Die Verwendung eines Mehrfach Dynamische einzelner Enzym-Phantom für Studien von hyperpolarisiertem Magnetic Resonance Agents
Summary
A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.
Abstract
Imaging von hyperpolarisiertem Substrate durch magnetische Resonanz zeigt große klinische Versprechen für die Bewertung der kritischen biochemischen Prozesse in Echtzeit. Aufgrund grundlegenden Einschränkungen, die durch die hyperpolarisierten Zustand, exotische Bildgebung und Rekonstruktionstechniken häufig verwendet werden, auferlegt. Ein praktisches System für die Charakterisierung von dynamischen, multispektrale Bildgebungsverfahren ist dringend erforderlich. Ein solches System muss die entsprechenden chemischen Dynamik der normalen und pathologischen Gewebe reproduzierbar rekapitulieren. Das am häufigsten verwendete Substrat bisher ist hyperpolarisiertem [1- 13 C] -pyruvate zur Beurteilung des Krebsstoffwechsels. Wir beschreiben ein Enzym-basierte Phantomsystem, das die Umwandlung von Pyruvat zu Lactat vermittelt. Die Reaktion wird durch Injektion des hyperpolarisierten Mittel in mehrere Kammern innerhalb des Phantom eingeleitet enthält, von denen jede Konzentrationen von Reagenzien unterschiedlicher dass die Reaktionsgeschwindigkeit steuern. Mehrere Kompartimente sind notwendig, um sicherzustellen, dass imaGing Sequenzen, die die räumliche und metabolische Heterogenität der Gewebe treu zu erfassen. Dieses System wird die Entwicklung und Validierung von Advanced Imaging – Strategien helfen , die durch chemische dynamischen Entwicklungen, die sich von herkömmlichen Phantome nicht verfügbar sind, sowie die Kontrolle und Reproduzierbarkeit , die nicht möglich , in vivo ist.
Introduction
Die klinischen Auswirkungen von hyperpolarisiertem Magnetresonanztomographie (MRI) von 13 C-markierten Verbindungen ist kritisch abhängig von der Fähigkeit chemischen Umwandlungsraten durch Echtzeit – Magnetresonanzspektroskopie und spektroskopische Bildgebung 1-5 zu messen. Während der Sequenz Entwicklung und Verifizierung wird dynamische chemische Umwandlung im allgemeinen in vivo oder in vitro – Modellen erreicht durch 6-9 , die begrenzte Kontrolle und Reproduzierbarkeit bietet. Für robuste Prüfung und Qualitätssicherung, eine kontrolliertere System, das die chemische Umwandlung endemisch dieser Messung bewahrt würde bevorzugt werden. Wir skizzieren eine Methode, um diese Umwandlung in reproduzierbarer Weise zu erreichen, ein dynamisches einzelnes Enzym Phantom verwendet wird.
Die meisten Studien mit hyperpolarisierten 13 C – Agenten konzentrieren sich auf die Abbildung hyperpolarisiertem Substrate in einer funktionierenden biologischen Umgebung. Dies ist die offensichtliche Wahl, wenn das Ziel biologische zu studierenal-Prozesse oder Potential auf klinische Versorgung für Auswirkungen bestimmen. Wenn Charakterisierung einiger Messsystem oder Datenverarbeitungsalgorithmus jedoch erwünscht ist, haben biologische Modelle zahlreiche Nachteile wie inhärente räumliche und zeitliche Variabilität 10. Jedoch fehlt konventionellen statischen Phantome die chemische Umwandlung, die die primäre klinischem Interesse in MRI von hyperpolarisiertem Substrate antreibt, und nicht verwendet werden kann , 11 Nachweis von Umrechnungskurse oder andere dynamische Parameter zu charakterisieren. Mit System ein einzelnes Enzym wir steuerbaren und reproduzierbaren chemischen Umwandlung, so dass strenge Prüfung der dynamischen Bildgebung Strategien zur Verfügung stellen kann.
Dieses System ist den Ermittlern gerichtet, die Imaging-Strategien für die hyperpolarisierten Substrate entwickeln und wünschen für den Vergleich mit alternativen Ansätzen Leistung zu charakterisieren. Wenn statische Messungen der gewünschte Endpunkt dann statisch 13 C-labled Metaboliten sind Phantome will 11 genügen. Am anderen Ende , wenn komplexere biologische Charakterisierung ist entscheidend für das Verfahren (Lieferung, Zelldichte, etc.) die tatsächlichen biologischen Modelle 12-14 benötigt werden. Dieses System ist für die Beurteilung der Abbildungsstrategien ideal, die ein quantitatives Maß der scheinbaren chemischen Umwandlungsraten zu liefern wollen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Echtzeit-Bildgebung von hyperpolarisierten Metaboliten hat viele einzigartige Herausforderungen für die Sequenzdesign, Validierung und Qualitätskontrolle. Die Fähigkeit, räumlich-zeitlichen und spektralen Heterogenität zu lösen bietet erhebliche klinische Potenzial aber schließt Methoden QA und Validierung mit herkömmlichen MRI verbunden. Komplexe Bildgebungssequenzen oder Rekonstruktionsalgorithmen können subtile Abhängigkeiten haben, die sie schwierig machen, um außerhalb des Imaging-Experiments zu charakte…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von CPRIT Zuschuss (RP140021-P5) und eine Julia Jones Matthews Cancer Research Scholar CPRIT Forschung Ausbildung Auszeichnung (RP140106, CMW) unterstützt.
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 |
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