استخدام متعدد مقصورة الحيوي واحدة أنزيم فانتوم للدراسات وكلاء الرنين المغناطيسي Hyperpolarized
Summary
A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.
Abstract
التصوير من ركائز hyperpolarized بالرنين المغناطيسي يبين الوعد طبي كبير لتقييم العمليات الكيميائية الحيوية الهامة في الوقت الحقيقي. بسبب القيود الأساسية التي تفرضها الدولة hyperpolarized، تستخدم عادة تقنيات التصوير وإعادة الإعمار الغريبة. هناك حاجة ماسة إلى نظام عملي للتوصيف، طرق دينامية التصوير متعددة الأطياف. مثل هذا النظام يجب أن ألخص بتكاثر ديناميات الكيميائية ذات الصلة من الأنسجة الطبيعية والمرضية. وhyperpolarized الركيزة الأكثر استخداما على نطاق واسع حتى الآن [1- 13 C] -pyruvate لتقييم عملية التمثيل الغذائي السرطان. نحن تصف نظام الوهمية القائمة على الانزيم الذي يتوسط تحويل البيروفات لاكتات. يبدأ رد الفعل عن طريق الحقن وكيل hyperpolarized إلى غرف متعددة داخل الوهمية، كل منها يحتوي على تركيزات المواد الكيميائية التي تتحكم في معدل التفاعل متفاوتة. ضرورية لضمان حجرات متعددة معهد العالم العربيتسلسل جينج التقاط بأمانة التنوع المكاني والتمثيل الغذائي للأنسجة. وهذا النظام يساعد على تطوير والتحقق من استراتيجيات التصوير المتقدمة من خلال توفير ديناميات الكيميائية التي لا تتوفر من الخيالات التقليدية، وكذلك مراقبة واستنساخ لم يكن ذلك ممكنا في الجسم الحي.
Introduction
التأثير الطبي للhyperpolarized التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) من 13 مركبات المسمى C-اعتمادا كبيرا على قدرتها على قياس معدلات التحويل الكيميائية من خلال الوقت الحقيقي الرنين المغناطيسي الطيفي والتحليل الطيفي التصوير 1-5. خلال تطوير تسلسل والتحقق، ويتحقق التحويل الكيميائية الحيوية بصفة عامة من خلال في الجسم الحي أو نماذج في المختبر 6-9 التي تقدم سيطرة محدودة والتكاثر. لاختبار قوي وضمان الجودة، ونظام أكثر للرقابة التي تحافظ على تحويل مادة كيميائية متوطن في هذا القياس سيكون من المفضل. ونحن الخطوط العريضة وسيلة لتحقيق هذا التحويل بطريقة استنساخه باستخدام الوهمية الإنزيم الحيوي.
معظم الدراسات مع hyperpolarized 13 وكلاء C تركز على التصوير ركائز hyperpolarized في بيئة بيولوجية تعمل. هذا هو الخيار الواضح إذا كان الهدف هو دراسة البيولوجيةآل العمليات وتحديد إمكانية التأثير على الرعاية الطبية. ومع ذلك، إذا كان المطلوب توصيف بعض نظام قياس أو معالجة البيانات الخوارزمية، ونماذج البيولوجية لديها العديد من السلبيات مثل الأصيل المكاني والزماني تقلب 10. ومع ذلك، أشباح الثابتة التقليدية تفتقر إلى تحويل مادة كيميائية الذي يدفع الفائدة السريرية الأولية في التصوير بالرنين المغناطيسي من ركائز hyperpolarized، والتي لا يمكن استخدامها لتوصيف الكشف عن أسعار التحويل أو غيرها من المعالم الحيوية 11. باستخدام نظام إنزيم واحد ونحن يمكن أن توفر تحويل مادة كيميائية يمكن السيطرة عليها وقابلة للتكرار، مما يتيح الفحص الدقيق لاستراتيجيات التصوير الديناميكية.
ويوجه هذا النظام على المحققين الذين يعملون على تطوير استراتيجيات التصوير لركائز hyperpolarized وترغب في تميز الأداء للمقارنة ضد نهج بديلة. إذا القياسات ثابتة هي نقطة النهاية المطلوبة ثم ثابت 13 الأيض، وصفت C الخيالات وايليرة لبنانية يكفي 11. على الطرف الآخر إذا كان أكثر توصيف البيولوجي تعقيدا أمر بالغ الأهمية لطريقة (التسليم، والكثافة الخلوية، الخ) ثم ستكون هناك حاجة إلى نماذج البيولوجية الفعلية 12-14. هذا النظام هو المثالي لتقييم استراتيجيات التصوير التي تهدف إلى توفير مقياس كمي لأسعار التحويل الكيميائي واضحة.
Protocol
Representative Results
Discussion
في الوقت الحقيقي التصوير الأيض hyperpolarized ديه العديد من التحديات فريدة من نوعها لتصميم تسلسل، والمصادقة، ومراقبة الجودة. القدرة على حل التباين الزماني المكاني والطيفي تقدم إمكانات سريرية كبيرة ولكن يحول دون طرق ضمان الجودة والتحقق من صحة المرتبطة التصوير بالرنين الم?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل منحة CPRIT (RP140021-P5) وجائزة جوليا جونز باحث ماثيوز السرطان CPRIT التدريب على البحوث (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
- Merritt, M. E., et al. Hyperpolarized 13C allows a direct measure of flux through a single enzyme-catalyzed step by NMR. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104. 104, 19773-19777 (2007).
- Rodrigues, T. B., et al. Magnetic resonance imaging of tumor glycolysis using hyperpolarized 13C-labeled glucose. Nature medicine. 20, 93-97 (2014).
- Day, S. E., et al. Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy. Nature medicine. 13, 1382-1387 (2007).
- Keshari, K. R., et al. Hyperpolarized 13C dehydroascorbate as an endogenous redox sensor for in vivo metabolic imaging. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 18606-18611 (2011).
- Gallagher, F. A., et al. Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate. Nature. 453, 940-943 (2008).
- Larson, P. E., et al. Investigation of tumor hyperpolarized [1-13C]-pyruvate dynamics using time-resolved multiband RF excitation echo-planar MRSI. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 63, 582-591 (2010).
- Cunningham, C. H., Dominguez Viqueira, W., Hurd, R. E., Chen, A. P. Frequency correction method for improved spatial correlation of hyperpolarized 13C metabolites and anatomy. NMR in biomedicine. 27, 212-218 (2014).
- Larson, P. E., et al. Fast dynamic 3D MR spectroscopic imaging with compressed sensing and multiband excitation pulses for hyperpolarized 13C studies. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 65, 610-619 (2011).
- Mayer, D., et al. Application of subsecond spiral chemical shift imaging to real-time multislice metabolic imaging of the rat in vivo after injection of hyperpolarized 13C1-pyruvate. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 62, 557-564 (2009).
- Walker, C. M., et al. A Catalyzing Phantom for Reproducible Dynamic Conversion of Hyperpolarized [1-C-13]-Pyruvate. PloS one. 8, e71274 (2013).
- Levin, Y. S., Mayer, D., Yen, Y. F., Hurd, R. E., Spielman, D. M. Optimization of fast spiral chemical shift imaging using least squares reconstruction: application for hyperpolarized (13)C metabolic imaging. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 58, 245-252 (2007).
- von Morze, C., et al. Simultaneous multiagent hyperpolarized (13)C perfusion imaging. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 72, 1599-1609 (2014).
- Sogaard, L. V., Schilling, F., Janich, M. A., Menzel, M. I., Ardenkjaer-Larsen, J. H. In vivo measurement of apparent diffusion coefficients of hyperpolarized (1)(3)C-labeled metabolites. NMR in biomedicine. 27, 561-569 (2014).
- Patrick, P. S., et al. Detection of transgene expression using hyperpolarized 13C urea and diffusion-weighted magnetic resonance spectroscopy. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 73, 1401-1406 (2015).
