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
Description: Watch this Scientific Journal Video about Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents at JoVE.com

Bu çalışma CPRIT hibe (RP140021-P5) ve Julia Jones Matthews Kanser Araştırma Akademik CPRIT araştırma eğitim ödülü (RP140106, CMW) tarafından desteklenmiştir.

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&#39;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 <ol><li> 1 L&#39;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 </li><li> 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. </li><li> 250 U / ml enzim solüsyonu hazırlayın. laktat dehidrogenaz (LDH) 78.75 etkinlik birimleri tartılır ve S&#39;den 315 ul tampon maddesi içinde çözülürbirini TEP. </li><li> pirüvik asit karışımı hazırlayın. 21.4 mg Ox063 tritil radikalidir tartılır ve (± 1 mi) [1- 13C] piruvik asit 1.26 g çözülür. </li><li> 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 </li><li> 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 </li></ol> Hiperpolarize Piruvat 2. Hazırlık <ol><li> Dinamik Nükleer Polarizasyon (DNP) sistemi, pipet gadoteridol çözeltisi 0.3 ul piruvik asit çözeltisine 13 mg (~ 10 ul) bir örnek kabındaki. </li><li> Kısaca pipet ile numune kabının Bu karışımı karıştırın. &lt;/ Li&gt; <li> DNP sistemine örnek yerleştirin. <ol><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li></ol></li><li> polarizasyon başlatın. <ol><li> 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. </li><li> 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. </li></ol></li><li> 3.85 g üzerinden ölçülür (~ 4 mL) Çözünme ortamının, ya bir 5 ml şırınga ile hacim veya bir ölçek kullanılarak ağırlıkla. </li></ol> Enzim Phantom 3. hazırlanması <ol><li> ~ 3 ml [13C] üre çözeltisi ile mikrosantrifüj tüpü doldurmak ve 50 ml santrifüj tüpüne koyun. DH 2 O 50 ml santrifüj tüpü doldurmak </li><li> 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. </li><li> enjeksiyon hatları kolay erişim ile mıknatıs merkezinde hayalet yerleştirin. t dışarı delik olacak sıvıyı yakalamak için bazı kap olduğundan emin olun<html> Egzoz hattı o. </li><li> 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. </li><li> 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 . </li></ol>jove_title &quot;&gt; 4. Herhangi Kalite Güvence (QA) ve Konumlandırma tarar çalıştırın <ol><li> İlk konumlandırma. <ol><li> Çalışma modunda [1 H] TX / RX Volume modunda yeni bir FLASH konumlandırma tarama yükleyin. 2 kurmak boyutlarını değiştirmek: Spektrometre Kontrol Aracı -&gt; Düzenle GS -&gt; Kurulum Boyutlar -&gt; 2. Spektrometre Kontrolü GSP ve mıknatıs merkezli kadar fantom hareket ettirin. Spektrometre Kontrolü sonra basın DUR Basın GOP. </li></ol></li><li> Pilot Tarama. <ol><li> Çalışma modunda [1 H] TX / RX Volume modunda yeni bir TriPiolt konumlandırma tarama yükleyin. Pozisyon Dilim: Tarama Kontrolü -&gt; Dilim araç-&gt; dilim hareket (; dilim paketi kaydırıcı ile hareket seçme dilim M tuşuna tıklayın ve basılı tutunuz). </li><li> Yalpalama 1H Bobin: Spektrometre Kontrol Aracı -&gt; Edi -&gt; yalpalama. Dinle ve mıknatıs ve basın DUR arkasında maç 1H bobin. Shift tuşuna basın tarama kontrol penceresinde trafik ışık tutarken. </li></ol></li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. Radyal Echo Planar Spektral Görüntüleme Tarama Ayarı <ol><li> 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). </li><li> Spektrometre Kontrol Aracı tıklayarak sallantı 13C Bobin -&gt; Edi -&gt; yalpalama. Spektrometresi üzerinde 1.000-2.000 alıcı kazancı ayarlayın. </li><li> 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. </li></ol> 6. çalıştırın Çözünme <ol><li> piruvat (~ 1 saat), çözümleri ve fantom hazır ve tarama DNP sy üzerinde çalışma çözünme düğmesini tıklayın yapılandırılır&gt;% 90 kutuplaşma ulaşmıştır zamankonsolu kaynaklanıyor. </li><li> 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. </li><li> 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. </li></ol> 7. Görüntü İşleme NOT: Bu kesikli bir çok görüntüleme stratejileri ile kullanmak için tasarlanmıştır. Rad-EPSI resim Matlab işlendi bir örnek olarak, Şekil 2&#39;ye bakınız. <ol><li> 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. </li><li> Fourier yankı boyutta çift veya tek yankıları ya dönüşümü. Görme piruvat ve laktat için frekans bantları tespit. Kolaylık olması açısından yelpazenin mutlak değeri kullanılmıştır. </li><li> 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. </li></ol>

<ol>
	<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. 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=Detecting+tumor+response+to+treatment+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+imaging+and+spectroscopy.">Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy.</a> Nature medicine. 13, 1382-1387 (2007).</li><li>Keshari, K. R., 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+dehydroascorbate+as+an+endogenous+redox+sensor+for+in+vivo+metabolic+imaging.">Hyperpolarized 13C dehydroascorbate as an endogenous redox sensor for in vivo metabolic imaging.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 18606-18611 (2011).</li><li>Gallagher, F. A., 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+pH+in+vivo+using+hyperpolarized+13C-labelled+bicarbonate.">Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate.</a> Nature. 453, 940-943 (2008).</li><li>Larson, P. 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=Investigation+of+tumor+hyperpolarized+[1-13C]-pyruvate+dynamics+using+time-resolved+multiband+RF+excitation+echo-planar+MRSI.">Investigation of tumor hyperpolarized [1-13C]-pyruvate dynamics using time-resolved multiband RF excitation echo-planar MRSI.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 63, 582-591 (2010).</li><li>Cunningham, C. H., Dominguez Viqueira, W., Hurd, R. E., Chen, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+correction+method+for+improved+spatial+correlation+of+hyperpolarized+13C+metabolites+and+anatomy.">Frequency correction method for improved spatial correlation of hyperpolarized 13C metabolites and anatomy.</a> NMR in biomedicine. 27, 212-218 (2014).</li><li>Larson, P. 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=Fast+dynamic+3D+MR+spectroscopic+imaging+with+compressed+sensing+and+multiband+excitation+pulses+for+hyperpolarized+13C+studies.">Fast dynamic 3D MR spectroscopic imaging with compressed sensing and multiband excitation pulses for hyperpolarized 13C studies.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 65, 610-619 (2011).</li><li>Mayer, D., 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=Application+of+subsecond+spiral+chemical+shift+imaging+to+real-time+multislice+metabolic+imaging+of+the+rat+in+vivo+after+injection+of+hyperpolarized+13C1-pyruvate.">Application of subsecond spiral chemical shift imaging to real-time multislice metabolic imaging of the rat in vivo after injection of hyperpolarized 13C1-pyruvate.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 62, 557-564 (2009).</li><li>Walker, C. M., 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=A+Catalyzing+Phantom+for+Reproducible+Dynamic+Conversion+of+Hyperpolarized+[1-C-13]-Pyruvate.">A Catalyzing Phantom for Reproducible Dynamic Conversion of Hyperpolarized [1-C-13]-Pyruvate.</a> PloS one. 8, e71274 (2013).</li><li>Levin, Y. S., Mayer, D., Yen, Y. F., Hurd, R. E., Spielman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+fast+spiral+chemical+shift+imaging+using+least+squares+reconstruction:+application+for+hyperpolarized+(13)C+metabolic+imaging.">Optimization of fast spiral chemical shift imaging using least squares reconstruction: application for hyperpolarized (13)C metabolic imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 58, 245-252 (2007).</li><li>von Morze, C., 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=Simultaneous+multiagent+hyperpolarized+(13)C+perfusion+imaging.">Simultaneous multiagent hyperpolarized (13)C perfusion imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 72, 1599-1609 (2014).</li><li>Sogaard, L. V., Schilling, F., Janich, M. A., Menzel, M. I., Ardenkjaer-Larsen, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+measurement+of+apparent+diffusion+coefficients+of+hyperpolarized+(1)(3)C-labeled+metabolites.">In vivo measurement of apparent diffusion coefficients of hyperpolarized (1)(3)C-labeled metabolites.</a> NMR in biomedicine. 27, 561-569 (2014).</li><li>Patrick, P. S., 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=Detection+of+transgene+expression+using+hyperpolarized+13C+urea+and+diffusion-weighted+magnetic+resonance+spectroscopy.">Detection of transgene expression using hyperpolarized 13C urea and diffusion-weighted magnetic resonance spectroscopy.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 73, 1401-1406 (2015).</li></ol>

Bu video-makale yayınlanması Bruker şirketi tarafından desteklenmektedir.

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...

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.

<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

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.

Dilim seçici 2D görüntüleri anlık radEPSI dizisi kullanılarak elde edildi. Metabolit görüntüleri geri filtrelenmiş projeksiyon kullanılarak yeniden inşa edildi. Şekil 2&#39;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...

Watch this Scientific Journal Video about Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents at JoVE.com

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.

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

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

use-multi-compartment-dynamic-single-enzyme-phantom-for-studies

Research

JoVE Journal

Engineering

6.8K Görüntüleme.  University of Texas M.D. Anderson Cancer Center. A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

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

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.

NMR ve MRG Uygulamaları için Hyperpolarized Xenon

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

Mühendislik

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.

hyperpolarized<sup&gt; 13</sup&gt; C Metabolik Manyetik Rezonans Spektroskopisi ve Görüntüleme

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

Kanser Araştırmaları

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.

NMR ile Gerçek zamanlı enzimatik Reaksiyon Hızı Ölçümleri için çözünme Dinamik Nükleer Polarizasyon Aletler

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

Kimya

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.

Hızlı Tarama Elektron Paramagnetik Rezonans Görüntüleme Fizyolojik Önemli Parametreler için Yeni bulvarlar açar<em&gt; İn Vivo</em

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

Biyomühendislik

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.

Hiperpolarize Spin-Kafes Gevşeme manyetik alan bağımlılığının ölçülmesi [1-13C]pirüuvat

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.

Yağ-su hayaletler manyetik rezonans görüntüleme doğrulama için: esnek ve ölçeklenebilir iletişim kuralı

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

Tıp

Yüksek Kaliteli Hiperpolarize Ksenon-129 Manyetik Rezonans Görüntülerinin Elde Edilmesi

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.

Yazar Spotlight: Akciğer Hastalıklarını İncelemek için Hiperpolarize Ksenon-129 MRG Kullanma 

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.

Hiperpolarize Ksenon Manyetik Rezonans Görüntülemede Sorun Giderme ve Kalite Güvencesi: Yüksek Kaliteli Görüntü Elde Etme Araçları

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

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

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

NMR ve MRG Uygulamaları için Hyperpolarized Xenon

hyperpolarized

NMR ile Gerçek zamanlı enzimatik Reaksiyon Hızı Ölçümleri için çözünme Dinamik Nükleer Polarizasyon Aletler

Hızlı Tarama Elektron Paramagnetik Rezonans Görüntüleme Fizyolojik Önemli Parametreler için Yeni bulvarlar açar

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

Hiperpolarize Spin-Kafes Gevşeme manyetik alan bağımlılığının ölçülmesi [1-¹³C]pirüuvat

Yağ-su hayaletler manyetik rezonans görüntüleme doğrulama için: esnek ve ölçeklenebilir iletişim kuralı

Hiperpolarize Ksenon Manyetik Rezonans Görüntülemede Sorun Giderme ve Kalite Güvencesi: Yüksek Kaliteli Görüntü Elde Etme Araçları

Hiperpolarize Ksenon Manyetik Rezonans Görüntülemede Sorun Giderme ve Kalite Güvencesi: Yüksek Kaliteli Görüntü Elde Etme Araçları

Hiperpolarize Ksenon Manyetik Rezonans Görüntülemede Sorun Giderme ve Kalite Güvencesi: Yüksek Kaliteli Görüntü Elde Etme Araçları