Utilisation d'un multi-compartiment dynamique unique Enzyme Phantom pour les études de hyperpolarisé Agents de résonance magnétique
Summary
A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.
Abstract
Imagerie de substrats hyperpolarisés par résonance magnétique est très prometteur pour l'évaluation clinique des processus biochimiques critiques en temps réel. En raison des contraintes fondamentales imposées par l'état hyperpolarisé, les techniques d'imagerie et de reconstruction exotiques sont couramment utilisés. Un système pratique pour la caractérisation des méthodes d'imagerie dynamique, multi-spectrales est critique nécessaire. Un tel système doit reproductible récapituler la dynamique chimiques des tissus normaux et pathologiques. Le substrat le plus largement utilisé à ce jour est hyperpolarisé [1- 13 C] -pyruvate pour l' évaluation du métabolisme du cancer. Nous décrivons un système de fantôme à base d'enzyme qui intervient dans la conversion de pyruvate en lactate. La réaction est initiée par l'injection de l'agent hyperpolarisé en plusieurs chambres à l'intérieur du fantôme, dont chacune contient des concentrations de réactifs qui contrôlent la vitesse de réaction variables. Plusieurs compartiments sont nécessaires pour veiller à ce que imaséquences Ging capturer fidèlement l'hétérogénéité spatiale et métabolique des tissus. Ce système facilitera le développement et la validation des stratégies d'imagerie de pointe en fournissant des dynamiques chimiques qui ne sont pas disponibles à partir de fantômes classiques, ainsi que le contrôle et la reproductibilité qui est pas possible in vivo.
Introduction
L'impact clinique de l' imagerie par résonance magnétique hyperpolarisé (IRM) de 13 composés C-étiquetés dépend essentiellement de sa capacité à mesurer les taux de conversion chimique à travers le temps réel résonance magnétique spectroscopie et imagerie spectroscopique 1-5. Au cours du développement de la séquence et de la vérification, la conversion chimique dynamique est généralement réalisée par l' intermédiaire in vivo ou in vitro dans des modèles 6-9 qui offrent un contrôle limité et de reproductibilité. Pour le test robuste et assurance de la qualité, un système plus contrôlé qui préserve la conversion chimique endémique de cette mesure serait préférable. Nous décrivons une méthode pour réaliser cette conversion de façon reproductible en utilisant un fantôme enzymatique unique dynamique.
La plupart des études avec hyperpolarisés 13 agents C se concentrent sur l' imagerie des substrats hyperpolarisés dans un environnement biologique fonctionnement. Ceci est le choix évident si l'objectif est d'étudier biologiqueal traite ou potentiel pour déterminer l'impact sur les soins cliniques. Cependant, si la caractérisation d' un certain algorithme de traitement du système de mesure ou de données est souhaitée, des modèles biologiques présentent de nombreux inconvénients tels que la variabilité spatiale et temporelle inhérente à 10. Cependant, les spectres statiques conventionnels manquent de conversion chimique qui entraîne l'intérêt clinique primaire en IRM de substrats hyperpolarisés et ne peuvent pas être utilisés pour caractériser la détection des taux de conversion ou d' autres paramètres dynamiques 11. L'utilisation d'un système enzymatique unique, nous pouvons fournir une conversion chimique contrôlable et reproductible, ce qui permet un examen rigoureux des stratégies dynamiques d'imagerie.
Ce système est dirigé vers les chercheurs qui développent des stratégies d'imagerie pour les substrats hyperpolarisés et souhaitent caractériser la performance pour la comparaison avec d'autres approches. Si les mesures statiques sont le point final désiré , puis statique 13 métabolite C-labled Phantoms will suffit 11. À l'autre extrémité , si la caractérisation biologique plus complexe est critique pour le procédé (livraison, la densité cellulaire, etc.), des modèles biologiques réels seront nécessaires 12-14. Ce système est idéal pour l'évaluation des stratégies d'imagerie qui visent à fournir une mesure quantitative du taux apparent de conversion chimique.
Protocol
Representative Results
Discussion
imagerie en temps réel des métabolites hyperpolarisés a de nombreux défis uniques pour la conception de la séquence, la validation et le contrôle qualité. La capacité de résoudre l'hétérogénéité spatio-temporelle et spectrale offre un potentiel clinique substantielle, mais exclut les méthodes d'assurance qualité et de validation associés à l'IRM conventionnelle. séquences d'imagerie complexes ou des algorithmes de reconstruction peuvent avoir des dépendances subtiles qui les rendent d…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la subvention CPRIT (RP140021-P5) et un prix Julia Jones Scholar Cancer Research Matthews CPRIT de formation de recherche (RP140106, CMW).
Materials
| 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 |
References
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