной для успешного проведения регистрации, она, тем не менее, дает ценную информацию об оптимальном временном окне для исследования ЭПР и позволяет определить активную сосудистую сеть в области опухоли.

  1. Подготовка мыши
    1. Подождите, пока опухоли достигнут около 30 мм3. При необходимости побрейте мышей вручную вокруг места опухоли.
    2. Индуцировать анестезию с помощью 2% изофлурана и поддерживать ее с помощью 1-1,5% изофлурана.
    3. Перенесите животное из анестезиологической камеры на грелку для поддержания температуры тела на уровне 37 °C во время подготовки (на основе ректального температурного зонда). Стабилизируйте температуру животного для получения правильной обратной связи по физиологическим параметрам.
  2. Узи
    1. Используйте ультразвуковую систему с датчиком 57–25 МГц для доклинической визуализации (рис. 2, шаг 1).
    2. Проводите измерения в 3D-B-режиме для визуализации морфологии опухоли в сагиттальном направлении. Используйте шаг 0,1 мм.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Не перемещайте животное или датчик, чтобы сохранить те же настройки.
    3. Используйте режим Power Doppler для визуализации функциональной сосудистой сети опухоли со следующими параметрами: Скорость: 1,5 кГц, Фильтр стенки: Низкий, Приоритет: 75%, Персистенция: Средняя, Размер шага 0,10 мм.
    4. Поверните преобразователь, чтобы повторить шаги 2.2.2 и 2.2.3 в осевом направлении.
    5. Выполняйте анализ данных с помощью программного обеспечения, предоставленного производителем ультразвука. Отметьте границу опухоли, загрузите ее в 3D-изображение и рассчитайте объем опухоли и процент сосудистой системы.

3. EPROI

  1. Подготовка щупа
    1. Растворите порошок OX071, хранящийся при -80 °C, в инъекционном H2O до конечной концентрации 1 г/10 мл (~70 мМ).
  2. Подготовка мыши
    1. Обезболите мышей 1%-3% изофлураном, смешанным с комнатным воздухом, и поместите их на держатель для животных.
    2. Введите 1 мл физиологического раствора подкожно для поддержания надлежащего уровня гидратации.
    3. Контролируйте частоту дыхания животного (80 ± 20 ударов в минуту) и температуру (37 ± 1 °C) с помощью датчика дыхательной подушки и поверхностного термометра, прикрепленного к коже мыши. Следите за ректальной температурой в качестве точки отсчета (37 °C ± 1 °C).
    4. Вставьте трубку из политетрафторэтилена (ПТФЭ) (внешний диаметр 0,7 мм) внутрибрюшинно для введения спинового зонда. Закрепите канюлю с помощью винилполисилоксана (ВПС), чтобы предотвратить его выпадение из брюшной полости.
    5. Вставьте катетер для мочеиспускания (24 G) для сбора выведенного спинового зонда.
    6. Закрепите мышь в лежанке животного с помощью стоматологической глины VPS для иммобилизации (рисунок 2A).
  3. Анатомическая УЗИ визуализация для постановки на учет
    1. Включите стол с 3D-управлением и выровняйте кровать. Установите температуру платформы на 60 °C, чтобы температура животного, изолированного пластиковым держателем кровати, поддерживалась на уровне 37 °C.
    2. Поместите лежанку животного с обездвиженным животным в держатель кровати и перенесите ее на 3D-контролируемый стол для анатомической визуализации перед измерением ЭПР (рис. 2B). Следите за тем, чтобы животное было закреплено внутри держателя кровати и не касалось нагревательной платформы.
    3. Зафиксируйте положение держателя кровати в трех измерениях, чтобы предотвратить вращение, особенно вращение XZ (сагиттальная плоскость), которое имеет решающее значение для точной регистрации.
    4. Поместите на держатель кровати маркер положения (рыболовную проволоку на ленте, диаметр 0,35 мм), отметив начало работы резонатора.
    5. Проводите визуализацию в B-режиме вручную с шагом 1 мм в осевом и сагиттальном направлениях по направлению к оси Y.
    6. Визуализируйте структуру опухоли со следующими параметрами, зависящими от частоты конкретного преобразователя: для преобразователя 18 МГц, глубина 20 мм, динамический диапазон 84 дБ, мощность 8 дБ, коэффициент усиления 80%; для преобразователя 40 МГц, глубина 20 мм, динамический диапазон 32 дБ, коэффициент усиления 100%; для преобразователя 57 МГц, глубина 13 мм, коэффициент усиления 6 дБ, мощность 100%. Отрегулируйте настройку фокуса датчика в соответствии с конкретным расположением опухоли.
    7. По окончании анатомической визуализации сотрите излишки геля с мыши и извлеките обездвиженную мышь в лежанке животного из держателя кровати.
  4. Визуализация кислорода ЭПР
    1. Используйте кислородный тепловизор для импульсной ЭПР, работающий в диапазоне радиочастот от 685 МГц до 735 МГц. Для настройки используйте смещенные катушки для 3D-визуализации и анализа времени релаксации. Используйте горизонтальный резонатор размером 32 мм х 35 м.
    2. После проведения анатомического УЗИ немедленно перенесите обездвиженную мышь в лежанке животного на ЭПР-тепловизор (рис. 2В). Тщательно сохраняйте положение лежанки животного, чтобы свести к минимуму вращения внутри резонатора, аналогично процедуре, описанной в разделе 3.3.
    3. Снова подключите датчик температуры, чтобы обеспечить непрерывный мониторинг и поддержание температуры животного, коррелируя ее с температурой внутри резонатора.
    4. В программном обеспечении ЭПР-спектрометра выполните настройку резонатора с помощью настроечного колеса для центрирования частоты вокруг 725 МГц (рис. 3A).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Хорошо согласованный резонатор должен иметь провал 25 дБ или выше.
    5. Оптимизируйте мощность СВЧ для получения пикового значения на 60 нс (рис. 3B) путем регулировки значения ослабления от 20 дБ до 3 дБ.
    6. Настройте прибор таким образом, чтобы затухание свободной индукции (FID) реперных точек, расположенных в ложе животного, центрировалось в магнитном поле и фазировалось (рис. 3C).
    7. Вводят 100 мкл OXO71 внутрибрюшинно через ранее введенную канюлю с последующей промывкой 50-100 мкл физиологического раствора.
    8. Используя запрограммированную последовательность очередей, проводить измерения с заданными параметрами; Типичная последовательность содержит T1, T2 времени релаксации, 3D Electron Spin Echo (ESE) для реперных обозначений и 4D Inversion Recovery Electron Spin Echo (IRESE) для изображения животного. Получение изображений IRESE с градиентом 1,5 Г/см, временем повторения 55 мкс, предварительным запуском -250 нс, t90 равным 60 нс и tau 400 нс; Общее время сбора данных ~12 мин. Повторите визуализацию IRESE по крайней мере в течение 30-40 минут (3-4 раза) после введения зонда.
    9. После визуализации перенесите мышь с лежанки животного на грелку. Введите 1 мл физиологического раствора подкожно для поддержания надлежащего уровня гидратации. Следите за тем, пока мышь не восстановит вертикальное передвижение.

4. Анализ данных

  1. Анализ 4D реконструкции в "ProcessGUI"
    1. Перед реконструкцией примените коррекцию базовой линии к проекциям, выбрав сценарий "PulseRecon.scn" и загрузив файл параметров "IRESE_64pts_mouse_STANDARD_CHIRALITY.par" для анализа исходных данных IRESE.
    2. Отфильтруйте каждую проекцию с помощью гауссова фильтра шириной 4 пункта, который является настройкой по умолчанию для выбранного сценария.
    3. Подвыборка отфильтрованных проекций до 64 точек (размер матрицы) — настройка по умолчанию для выбранного сценария.
    4. Далее отфильтруйте проекции с помощью фильтра Рам-Лака с аподизацией в 0,6 раза больше частоты Найквиста (нажмите Параметр реконструкции | FilterCutOff).
    5. Обратное проецирование отфильтрованных проекций для создания 4D-спектрально-пространственного изображения.
    6. Используйте алгоритм подгонки для извлечения ширины строки спинового пакета из спектра в каждом вокселе. Настройка параметров подгонки в разделе: Удлинитель последней точки - 3, метод подгонки - по умолчанию.
    7. Используйте настройки по умолчанию для параметров в процедуре подгонки, включая амплитуду спектра, фазу, спектральный центр и ширину линии спектрального спинового пакета.
  2. Регистрация между анатомическим УЗИ и EPROI в "ArbuzGUI" (Рисунок 4)
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для проведения регистрации использовалась процедура MATLAB "ArbuzGUI", разработанная Борисом Эпелем из Чикагского университета. Программное обеспечение доступно в https://github.com/o2mdev/eprit ЭПР-ИТ. Набор инструментов для регистрации был разъяснен ранее в другом месте27. Подробные пошаговые инструкции см. в руководстве пользователя28.
    1. Загрузка 2D изображений УЗИ в виде стека с шагом 1 мм (шаг строго связан с получением кадра на снимке в режиме B, пункт 3.3.7) для создания 3D изображений УЗИ.
    2. Добавьте собранные изображения pO2 (восстановленные на шаге 4.1) в качестве типа 3D-изображения, установленного как данные «PO2_pEPRI». Храните данные в проекте.
    3. Создайте последовательность регистрации и преобразования, выбрав Специальный | Регистрация МРТ-EPRI.
    4. Выберите изображение, которое необходимо скорректировать в данные EPRI (например, US axial 3D), выбрав Последовательность | добавить действие. Используйте сцену 5:T2 для достижения наилучших результатов. В результате перед названием выбранного изображения появится черный символ плюса.
    5. Откройте изображение для США в SliceMaskEditPLG. Отрегулируйте масштаб изображения США на основе линейки, представленной на изображениях. Отметьте маркер положения УЗИ, контур животного и положение опухоли на основе выбранных кадров.
    6. В SliceMaskEditPLG отметьте контур карты pO2 и реперные координаты в реконструированных изображениях 4D pO2 .
    7. Используя просмотрщик рисунков и набор инструментов RotateImagePLG, поверните изображение США в соответствии с маркером положения США и реперными точками, чтобы зарегистрировать карту pO2 с контуром США.
    8. Преобразуйте опухолевую маску из изображения УЗИ в карту pO2 .
    9. Визуализируйте маску опухоли на картеpO2 мыши и экспортируйте значенияpO2 для каждого воксела.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Репрезентативный срез ультразвукового изображения опухоли LN229, растущей во внутрилопаточной жировой подушке вместе с сосудистой сетью, показан на рисунке 5. Некоторая сосудистая сеть видна за пределами границы опухоли. Неожиданно процент объема сосу...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

В описанном протоколе визуализации есть несколько важных этапов. Во-первых, для регистрации анатомических изображений с кислородными картами, МРТ может быть лучшим выбором, чем ультразвук, из-за лучшего разрешения и возможности предоставления подробных 3D-данных

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Раскрытие информации

Профессор Х. Халперн и Б. Эпель являются соучредителями компании O2M Technologies. Другие авторы: Г. Дзурман, А. Беня, А. Мурзин, Б. Плоценник, Й. Козик, Г. Шевчик, М. Щигел, М. Кшикавска-Серда и М. Элас не могут заявить о конфликте интересов.

Благодарности

Мы благодарим компанию O2M Technology за любезную техническую поддержку. Гранты Национального научного центра Польши No 2020/37/B/NZ4/01313 (тепловизор Jiva-25) и NCBiR: ENM3/IV/18/RXnanoBRAIN/2022 (затраты на животных) признаны. Приобретение ультразвукового аппарата VevoF2 было поддержано факультетом биохимии, биофизики и биотехнологии в рамках инициативы Strategic Program Excellence Initiative в Ягеллонском университете.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
aqua pro injectionePolpharma1280610-
ArbuzGUI O2M Technologies-accesible in the github repository
disodium phosphatePOCH S.A.799280115-
Dulbecco′s Modified Eagle′s Medium - high glucoseMerck Life ScienceD56484500 mg/L glucose and L-glutamine
fetal bovine serum Gibco, Thermo Fisher Scientific10500064-
fishing wireGood FishA-55A-035US position marker - 0.35 mm
GeltrexGibco, Thermo Fisher ScientificA1413302reduced growth factor basement membrane matrix
ibGUIO2M Technologies-accesible in the github repository
injectio natrii chlorati isotonicaPolpharmamultipe items were used9 mg/mL
insulin needles 29 G Becton, Dickinson and Companymultipe items were used-
Jiva 25O2M Technologies-EPROI
MATLABMathWorks-version R2021b
penicillin-streptomycinMerck Life ScienceP4333with 10,000 units penicillin and 10 mg streptomycin/mL
potassium chloridePOCH S.A.739740114-
potassium dihydrogen phosphatePOCH S.A.742020112-
ProcessGUIO2M Technologies-accesible in the github repository
PTFE tubing Cole Palmer Instrument Co06412-11-
sodium chloridePOCH S.A.794121116-
SpecMan4EPRFEMI Instruments-version 3.4 CS 64bit
Surflash I.V. CatheterTerumoSR*FF2419size: 24G x ¾"
tape3M multipe items were usedmicropore
Trypsin-EDTA Gibco, Thermo Fisher Scientific25200072-
UltrasonographyTelemed-Anatomical US
US gelKONIXNUG-0019-
VetfluraneVirbac1373171000 mg/g
Vevo F2FujiFilms, Visual Sonics-B-mode and Doppler
vinyl polysiloxane dental clay 3M ESPEmultiple items were used-

Ссылки

  1. Chen, P. -S. Pathophysiological implications of hypoxia in human diseases. J Biomed Sci. 27, 63(2020).
  2. Lopez-Pascual, A., Trayhurn, P., Martínez, J. A., González-Muniesa, P. Oxygen in metabolic dysfunction and its therapeutic relevance. Antioxid Redox Signal. 35 (8), 642-687 (2021).
  3. Vaupel, P., Mayer, A., Höckel, M. Tumor hypoxia and malignant progression. Methods Enzymol. 381, 335-354 (2004).
  4. Gertsenshteyn, I., et al. Absolute oxygen-guided radiation therapy improves tumor control in three preclinical tumor models. Front Med (Lausanne). 10, 1269689(2023).
  5. Epel, B., et al. Oxygen-guided radiation therapy. Int J of Radiat Oncol Biol Phys. 103 (3), 977-984 (2019).
  6. Hockel, M., et al. Association between tumor hypoxia and malignant progression in advanced cancer of the uterine cervix. Cancer Res. 56 (19), 4509-4515 (1996).
  7. Semenza, G. L. Intratumoral hypoxia and mechanisms of immune evasion mediated by hypoxia-inducible factors. Physiology (Bethesda). 36 (2), 73-83 (2021).
  8. Dewhirst, M. W., Mowery, Y. M., Mitchell, J. B., Cherukuri, M. K., Secomb, T. W. Rationale for hypoxia assessment and amelioration for precision therapy and immunotherapy studies. J Clin Invest. 129 (2), 489-491 (2019).
  9. Tatum, J. L., et al. Hypoxia: importance in tumor biology, noninvasive measurement by imaging, and value of its measurement in the management of cancer therapy. Int J Radiat Biol. 82 (10), 699-757 (2006).
  10. O'Connor, J. P. B., et al. Oxygen-enhanced MRI accurately identifies, quantifies, and maps tumor hypoxia in preclinical cancer models. Cancer Res. 76 (4), 787-795 (2016).
  11. Colliez, F., et al. Oxygen mapping within healthy and acutely infarcted brain tissue in humans using the NMR relaxation of lipids: A proof-of-concept translational study. PLoS One. 10 (8), e0135248(2015).
  12. Gouel, P., et al. Advances in PET and MRI imaging of tumor hypoxia. Front Med (Lausanne). 10, 1055062(2023).
  13. Płonka, P. M. Paramagnetomics. Electron Spin Resonance Spectroscopy in Medicine. , 189-221 (2019).
  14. Kavetskyy, T. S., et al. EPR study of self-organized magnetic nanoparticles in biomaterials. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 25, 146-156 (2022).
  15. Eaton, G. R., Eaton, S. S., Ohno, K. EPR Imaging and in Vivo EPR. , CRC Press. (2018).
  16. Berliner, L. J. The evolution of biomedical EPR (ESR). Biomed Spectrosc Imaging. 5 (1), 5-26 (2017).
  17. Matsumoto, K. -I., et al. EPR-based oximetric imaging: a combination of single point-based spatial encoding and T1 weighting. Magn Reson Med. 80 (5), 2275-2287 (2018).
  18. Kishimoto, S., et al. Pulsed electron paramagnetic resonance imaging: Applications in the studies of tumor physiology. Antioxid Redox Signal. 28 (5), 1378-1393 (2018).
  19. Epel, B., Halpern, H. J. In vivo pO2 imaging of tumors: Oxymetry with very low-frequency electron paramagnetic resonance. Methods Enzymol. 564, 501-527 (2015).
  20. Epel, B., et al. Absolute oxygen R1e imaging in vivo with pulse electron paramagnetic resonance. Magn Reason Med. 72 (2), 362-368 (2014).
  21. Ahmad, R., Kuppusamy, P. Theory, instrumentation, and applications of electron paramagnetic resonance oximetry. Chem Rev. 110 (5), 3212-3236 (2010).
  22. Kuppusamy, P. Sense and sensibility of oxygen in pathophysiology using EPR oximetry. Measuring oxidants and oxidative stress in biological systems. Berliner, L. J., Parinandi, N. L. , Springer. Cham (CH). (2020).
  23. Flood, A. B., Satinsky, V. A., Swartz, H. M. Comparing the effectiveness of methods to measure oxygen in tissues for prognosis and treatment of cancer. Adv Exp Med Biol. 923, 113-120 (2016).
  24. Ardenkjær-Larsen, J. H., et al. EPR and DNP properties of certain novel single electron contrast agents intended for oximetric imaging. J Magn Reason. 133, 1-12 (1998).
  25. Reddy, T. J., Iwama, T., Halpern, H. J., Rawal, V. H. General synthesis of persistent trityl radicals for EPR imaging of biological systems. J Org Chem. 67 (14), 4635-4639 (2002).
  26. Kmiec, M. M., Tse, D., Kuppusamy, P. Oxygen-sensing paramagnetic probes for clinical oximetry. Adv Exp Med Biol. 1269, 259-263 (2021).
  27. Pandian, R. P., Parinandi, N. L., Ilangovan, G., Zweier, J. L., Kuppusamy, P. Novel particulate spin probe for targeted determination of oxygen in cells and tissues. Free Radic Biol Med. 35 (9), 1138-1148 (2003).
  28. O2M Technologies LLC. JIVA-25 Oxygen Imager User Manual. , (2024).
  29. Epel, B., et al. Electron paramagnetic resonance oxygen imaging of a rabbit tumor using localized spin probe delivery. Med Phys. 37 (6 Part1), 2553-2559 (2010).
  30. Epel, B., Viswakarma, N., Sundramoorthy, S. V., Pawar, N. J., Kotecha, M. Oxygen imaging of a rabbit tumor using a human-sized pulse electron paramagnetic resonance imager. Mol Imaging Biol. 26 (3), 403-410 (2023).
  31. Epel, B., Redler, G., Tormyshev, V., Halpern, H. J. Towards human oxygen images with electron paramagnetic resonance imaging. Adv Exp Med Biol. 876, 363-369 (2016).
  32. Elas, M., et al. EPR oxygen images predict tumor control by a 50% tumor control radiation Dose. Cancer Res. 73 (17), 5328-5335 (2013).
  33. Elas, M., et al. Electron paramagnetic resonance oxygen images correlate spatially and quantitatively with Oxylite oxygen measurements. Clin Cancer Res. 12 (14), 4209-4217 (2006).
  34. Redler, G., Epel, B., Halpern, H. J. Principal component analysis enhances SNR for dynamic electron paramagnetic resonance oxygen imaging of cycling hypoxia in vivo. Magn Reson Med. 71 (1), 440-450 (2014).
  35. Naz, S., Kishimoto, S., Mitchell, J. B., Krishna, M. C. Imaging metabolic processes to predict radiation responses. Semin Radiat Oncol. 29 (1), 81-89 (2019).
  36. Yamamoto, K., et al. Molecular imaging of the tumor microenvironment reveals the relationship between tumor oxygenation, glucose uptake, and glycolysis in pancreatic ductal adenocarcinoma. Cancer Res. 80 (11), 2087-2093 (2020).
  37. Kawai, T., et al. Continuous monitoring of postirradiation reoxygenation and cycling hypoxia using electron paramagnetic resonance imaging. NMR Biomed. 35 (10), e4783(2022).
  38. Takakusagi, Y., et al. Pyruvate induces transient tumor hypoxia by enhancing mitochondrial oxygen consumption and potentiates the anti-tumor effect of a hypoxia-activated prodrug TH-302. PLoS One. 9 (9), e107995(2014).
  39. Li, T., et al. Evaluations of an early change in tumor pathophysiology in response to radiotherapy with oxygen enhanced electron paramagnetic resonance imaging (OE EPRI). Mol Imaging Biol. 26 (3), 448-458 (2024).
  40. Schaner, P. E., et al. First-in-human study in cancer patients establishing the feasibility of oxygen measurements in tumors using electron paramagnetic resonance with the OxyChip. Front Oncol. 11, 743256(2021).
  41. Swartz, H. M., et al. How best to interpret measures of levels of oxygen in tissues to make them effective clinical tools for care of patients with cancer and other oxygen-dependent pathologies. Physiol Rep. 8 (15), 14541(2020).
  42. Tseytlin, M., et al. A combined positron emission tomography (PET)-electron paramagnetic resonance imaging (EPRI) system: initial evaluation of a prototype scanner. Phys Med Biol. 63 (10), 105010(2018).
  43. Kim, H., et al. Development of a PET/EPRI combined imaging system for assessing tumor hypoxia. J Instrum. 16 (03), P03031(2021).
  44. Shen, J., et al. Development of isoindoline nitroxides for EPR oximetry in viable systems. Appl Magn Reason. 22, 357-368 (2002).
  45. Alecci, M., Ferrari, M., Quaresima, V., Sotgiu, A., Ursini, C. L. Simultaneous 280 MHz EPR imaging of rat organs during nitroxide free radical clearance. Biophys J. 67 (3), 1274-1279 (1994).
  46. Hyde, J. S., Subczynski, W. K. Simulation of ESR spectra of the oxygen-sensitive spin-label probe CTPO. J Magn Reson (1969). 56 (1), 125-130 (1984).
  47. Sarna, T., Dulȩba, A., Korytowski, W., Swartz, H. Interaction of melanin with oxygen. Arch Biochem Biophys. 200 (1), 140-148 (1980).
  48. Bratasz, A., Kulkarni, A. C., Kuppusamy, P. A highly sensitive biocompatible spin probe for imaging of oxygen concentration in tissues. Biophys J. 92 (8), 2918-2925 (2007).
  49. Gluth, T. D., et al. Biocompatible monophosphonated trityl spin probe, HOPE71, for in vivo measurement of pO2, pH, and [Pi] by electron paramagnetic resonance spectroscopy. Anal Chem. 92 (2), 946-954 (2022).
  50. Gluth, T. D., et al. Large-scale synthesis of a monophosphonated tetrathiatriarylmethyl spin probe for concurrent in vivo measurement of pO2, pH and inorganic phosphate by EPR. RSC Adv. 11 (42), 25951-25954 (2022).
  51. Vahidi, N., et al. In vivo and in vitro EPR oximetry with fusinite: A new coal-derived, particulate EPR probe. Magn Reson Med. 31 (2), 139-146 (1994).
  52. Gallez, B., et al. Small particles of fusinite and carbohydrate chars coated with aqueous soluble polymers: preparation and applications for in vivo EPR oximetry. Magn Reson Med. 40 (1), 152-159 (1998).
  53. James, P. E., et al. Gloxy: An oxygen-sensitive coal for accurate measurement of low oxygen tensions in biological systems. Magn Reson Med. 38 (1), 48-58 (1997).
  54. Goda, F., et al. In vivo oximetry using EPR and India ink. Magn Reson Med. 33 (2), 237-245 (1995).
  55. Liu, K. J., et al. Lithium phthalocyanine: a probe for electron paramagnetic resonance oximetry in viable biological systems. Proc Natl Acad Sci. USA. 90 (12), 5438-5442 (1993).
  56. Ilangovan, G., Zweier, J. L., Kuppusamy, P. Mechanism of oxygen-induced EPR line broadening in lithium phthalocyanine microcrystals. J Magn Reason. 170 (1), 42-48 (2004).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

216PO2EPRIOX071

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены