Использование Multi-купе Dynamic один энзим Phantom для исследований гиперполяризованным магнитно-резонансных агентов
Summary
A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.
Abstract
Визуализация гиперполяризованных субстратов магнитного резонанса показывает большой клинический посыл для оценки критических биохимических процессов в режиме реального времени. Из-за фундаментальных ограничений, накладываемых гиперполяризованным состояния, обычно используются экзотические методы визуализации и реконструкции. Практическая система для определения характеристик динамических, мульти-спектральных методов визуализации крайне необходимо. Такая система должна воспроизводимо перепросматривать соответствующей химической динамики нормальных и патологических тканей. Наиболее широко используется субстрат на сегодняшний день является гиперполяризованным [1- 13 C] -pyruvate для оценки метаболизма рака. Мы опишем фермент на основе системы фантомное, который опосредует превращение пирувата в лактат. Реакцию инициируют путем инъекции гиперполяризованным агента на несколько камер внутри фантома, каждый из которых содержит различные концентрации реагентов, которые контролируют скорость реакции. Несколько отсеков необходимы для обеспечения того, чтобы ИМАПеренять последовательности точно захватить пространственной и метаболической гетерогенности ткани. Эта система будет способствовать развитию и проверки передовых стратегий визуализации, обеспечивая химической динамики, которые не доступны от обычных фантомов, а также контроль и воспроизводимости , что невозможно в естественных условиях.
Introduction
Клиническое воздействие гиперполяризованным магнитно – резонансной томографии (МРТ) 13 С-меченых соединений в решающей степени зависит от его способности измерять химические показатели переходов через реальном времени магнитно – резонансной спектроскопии и спектроскопии изображений 1-5. В процессе разработки и проверки последовательности, динамическое химическое превращение , как правило , достигается за счет в естественных условиях или в моделях 6-9 пробирке , которые предлагают ограниченные возможности управления и воспроизводимости. Для надежного тестирования и контроля качества, предпочтительнее было бы более управляемая система, которая сохраняет химическое превращение эндемичных для этого измерения. Изложим метод для достижения этого преобразования в воспроизводимым образом с использованием динамического одного фермента фантом.
Большинство исследований с гиперполяризованных 13 агентов C сосредоточиться на визуализации гиперполяризованным субстратов в функционирующей биологической среде. Это является очевидным выбором, если цель состоит в том, чтобы изучить биологическиеАль-процессов или определить потенциал для воздействия на клинической помощи. Однако, если характеристика некоторого алгоритма обработки измерительной системы или данных желательно, биологические модели имеют многочисленные недостатки , такие как неотъемлемого пространственной и временной изменчивости 10. Тем не менее, обычные статические фантомы не имеют химическое превращение , что приводит в действие первичный клинический интерес к МРТ гиперполяризованного подложек, и не могут быть использованы для характеристики обнаружения коэффициентов пересчета или других динамических параметров 11. Использование единой системы фермента мы можем обеспечить контролируемое и воспроизводимое химическое превращение, что позволяет тщательное изучение динамических стратегий визуализации.
Эта система направлена на исследователей, которые разрабатывают стратегии для визуализации гиперполяризованных субстратов и хотели бы характеризовать производительность для сравнения с альтернативными подходами. Если статические измерения желаемая конечная точка , то статическая 13 C-labled метаболит фантомы Wiбуду достаточным 11. На другом конце , если более сложная биологическая характеристика имеет решающее значение для способа (доставки, плотность клеток и т.д.) , то фактические биологические модели будут необходимы 12-14. Эта система идеально подходит для оценки стратегий визуализации, которые стремятся обеспечить количественную меру видимых скоростей химических превращений.
Protocol
Representative Results
Discussion
В реальном масштабе времени изображений гиперполяризованного метаболитов имеет много уникальных задач для проектирования последовательности, проверки и контроля качества. Возможность решения пространственно-временной и спектральной гетерогенность предлагает значительный клинич…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грантом CPRIT (RP140021-P5) и премию Джулия Джонс Matthews Cancer Research Scholar CPRIT исследование обучения (RP140106, КТМ).
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).
