Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

שימוש פנטום אנזים יחיד דינמי רב-תא ללימודים של סוכני תהודה מגנטית Hyperpolarized

Published: April 15, 2016 doi: 10.3791/53607
Automatic Translation
1, 2, 2, 1
1Imaging Physics, University of Texas M.D. Anderson Cancer Center, 2Advanced Imaging Research Center, University of Texas Southwestern Medical Center

Abstract

הדמיה של מצעים hyperpolarized ידי תהודה מגנטית נראה מבטיח קליני גדול להערכת תהליכים ביוכימיים קריטיים בזמן אמת. עקב אילוצי יסוד שקבעו מדינת hyperpolarized, טכניקות הדמיה ושחזור אקזוטיות נמצאות בשימוש נפוץ. מערכת מעשית לאפיון של שיטות הדמיה דינמית, רב-ספקטרלי נדרש אנושות. מערכת כזו חייבת reproducibly לשחזר את הדינמיקה הכימית הרלוונטית של רקמות נורמליות ופתולוגיים. מצע השימוש הנרחב ביותר עד כה הוא hyperpolarized [1- 13 C] -pyruvate להערכת מטבוליזם הסרטן. אנו מתארים מערכת פנטום אנזים מבוסס שמתווך ההמרה של פירובט כדי לקטט. התגובה היא יזמה על ידי הזרקה של סוכן hyperpolarized לתאים מרובים בתוך הרפאים, שכל אחד מהם מכיל ריכוזים שונים של חומרים כימיים כי לשלוט על קצב התגובה. תאים מרובים נחוצים על מנת להבטיח כי הר"ירצפים גינג בנאמנות ללכוד את ההטרוגניות המרחבית המטבולית של רקמת גוף. מערכת זו תסייע הפיתוח ותיקוף אסטרטגיות הדמיה מתקדמות על ידי מתן דינמיקה כימית שאינן זמינים מרווחות רפאים קונבנציונליים, כמו גם מלא שחזור זה לא אפשרי in vivo.

Introduction

ההשפעה הקלינית של תהודה מגנטית hyperpolarized (MRI) של 13 תרכובות C שכותרתו תלויה באופן מכריע ביכולתה למדוד את שיעורי המרה כימיים באמצעות הדמית ספקטרוסקופיות ספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית בזמן אמת 1-5. במהלך רצף פיתוח ואימות, המרה כימית דינמי מושגת באמצעות כלל in vivo או במודלים במבחנה 6-9 המציעים מלא שחזור מוגבלים. לבדיקה חזקה והבטיח איכות, מערכת מבוקרת יותר השומרת על ההמרה הכימית אנדמית מדידה זו תהיה בחירה מועדפת. אנו להתוות שיטה להשיג המרה זו באופן לשחזור באמצעות רפאי אנזים יחידים דינמיים.

רוב המחקרים עם hyperpolarized 13 סוכני C להתמקד הדמית מצעי hyperpolarized בסביבה ביולוגית מתפקדת. זוהי הבחירה הברורה אם המטרה היא ללמוד ביולוגיאל מעבדת או לקבוע פוטנציאל להשפעה על טיפול קליני. עם זאת, אם אפיון של כמה אלגוריתם עיבוד מדידת מערכת או נתונים רצויים, מודלים ביולוגיים יש חסרונות רבים כגון השתנות במרחב ובזמן טמונה 10. עם זאת, רוחות רפאים סטטי קונבנציונליות חסרות את המרה הכימית שמניעה את העניין הקליני הראשוני MRI של מצעי hyperpolarized, ולא ניתן להשתמש בם כדי לאפיין זיהוי של שיעורי המרה או פרמטרים דינמיים אחרים 11. שימוש במערכת אנזים אחד אנו יכולים לספק המרה כימית לשליטה לשחזור, המאפשר בדיקה קפדנית של אסטרטגיות הדמיה דינמיות.

מערכת זו מופנית חוקרים מטעמו מפתחים אסטרטגיות הדמיה מצעים hyperpolarized ומאחלים לאפיין ביצועים להשוואה נגד גישות חלופיות. אם מדידות סטטי הן נקודת הסיום הרצויה ואז סטטי 13 המטבוליט-הנקרא C פנטומי wiיהיה להספיק 11. בצד השני אם אפיון ביולוגי מורכב יותר הוא קריטי השיטה (משלוח, וצפיפות תאית, וכו ') ולאחר מכן מודלים ביולוגיים בפועל יהיו צורך 12-14. מערכת זו היא אידיאלית עבור הערכה של אסטרטגיות הדמיה כי מטרתנו היא לספק מדד כמותי של שיעורי המרה כימית לכאורה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: (עיצוב פנטום) שני 3 מיליליטר תאי היו במכונה מתוך Ultem מצויד צינורות צצים (OD 1.5875 מ"מ 0.762 מ"מ ID) להזרקה ופליטה. לשכות הונחו צינור צנטריפוגות 50 מ"ל מלא מים (איור 1). כדי למנוע חללי אות נוצרו על ידי בועות, לתאים והתורים היו מראש מלאים מים ללא יונים (DH 2 O).

1. פתרון כנה

  1. הכן 1 פתרון חיץ L (81.3 מ"מ טריס pH 7.6, 203.3 מ"מ NaCl). תשקלי 11.38 גבישים מוגדרים מראש גרם Trizma pH 7.6 ו 11.88 גרם NaCl ו להתמוסס 1 ליטר של DH 2 O.
  2. כן 50 פתרון המ"מ NADH. תשקול 17.8 מ"ג של dinucleotide אדנין β-nicotinamide (NADH), מופחת מלח dipotassium ו להתמוסס 280 μl של פתרון החיץ שהוכן בצעד אחד.
  3. כן 250 U / ml אנזימי פתרון. תשקלו 78.75 יחידות פעילות של לקטט דהידרוגנאז (LDH) ו להתמוסס 315 חיץ μl מסעיףTEP אחד.
  4. הכינו תערובת פירובט. תשקלי 21.4 מ"ג Ox063 trityl הרדיקלי מתמוססים 1.26 גרם (~ 1 מ"ל) [1 13 C] פירובט.
  5. הכן התקשורת פירוק (40 מ"מ טריס pH 7.6, 40 mM NaOH, 0.27 mM EDTA ו -50 מ"מ NaCl). תשקלי 5.96 גרם של pH גבישים מוגדרים מראש Trizma 7.6, 1.6 גרם של NaOH, 0.1 גרם מייבשים מלח disodium ethylenediaminetetraacetic חומצה (EDTA) ו -2.9 גרם NaCl ו להתמוסס 1 L DH 2 O.
  6. הכן 01:10 פתרון gadoteridol (50 מ"מ). מערבבים 1 μl של gadoteridol ב 9 μl של DH 2 O. הכנת 8 M [13 C] אוריאה. תשקול 1.465 5 [13 C] אוריאה מתמוססת 3 מיליליטר DH 2 O.

2. הכנת Hyperpolarized פירובט

  1. בתוך כוס מדגם עבור קיטוב גרעיני דינמי (DNP) מערכת, פיפטה 0.3 μl של פתרון gadoteridol ו -13 מ"ג (~ 10 μl) של הפתרון פירובט.
  2. בקצרה מערבבים את התערובת בתוך הכוס המדגם עם קצה פיפטה. </ Li>
  3. הכנס לדוגמא למערכת DNP.
    1. ודא את הדלת למערכת DNP סגורה. תוכלו להתחיל את תהליך הכניסה המדגם על ידי לחיצה על כפתור מדגם להוסיף על קונסולת מערכת DNP. על אשף המדגם לבחור מדגם ולחץ נורמלים הבאה.
    2. שמירה על כוס המדגם אנכית בעדינות למקם את מוט הכניסה מעל החלק העליון של הכוס המדגמת. כשיתבקש, לפתוח את מערכת DNP והכנס את הכוס לתוך כנס הטמפרטורה משתנה (VTI) באמצעות מוט הכניסה.
    3. משוך על הבוכנה בסוף מוט הכניסה המדגמת לשחרר המדגם במדד הטמפרטורה משתנה. הסר את מוט הכניסה מדגם מהמערכת ולחץ על הכפתור הבא על מסוף מערכת DNP.
  4. ליזום את הקיטוב.
    1. לחץ על כפתור ה הקיטוב התחלה על קונסולת מערכת DNP. בשנות ה .HYPERSENSENMR סוג התוכנה RINMR להשיק הקיטוב תוכנת ניטור. הגדר להצטבר התצורה 1 ולחצו אנטר. לאחר מכן לחץ מוצק לבנות up.
    2. הגדר את המיקום והשם של הקובץ ולשמור. בחר את הפרופיל ל -13-C הנפתחת לשוני מסוף מערכת DNP ולחץ הבא. סמן את התיבה כדי לדגום בזמן המירוץ, זמן מדגם מוגדר 300 שניות ולחץ על סיום.
  5. מדוד את 3.85 גרם (~ 4 מ"ל) של התקשורת פירוק או לפי נפח עם מזרק 5 מ"ל או לפי משקל באמצעות סולם.

3. הכנה של פנטום האנזים

  1. מלאו צינור microcentrifuge עם ~ 3 מ"ל [13 C] פתרון אוריאה ולמקם אותו בצינור צנטריפוגות 50 מ"ל. מלאו את צינור צנטריפוגות 50 מ"ל עם DH 2 O.
  2. טרום למלא את שני תאי אנזים ואת הקווים עם DH 2 O על ידי הזרקה ~ 3 מיליליטר DH 2 O לתוך קווי ההזרקה של הפנטום, מקפידה לשטוף כל בועות נוצרות.
  3. מניח את הרפאים במרכז המגנט עם גישה קלה לקווי ההזרקה. ודא שיש כמה מיכל לתפוס את הנוזל כי יפרוק אל t הוא קו הפליטה.
  4. הכן תערובת האנזים פעילות גבוהה (17.14 מ"מ NADH, 44.57 LDH U / ml). מערבבים יחד 240 פתרון NADH μl, 125 μl פתרון LDH ו -335 חיץ μl ולשמור על מזרק 3 מ"ל שניתן המצורפת בקו ההזרקה.
    הערה: לאחר בשילוב עם 500 μl של 40 פירובט מ"מ ממערכת DNP, היקף פאנטום הסופי יהיה 1.2 מ"ל עם ריכוזים של 16.7 מ"מ פירובט, 10 מ"מ NADH, ו -26 U / L LDH בתמיסה שנאגרו טריס עם pH ~ 7.5.
  5. הכן תערובת האנזים פעילות נמוכה (17.14 מ"מ NADH 26.79 U / ml LDH) מערבבים יחד 240 פתרון NADH μl, 75 μl פתרון LDH ו 385 חיץ μl ולשמור בתוך מזרק מ"ל 3 נפרדת היכולה להיות מחוברים בקו ההזרקה.
    הערה: לאחר בשילוב עם 500 μl של 40 פירובט מ"מ ממערכת DNP נפח פאנטום הסופי יהיה 1.2 מ"ל עם ריכוזים של 16.7 מ"מ פירובט, 10 מ"מ NADH, ו 15,625 U / L LDH בתמיסה שנאגרו טריס עם pH ~ 7.5 .
jove_title "> 4. להפעיל את כל אבטחת איכות (QA) וסריקות מיצוב

  1. מיצוב ראשוני.
    1. טען סריקת מיצוב FLASH חדשה במצב מבצע [1 ח] במצב נפח TX / RX. שינוי להגדיר ממדים 2: כלי בקרה ספקטרומטר -> GS ערוך -> מידות התקנה -> 2. לחצו GSP על הפיקוח ספקטרומטר ולעבור רפאים עד שמרכזה המגנט. לחץ STOP ואז הרפובליקנים לחץ על Control ספקטרומטר.
  2. סריקת פיילוט.
    1. טען סריקת מיצוב TriPiolt חדשה במצב מבצע [1 ח] במצב נפח TX / RX. התפקיד Slice: בקרת סריקה -> Slice בארון כלים> להעביר פרוסות (להחזיק M לחץ על מקש וגרור; פרוסה בחר להעביר את מחוון החבילה הפרוסה).
    2. לנענע 1 H קויל: כלי בקרה ספקטרומטר -> ACQ -> לנענע. Tune ומתאימים 1 H סליל מאחורי STOP מגנט ולחץ. תוך כדי לחיצה על כל מקש SHIFT הרמזור על חלון בקרת הסריקה.

class = "jove_title"> 5. הגדרת רדיאלי הד מישורי Spectral Imaging סריקה

  1. טען הדמיה ספקטרוסקופיות מישוריים הד חדש רדיאלי (radEPSI) סריקה במצב פעולה [13 C] במצב נפח TX / RX. התפקיד Slice: כלי Slice בשלט הסריקה ופרוס לזוז (להחזיק M לחץ על מקש וגרור; פרוסה בחר להעביר את מחוון החבילה הפרוסה).
  2. לנענע 13 C סליל ידי לחיצת כלי בקרת ספקטרומטר -> ACQ -> לנענע. קבע את הרווח מהמקלט 1,000-2,000 על ספקטרומטר.
  3. בצע את בדיקת המערכת הסופית. בהתאם רצף, להתבונן אות פחמן 13 מהאולם אוראה פרוטוקול הסקאוט.
    הערה: פעולה זו מבטיחה כי המערכת מוגדרת כראוי לפני תחילת תהליך פירוק בלתי הפיך.

6. פירוק הפעלה

  1. כאשר פירובט השיג> 90% קיטוב (~ 1 שעה), פתרונות הפנטום מוכנים והסריקה מוגדרת ללחוץ על כפתור הפירוק לרוץ על סאי DNPגזע המסוף.
  2. כאשר יתבקש להעביר את מקל הפירוק למצב ההפעלה שלה ולהזריק תקשורת פירוק. סגור את מערכת DNP ולחץ על הכפתור סיים על קונסולת מערכת DNP. זז מקל פירוק חזרה נחתי עמדה כשתתבקש מכן לחץ על סיום.
  3. כשהמערכת DNP מספק את פירובט hyperpolarized (~ 2 דקות לאחר תחילת חימום) לסגת 500 μl של פתרון פירובט לתוך כל המזרקים פתרון ריכוז האנזים גבוה ונמוך. לאט (~ 10 שניות) להזריק מזרק אחד לתוך בקו ההזרקה.
    הערה: סריקה, הייתה יכולה להתרחש לפני ההזרקה או בכל עת עד 3 דקות לאחר ההזרקה בהתאם לפרוטוקול סריקה בשימוש.

עיבוד תמונה 7.

הערה: זה פנטום מתוכנן לשימוש עם אסטרטגיות הדמיה רבות. ראה 2 איור, כדוגמה את אופן הצגת תמונות rad-EPSI עובדו באמצעות Matlab.

  1. טען נתונים גולמיים מקובץ fid. Reshape הנתונים כדי להתאים את מספר התחזיות, קריא נקודות, הדים וחשבון עבור נתונים המאוחסנים כזוגות אמיתיים ומדומים. הפרד את נקודות הד זוגיים ואי-זוגיים.
  2. התמרת גם ההדים אפילו או מוזר לאורך ממדים הד. ראייה לזהות את התדרים עבור פירובט ומיניקות. לשם פשטות הערך המוחלט של הספקטרום היה בשימוש.
  3. הפרד בין הלהקה המטבוליט ו התמרת לאורך כיוון לקודד בתדירות להניב sinograms מבודד לכל המטבוליט. ראדון הופכים להפוך את sinograms הנפרד לייצר תמונה או של לקטט או פירובט.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

תמונות 2D Slice-סלקטיבית נרכשו באמצעות רצף תמונת מצב radEPSI. תמונות המטבוליט שוחזרו באמצעות הקרנה הסתננה. התמונות המטבוליט היו מיושרים היטב עם תמונות פרוטון, כפי שניתן לראות באיור 2. בשנת hyperpolarized מערכת זו אות לקטט יכול להיווצר רק מהמרת האנזימטית של פירובט hyperpolarized. באיור 4, לתא התחתון, עם ריכוז LDH גבוה, יש לקטט חזק אות פירובט חלשה לעומת לתא העליון. באמצעות אותות המטבוליט יחסית כמו הערכה של ריכוז האנזים לקטט יחס פירובט הוא 1.47 גבוה פי בתא התחתון. יחס ריכוז אנזים בפועל בין התאים התחתונים העליונים היה 1.66 פעמים וזה בהסכמה מחוספסת עם יחסי האות (איור 4).

תמונות כמובן זמן היו גןדירוג באמצעות רצף IDEAL (איור 3). הסכם חזק בין התמונות המטבוליט ואת התייחסות הפרוטון נצפה שוב. שים לב לא תעתוע אוריאה נכח למחקר זה. בתא האנזים הגבוה בצד ימין, אות לקטט ראשונית חזקה מאוד הוא ציין. התגובה כמעט היה הזרז לחלוטין עד שהוא נמסר לתוך (משלוח שניות 9, 12 לקטט שניות שיא) תא. התגובה התקדמה לאט יותר ויותר בתא ריכוז האנזים הנמוך (משמאל). זה גם ראוי לציון כי פחות אות פירובט נצפתה בתא האנזים הגבוה יותר של האות הוסב לקטט.

איור 1
איור 1. פנטום סכמטי: (א) תרשים המציג את העיצוב הקאמרי. צ'יימברס A ו- B מצוידים בהזרקה וקווי פליטה. תא האוריאה אטום כפי שהוא לא צריך להיות להזריקאד במהלך הרכישה. (ב) תמונה של פנטום מפורק מראה את החדר, קווי הזרקת שפופרת 50 מיליליטר. (ג) מערכת הפנטום התאספה עם קווי ההזרקה עוטפים כך מחברי המזרק בסוף הקווים בפריים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2. תמונות המטבוליט באמצעות rad-EPSI. תמונות עטרה המופק שתי להקות רפאים נפרדות, פירובט (מרכז) ומיניקות (מימין). התא העליון יש ניכר יותר אות פירובט אות לקטט פחות קאמרי התחתונה. תמונת פרוטון (משמאל) נרכשה לאחר הדמית סוכני hyperpolarized. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. המטבוליט זמן תמונות כמובן באמצעות רצף IDEAL. Axial תמונות בסדרה זו נרכשו במרווחי 3-שניות. פירובט (למעלה) ו לקטט (למטה) מוצגים מעל תמונת פרוטון בגוונים האפורה. לקטט החזק אותות פירובט חלשים הם נצפו בתא התקין שמכיל את ריכוז האנזים הגבוה. החדר השמאלי, עם ריכוז אנזים נמוך, הראה פחות חומצת חלב ו אות פירובט חזקה. התאים בטלים של אות hyperpolarized עבור 9 השניות הראשונות בגלל הסריקה יזמה לפני הזריקה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4 "src =" / files / ftp_upload / 53,607 / 53607fig4.jpg "/>
תמונות איור מעובד 4.: בהירויות האות הממוצעות עבור כל תא לראות על התמונות המטבוליט המשולבות (משמאל). ההבדל לקטט יחסי פירובט לתאי העליון והתחתון איכותית להתאים את ההבדל בפעילות האנזים המשמש, כפי שמוצג גרפים בר (מימין).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הדמיה בזמן אמת של מטבוליטים hyperpolarized יש אתגרים ייחודיים רבים עבור עיצוב רצף, אימות, ובקרת איכות. היכולת לפתור ההטרוגניות spatiotemporal רפאים מציעה פוטנציאל קליני משמעותי, אבל מונע שיטות QA ואימות הקשורים MRI קונבנציונלי. רצפי הדמיה מורכבים או אלגוריתמי שיקום יכולים להיות תלות עדינה אשר הופכת אותם קשה לאפיין או לאמת מחוץ ניסוי ההדמיה. ההטרוגניות ביולוגית חששות מעשיים אחרים להגביל את השימוש in vivo ו במודלים חוץ גופית לאפיין או לאמת רצפים, חומרה או אלגוריתמים לעיבוד נתונים.

עם תאי מרחבית מרובי אבולוציה כימית דינמית, אפשר לשחזר את התכונות הקריטיות הקשורות מצעי hyperpolarized הדמית in vivo אבל בצורה מבוקרת. אזורים של פעילות אנזים גבוהה ונמוכה לספק reproduciניגודיות דינמי ble להערכת סמני הדמיה איכותיים וכמותיים. וריאציות מרחבים להבטיח עיוותים גיאומטריות, misalignments, ומקורות נפוצים אחרים של שגיאת מטופלות כראוי.

בעוד יותר לשליטה מאשר לחיות מערכות שיעורי התגובה המזורזים על ידי LDH עדיין תנאי ניסוי מאוד רגישים היא מקור עיקרי של אי-ודאות. האנושות, LDH הוא רגיש לטמפרטורה. אם מדידות עוקבות יש לעומת בזהירות רבה יש לנקוט שהחדר והטמפרטורות נוזלות נשארים קבועים בכל המידות. בנוסף הריכוז הגבוה של פירובט הקשורים מחקרי hyperpolarized מאלץ את שימוש ריכוזים גבוהים של קואנזים NADH ואת LDH האנזים. ריכוזים גבוהים אלו בדרך כלל אינם מאפשרים את ההנחות של לא מעט על מנת עיכוב אנזים או מצע מסוים להיות בריכוז עודף. אם אפיון קפדני של קינטיקה הכימית היה רצוי סבירריכוזים של חומרים כימיים הבדל יהיה צורך לשחזר ההנחות הללו. עם זאת, ניסוח זה יגרום לייצור חומצת חלב hyperpolarized בשיעורים משתנים בכל תא שאמורה להספיק אימות ההדמיה ביותר.

אם האות לקטט מעט או ללא נצפית מקום הראשון שיש לבדוק יהיה הפעילות של האנזים, אשר ייתכן שיהיה צורך להחליפו. בנוסף וריאצית משלוח לתוך תאי הפנטום גורמת אי ודאות בסך של אות hyperpolarized. כדי להפחית את המקורות אלה של השתנות זה קריטי, כי הסכום של פירובט hyperpolarized מתווסף לכל תא נמדד במדויק וזה מתווסף חלקה. דעיכת האות הטבועה של פירובט hyperpolarized מסבכת משימה זאת על ידי הצבת מגבלות זמן קפדנית על ההזרקה. עבודה עתידית תתמקד ביישום מנגנון הזרקה אוטומטי שיאפשר התהליך של מבוא פירובט hyperpolarized לתערובת האנזיםהזרקה ובעקבות לתוך הפנטום להישלט המכונית. מערכת זו תסיר את הטעות האנושה מדידת כמות פירובט מתווסף לכל תא, כמו גם להגביר את המהירות של משלוח לסורק. בעיקר פירובט hyperpolarized בוטל לתוך המזרקים המכילים תערובת האנזים לפני כל הנפח הוזרק לתאים. הדבר נעשה כדי לאפשר את תהליך ההזרקה כדי לסייע ערבוב פירובט בתערובת האנזים. הגבלה של שיטה זו היא כי התגובה של פירובט כדי לקטט היא יזמה לפני שהתערובת בתוך הסורק ולכן בחלק הראשון של התגובה אינו נמדדת. עידון עתיד של עיצוב התא ישאף לאפשר לתאים להיות מראש מולאו בתערובת האנזים ורק פירובט hyperpolarized מוזרק תוך הבטחת ערבוב המספק של תוכן התא כמו פירובט מגיע.

לעומת רוחות רפאים סטטי במערכת זו יש מספר מגבלות. דependence על איזו תגובה כימית דינמית מגביל רוחות רפאים אלה כדי לייחד. לאחר ההזרקה קווי והתאי יהיו הצורך לנקות ופתרונות מגיבים טריים יצטרכו לשמש, או מופשר מן aliquots. בעוד פנטום האנזים היחיד לוכד חלק מההתנהגות כימית דינמית זה לא לשחזר בנאמנות מערכת ביולוגית בפועל. במערכות חיות פירובט מעורב מספר מסלולים ביוכימיים מורכבים ואת המרה פשוטה של ​​פירובט כדי לקטט בנוכחות קו-אנזים עם איזופורם האנזימטית יחיד הוא פישוט משמעותי. בנוסף, אם כלי דם או כל צורה אחרת של משלוח וכן כל סוג של ספיגת הסלולר הם קריטיים מדידת המערכת הזו תהיה סבירה מודל מספיק. פנטום האנזים היחיד הוא פשרה המתמקדת איזו תגובה כימית, זה לא כמו דיר או מעשי כמו רוח רפאים סטטי אבל הוא עדיין יותר דיר כי מערכות חיות. השחזור של מערכת זו מאופיין בy וריאציה מדידה חוזרת של 15 עד 20 אחוזי תמיכה, לעומת מחקרים בבעלי חיים אשר יש בין 25 ל -40 אחוז הדדיות השתנות 10. בנוסף זה לא מודל כל היבט של תאים חיים או רקמות אבל שומר על התנהגות דינמית קריטי כי הוא איבד כשמשתמשים פאנטום סטטי.

מערכת פאנטום זה תוכנן לפעול עם מגוון של שיטות הדמיה. עם פלטפורמה גמישה כגון סריקות QA ורכישות hyperpolarized בצעו מעל ניתנות להחלפה עם הרצף או פרוטוקולים המשמש מוסד אחר. כדי להמחיש זאת ביצענו מחקר דומה על סורק GE 3T תוך שימוש ברצף מותאם אישית IDEAL עם תוצאות דומות.

Hyperpolarized MRI של [1- 13 C] -pyruvate מראה הבטחה גדולה בזכות יכולתו לחקור in vivo מטבוליזם סרטן בזמן אמת. מעניין לציין, כי הרגישות של טכניקה זו מציבה אתגר גדול בעת פיתוח או על מנת לאשר measuremטכניקות אף אוזן גרון. באמצעות רוח רפאי אנזים יחיד אפשר לשחזר את הדינמיקה במרחב ובזמן שהם קריטיים מדידה של סוכני hyperpolarized באמצעות MRI באופן מעשי, לשליטת דיר צורך להיות שימושי עבור פיתוח ואימות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

פרסום מאמר וידאו זה נתמך על ידי תאגיד Bruker.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי מענק CPRIT (RP140021-P5) וכן בפרס אימון מחקר ג'וליה ג'ונס מתיוס Cancer Research Scholar CPRIT (RP140106, CMW).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Rodrigues, T. B., et al. Magnetic resonance imaging of tumor glycolysis using hyperpolarized 13C-labeled glucose. Nature medicine. 20, 93-97 (2014).
  3. Day, S. E., et al. Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy. Nature medicine. 13, 1382-1387 (2007).
  4. 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).
  5. Gallagher, F. A., et al. Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate. Nature. 453, 940-943 (2008).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Walker, C. M., et al. A Catalyzing Phantom for Reproducible Dynamic Conversion of Hyperpolarized [1-C-13]-Pyruvate. PloS one. 8, e71274 (2013).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).

Tags

רפואה גיליון 110 Hyperpolarized פירובט פחמן 13 הדמיית תהודה מגנטית פנטום פיתוח רצף אבטחת איכות
שימוש פנטום אנזים יחיד דינמי רב-תא ללימודים של סוכני תהודה מגנטית Hyperpolarized
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Walker, C. M., Merritt, M., Wang, J. … More

Walker, C. M., Merritt, M., Wang, J. X., Bankson, J. A. Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents. J. Vis. Exp. (110), e53607, doi:10.3791/53607 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter