Hiperpolarize Manyetik Rezonans Ajanlar Araştırmaları bir Multi-bölmesi Dinamik Tek Enzim Phantom Kullanımı

Özet

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

Özet

manyetik rezonans ile hiperpolarize substratların görüntüleme gerçek zamanlı olarak kritik biyokimyasal süreçlerin değerlendirilmesi için büyük bir klinik olacağını göstermektedir. Nedeniyle hyperpolarized devlet tarafından dayatılan temel kısıtlamalara, egzotik görüntüleme ve rekonstrüksiyon teknikleri yaygın olarak kullanılmaktadır. dinamik, çok spektral görüntüleme yöntemleri karakterizasyonu için pratik bir sistem kritik ihtiyaç vardır. Böyle bir sistem, yeniden üretilebilir, normal ve patolojik doku ilgili kimyasal dinamiklerini özetlemek gerekir. Bugüne kadar en yaygın olarak kullanılan alt-tabaka kanseri metabolizma değerlendirme [1- ^13C] -pyruvate hiperpolarize edildi. Biz laktat piruvat dönüşümünü aracılık eden bir enzim bazlı fantom sistemini açıklar. Reaksiyon, reaksiyon hızı kontrol reaktifler konsantrasyonları içeren, her biri kesik çizgilerle birden çok odalar içine hiperpolarize maddenin enjeksiyonu ile başlatılır. Çoklu bölmeleri sağlamak için gerekli olan imaging dizileri sadakatle doku mekansal ve metabolik heterojeniteye yakalamak. Bu sistem, in vivo olarak mümkün değildir kimyasal geleneksel fantomlardan bulunmayan dinamikleri yanı sıra, kontrol ve tekrarlanabilirlik sağlayarak gelişmiş görüntüleme stratejilerinin geliştirilmesini ve doğrulama yardımcı olacaktır.

Giriş

¹³ C-etiketli bileşiklerin hiperpolarize manyetik rezonans görüntüleme (MRG) klinik etkisi gerçek zamanlı manyetik rezonans spektroskopi ve spektroskopik görüntüleme ^1-5 ile kimyasal dönüşüm oranları ölçmek için yeteneği kritik bağlıdır. Dizisi geliştirme ve doğrulama esnasında, dinamik kimyasal dönüşüm, genellikle in vivo ya da sınırlı kontrol ve tekrarlanabilirlik teklif vitro modeller ^6-9 ile elde edilir. Sağlam test ve kalite güvencesi için, bu ölçüme endemik kimyasal dönüşüm koruyan daha kontrollü sistem tercih olacaktır. Bu dinamik tek bir enzim hayalet kullanarak tekrarlanabilir bir şekilde, bu dönüşümü sağlamak için bir yöntem özetlemektedir.

Hiperpolarize ¹³ C maddeleri ile çalışmaların çoğu işleyen biyolojik ortamda hiperpolarize yüzeylerde görüntüleme odaklanmak. amaç biyolojik incelemek ise, bu bariz bir seçimdirEl işler veya klinik bakım üzerindeki etkisi potansiyelini belirlemek. Bazı ölçüm sistemi veya veri işleme algoritmasının tanımlanması arzu edilmektedir, ancak, biyolojik modeller, içsel mekansal ve zamansal değişkenliğe ¹⁰ gibi çok sayıda dezavantajlara sahiptir. Ancak, geleneksel statik hayaletler hiperpolarize yüzeylerde MRG birincil klinik ilgi sürücüler kimyasal dönüşüm eksikliği ve dönüşüm oranları veya diğer dinamik parametrelerin ¹¹ algılanmasını karakterize etmek için kullanılamaz. dinamik görüntüleme stratejilerinin titiz inceleme imkanı veren, kontrol ve tekrarlanabilir kimyasal dönüşüm sağlayan tek enzim sistemi kullanma.

Bu sistem hiperpolarize yüzeyler için görüntüleme stratejilerinin geliştirilmesi ve alternatif yaklaşımlara karşı karşılaştırma için performansını karakterize etmek isteyen olan araştırmacılara yöneliktir. Statik ölçümler istenen son nokta varsa o ¹³ C-etiketli metaboliti wi statik Phantoms¹¹ yeterli olacak. Diğer taraftan daha karmaşık biyolojik karakterizasyonu sonra gerçek biyolojik modeller ^12-14 ihtiyaç duyulacak yöntemiyle (teslimat, hücresel yoğunluk, vb) kritik olup olmadığını. Bu sistem belirgin kimyasal dönüşüm oranları bir miktar ölçüsü sağlamayı amaçlıyoruz görüntüleme stratejilerinin değerlendirilmesi için idealdir.

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

Protokol

NOT: (Phantom Tasarım) İki 3 ml odaları Ultem dışında işlenmiş ve enjeksiyon ve egzoz PEEK boru (1,5875 mm OD ve 0.762 mm kimliği) takıldı. Chambers, su (Şekil 1) ile dolu bir 50 ml'lik santrifüj tüpüne yerleştirildi. Kabarcıkları tarafından oluşturulan sinyal boşluklarını önlemek için, odalar ve çizgiler deiyonize su (dH ₂ O) ile dolu öncesi bulundu.

1. Solüsyon Hazırlama

1. 1 L'lik tampon çözeltisi (81.3 mM Tris pH 7.6, 203.3 mM NaCI) hazırlayın. Dışarı 11.38 g Trizma önceden ayarlanmış kristalleri, pH 7.6 ve 11.88 g NaCI tartılır ve dH ₂ O 1 L çözülür
2. 50 mM NADH çözeltisi hazırlayın. β-nikotinamid adenin dinükleotid (NADH), indirgenmiş dipotasyum tuzu 17.8 mg tartılır ve aşama, bir hazırlandı tampon çözeltisi 280 ul içinde çözülür.
3. 250 U / ml enzim solüsyonu hazırlayın. laktat dehidrogenaz (LDH) 78.75 etkinlik birimleri tartılır ve S'den 315 ul tampon maddesi içinde çözülürbirini TEP.
4. pirüvik asit karışımı hazırlayın. 21.4 mg Ox063 tritil radikalidir tartılır ve (± 1 mi) [1- ^13C] piruvik asit 1.26 g çözülür.
5. Çözünme ortamı hazırlanır (40 mM Tris pH 7.6, 40 mM NaOH, 0.27 mM EDTA ve 50 mM NaCI). Trizma önceden belirlenmiş kristalleri, pH 7.6 5.96 g, NaOH 1.6 g, 0.1 g etilendiamintetraasetik asit disodyum tuzu dihidrat (EDTA) ve 2.9 g NaCI tartılır ve 1 L dH ₂ O çözülür
6. 1:10 gadoteridol çözeltisi (50 mM) hazırlanır. DH ₂ O 9 ul gadoteridol 1 ul karıştırın 8 M ^[13C] üre hazırlanması. 1.465 5 ^[13 C] üre tartılır ve 3 ml dH ₂ O çözülür

Hiperpolarize Piruvat 2. Hazırlık

1. Dinamik Nükleer Polarizasyon (DNP) sistemi, pipet gadoteridol çözeltisi 0.3 ul piruvik asit çözeltisine 13 mg (~ 10 ul) bir örnek kabındaki.
2. Kısaca pipet ile numune kabının Bu karışımı karıştırın.
3. DNP sistemine örnek yerleştirin.
   1. DNP sistemine kapı sağlamak kapalıdır. DNP sistem konsolunda insert örnek butonuna tıklayarak numune yerleştirme süreci başlar. Örnek Sihirbazın sonraki normal bir örnek seçin ve tuşuna basın.
   2. numune kabı tutulması dikey yavaşça numune kabı üstünden ekleme çubuğunu yerleştirin. İstendiğinde, DNP sistemini açın ve ekleme çubuk kullanarak değişken sıcaklık eki (VTI) içine fincan yerleştirin.
   3. değişken sıcaklık endeksinde örnek serbest bırakmak için numune yerleştirme çubuğunun ucundaki piston çekin. sistemden numune yerleştirme çubuğunu sökün ve DNP sistem konsolunda sonraki düğmesini tıklatın.
4. polarizasyon başlatın.
   1. DNP sistem konsolunda başlangıç ​​kutuplaşma düğmesini tıklatın. RINMR yazılım türü .HYPERSENSENMR yazılım izleme kutuplaşmayı başlatmak için. 1 yapılandırmayı kurmak ve enter tuşuna basın ayarlayın. Sonra sağlam yapısı tıklayın us.
   2. kaydetmek dosyanın konumunu ve adını ayarlayın. DNP sistem konsolunda sekmesinde açılır 13-C için profili seçin ve bir sonraki tıklayın. 300 sn, birikimi sırasında belirlenen numune zaman örnek ve bitirmek tıklayın kutuyu işaretleyin.
5. 3.85 g üzerinden ölçülür (~ 4 mL) Çözünme ortamının, ya bir 5 ml şırınga ile hacim veya bir ölçek kullanılarak ağırlıkla.

Enzim Phantom 3. hazırlanması

1. ~ 3 ml ^[13C] üre çözeltisi ile mikrosantrifüj tüpü doldurmak ve 50 ml santrifüj tüpüne koyun. DH ₂ O 50 ml santrifüj tüpü doldurmak
2. Oluşan herhangi bir kabarcıklarını temizlemek için özen 3 ml dH fantom enjeksiyon hatları içine ₂ O ~ enjekte ederek iki enzim odaları ve dH ₂ O ile satırları önceden doldurun.
3. enjeksiyon hatları kolay erişim ile mıknatıs merkezinde hayalet yerleştirin. t dışarı delik olacak sıvıyı yakalamak için bazı kap olduğundan emin olun Egzoz hattı o.
4. yüksek aktivite enzim karışımı (17.14 mM NADH, 44.57 U / ml LDH) hazırlayın. birlikte 240 ul NADH çözeltisi, 125 | il LDH solüsyonu ve 335 ul tampon karışımı ve enjeksiyon hattına bağlanabilen bir 3 mi şırınga içinde tutar.
   Not: DNP sistemi için 40 mM piruvat, 500 ul ile birlikte sonra son fantom hacmi ~ 16.7 mM piruvat, 10 mM NADH ve pH değeri Tris tamponlu çözelti içinde 26 U / L LDH konsantrasyonları ile 1,2 ml olacaktır 7.5.
5. düşük aktivite enzim karışımı (17.14 mM NADH 26,79 U / ml LDH) birlikte 240 ul NADH çözeltisi, 75 ul LDH solüsyonu ve 385 ul tampon karışımı ve enjeksiyon hattına bağlı ayrı bir 3 ml şırınga tutulması hazırlayın.
   Not: DNP sistemi için 40 mM piruvat, 500 ul ile birlikte takiben nihai fantom hacmi ~ 7.5 16.7 mM piruvat, 10 mM NADH konsantrasyonları ile 1,2 ml ve pH değeri Tris tamponlu çözelti içinde 15.625 U / L LDH olacak .

jove_title "> 4. Herhangi Kalite Güvence (QA) ve Konumlandırma tarar çalıştırın

1. İlk konumlandırma.
   1. Çalışma modunda ^[1 H] TX / RX Volume modunda yeni bir FLASH konumlandırma tarama yükleyin. 2 kurmak boyutlarını değiştirmek: Spektrometre Kontrol Aracı -> Düzenle GS -> Kurulum Boyutlar -> 2. Spektrometre Kontrolü GSP ve mıknatıs merkezli kadar fantom hareket ettirin. Spektrometre Kontrolü sonra basın DUR Basın GOP.
2. Pilot Tarama.
   1. Çalışma modunda ^[1 H] TX / RX Volume modunda yeni bir TriPiolt konumlandırma tarama yükleyin. Pozisyon Dilim: Tarama Kontrolü -> Dilim araç-> dilim hareket (; dilim paketi kaydırıcı ile hareket seçme dilim M tuşuna tıklayın ve basılı tutunuz).
   2. Yalpalama ^1H Bobin: Spektrometre Kontrol Aracı -> Edi -> yalpalama. Dinle ve mıknatıs ve basın DUR arkasında maç ^1H bobin. Shift tuşuna basın tarama kontrol penceresinde trafik ışık tutarken.

5. Radyal Echo Planar Spektral Görüntüleme Tarama Ayarı

1. Yeni bir radyal eko planar spektroskopik görüntüleme yükleyin (radEPSI) çalışma modunda ^[13 C] TX / RX Volume modunda tarayın. Pozisyon Dilim: Tarama kontrolü Dilim Aracı ve hareket dilimleri (; dilim paketi kaydırıcı ile hareket seçme dilim M tuşuna tıklayın ve basılı tutunuz).
2. Spektrometre Kontrol Aracı tıklayarak sallantı ^13C Bobin -> Edi -> yalpalama. Spektrometresi üzerinde 1.000-2.000 alıcı kazancı ayarlayın.
3. Nihai sistem kontrolü yapın. dizisi bağlı olarak, bir izci protokolünde üre odasından karbon 13 sinyalini gözlemleyin.
   NOT: Bu sistem geri dönüşümsüz çözünme işlemine başlamadan önce düzgün bir şekilde kurulmuş olmasını sağlar.

6. çalıştırın Çözünme

1. piruvat (~ 1 saat), çözümleri ve fantom hazır ve tarama DNP sy üzerinde çalışma çözünme düğmesini tıklayın yapılandırılır>% 90 kutuplaşma ulaşmıştır zamankonsolu kaynaklanıyor.
2. Ne zaman kendi çalışma konumuna çözünme sopa taşımak ve çözünme ortamı enjekte istenir. DNP Sistemi kapatın ve DNP sistem konsolunda bitmiş düğmesine tıklayın. sonra bitirmek tıklayın istendiğinde konumunu dinlenme geri çözünme sopa taşıyın.
3. DNP sistemi hyperpolarized piruvat teslim ettiğinde (~ ısıtma başladıktan sonra 2 dakika) Her yüksek ve düşük enzim konsantrasyonu çözüm şırınga içine piruvat solüsyonu 500 ul çıkarın. Yavaş yavaş (~ 10 sn) bir enjeksiyon hattına her şırınga enjekte edilir.
   NOT: Tarama enjeksiyondan önce ya da her zaman kullanılan tarama protokole bağlı olarak 3 dakika sonrası enjeksiyon kadar başlatılmış olabilirdi.

7. Görüntü İşleme

NOT: Bu kesikli bir çok görüntüleme stratejileri ile kullanmak için tasarlanmıştır. Rad-EPSI resim Matlab işlendi bir örnek olarak, Şekil 2'ye bakınız.

1. fid dosyasından ham verileri yüklemek. reshagerçek ve sanal çiftleri olarak saklanan veriler için puan, yankıları ve hesap okunması, projeksiyonlar sayısını eşleşecek verileri pe. ve hatta tek eko noktaları ayırmak.
2. Fourier yankı boyutta çift veya tek yankıları ya dönüşümü. Görme piruvat ve laktat için frekans bantları tespit. Kolaylık olması açısından yelpazenin mutlak değeri kullanılmıştır.
3. Her bir metabolit bant ayırın ve Fourier her metabolit için izole edilmiş sinograms elde etmek için frekans kodlayan yönü boyunca dönüşümü. Ters radon laktat veya pirüvat birinin bir görüntü elde etmek ayrı sinograms dönüşümü.

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

Sonuçlar

Dilim seçici 2D görüntüleri anlık radEPSI dizisi kullanılarak elde edildi. Metabolit görüntüleri geri filtrelenmiş projeksiyon kullanılarak yeniden inşa edildi. Şekil 2'de görüldüğü gibi, metabolit görüntüler de proton görüntüleri ile hizalandı. Bu sistem, hiperpolarize laktat sinyali sadece hiperpolarize piruvat enzimatik dönüşümü elde edilebilir. Yüksek LDH konsantrasyonu ile, Şekil 4, alt bölmeye üzere, güçlü b...

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

Tartışmalar

hiperpolarize metabolitlerin gerçek zamanlı görüntüleme dizisi tasarım, doğrulama ve kalite kontrolü için birçok benzersiz zorlukları vardır. uzaysal ve spektral heterojeniteye çözme yeteneği önemli klinik bir potansiyele sahiptir ancak konvansiyonel MRG ile ilişkili QA ve doğrulama yöntemlerini engellemektedir. Karmaşık görüntüleme sekansları veya yeniden yapılandırma algoritmaları onları zor karakterize ya da görüntüleme deney dışında doğrulamak için işlemek ince bağımlılıklar...

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

Malzemeler

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