Abstract
चुंबकीय अनुनाद द्वारा hyperpolarized substrates की इमेजिंग वास्तविक समय में महत्वपूर्ण जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के आकलन के लिए महान नैदानिक वादा दिखाता है। मौलिक बाधाओं hyperpolarized राज्य द्वारा लगाए गए के कारण, विदेशी इमेजिंग और पुनर्निर्माण तकनीक आमतौर पर इस्तेमाल किया जाता है। गतिशील, बहु वर्णक्रमीय इमेजिंग तरीकों के लक्षण वर्णन के लिए एक व्यावहारिक प्रणाली समीक्षकों की जरूरत है। इस तरह की एक प्रणाली reproducibly सामान्य और रोग के ऊतकों के प्रासंगिक रासायनिक गतिशीलता पुनरावृत्ति चाहिए। आज तक का सबसे व्यापक रूप से उपयोग सब्सट्रेट कैंसर चयापचय के आकलन के लिए hyperpolarized है [1- 13 सी] -pyruvate। हम एक एंजाइम आधारित प्रेत प्रणाली है कि लैक्टेट को पाइरूवेट के रूपांतरण में मध्यस्थता का वर्णन है। प्रतिक्रिया प्रेत के भीतर कई कक्षों, जिनमें से प्रत्येक अभिकर्मकों कि प्रतिक्रिया की दर को नियंत्रित की सांद्रता अलग-अलग होता है में hyperpolarized एजेंट के इंजेक्शन द्वारा शुरू की है। एकाधिक डिब्बों कि यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक हैं आईएमएging दृश्यों ईमानदारी से ऊतक के स्थानिक और चयापचय विविधता पर कब्जा। इस प्रणाली है कि इन विवो में संभव नहीं है रासायनिक गतिशीलता है कि पारंपरिक phantoms से उपलब्ध नहीं हैं, साथ ही नियंत्रण और reproducibility प्रदान करके विकास और उन्नत इमेजिंग रणनीतियों के सत्यापन सहायता करेगा।
Introduction
13 सी लेबल यौगिकों के hyperpolarized चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) के नैदानिक प्रभाव गंभीर रूप से वास्तविक समय चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी और स्पेक्ट्रोस्कोपी इमेजिंग 1-5 के माध्यम से रासायनिक रूपांतरण दर को मापने के लिए अपनी क्षमता पर निर्भर है। अनुक्रम विकास और सत्यापन के दौरान, गतिशील रासायनिक रूपांतरण आम तौर पर इन विवो में या इन विट्रो मॉडल 6-9 की पेशकश है कि सीमित नियंत्रण और reproducibility में के माध्यम से हासिल की है। मजबूत परीक्षण और गुणवत्ता आश्वासन के लिए, एक और अधिक नियंत्रित प्रणाली है कि रासायनिक रूपांतरण इस माप के लिए स्थानिक को बरकरार रखता है को प्राथमिकता दी जाएगी। हम एक गतिशील एकल एंजाइम प्रेत का उपयोग कर एक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य तरीके से इस रूपांतरण प्राप्त करने के लिए एक विधि रूपरेखा।
Hyperpolarized 13 सी एजेंटों के साथ सबसे अध्ययन एक कार्य जैविक वातावरण में hyperpolarized substrates इमेजिंग पर ध्यान केंद्रित। यह स्पष्ट पसंद लक्ष्य जीवविज्ञान का अध्ययन करने के लिए है, तो हैअल प्रक्रियाओं या चिकित्सीय देखभाल पर प्रभाव के लिए क्षमता का निर्धारण। हालांकि, अगर कुछ माप प्रणाली या डाटा प्रोसेसिंग एल्गोरिथ्म के लक्षण वर्णन वांछित है, जैविक मॉडल ऐसे निहित स्थानिक और लौकिक परिवर्तनशीलता 10 के रूप में कई कमियां हैं। हालांकि, पारंपरिक स्थिर phantoms रासायनिक रूपांतरण कि hyperpolarized substrates के एमआरआई में प्राथमिक नैदानिक ब्याज ड्राइव की कमी है, और रूपांतरण दर या अन्य गतिशील मानकों को 11 का पता लगाने के लिए चिह्नित करने के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता। एक एंजाइम प्रणाली का प्रयोग हम कर सकते हैं चलाया हुआ और प्रतिलिपि प्रस्तुत रासायनिक रूपांतरण प्रदान करते हैं, गतिशील इमेजिंग रणनीतियों की कठोर परीक्षा सक्षम करने से।
इस प्रणाली के जांचकर्ताओं जो hyperpolarized substrates के लिए इमेजिंग रणनीति विकसित करने और वैकल्पिक दृष्टिकोण के खिलाफ तुलना के लिए प्रदर्शन को चिह्नित करना चाहते हैं करने के लिए निर्देशित किया गया है। स्थिर माप वांछित समापन बिंदु हैं तो स्थिर 13 सी-चिट्ठा मेटाबोलाइट वाई PhanToms11 पर्याप्त होगा। दूसरे छोर पर तो और अधिक जटिल जैविक लक्षण वर्णन विधि (वितरण, सेलुलर घनत्व, आदि) तो वास्तविक जैविक मॉडल 12-14 आवश्यक हो जाएगा करने के लिए महत्वपूर्ण है। इस प्रणाली इमेजिंग रणनीति है कि स्पष्ट रासायनिक रूपांतरण दर का एक मात्रात्मक उपाय उपलब्ध कराने के उद्देश्य के आकलन के लिए आदर्श है।
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Protocol
नोट: (प्रेत डिजाइन) दो 3 मिलीग्राम कक्षों Ultem से बाहर machined और इंजेक्शन और निकास के लिए तिरछी ट्यूबिंग (1.5875 मिमी आयुध डिपो और 0.762 मिमी आईडी) के साथ लगे थे। मंडलों एक 50 मिलीलीटर पानी सेंट्रीफ्यूज (चित्रा 1) के साथ भरा ट्यूब में रखा गया था। बुलबुले द्वारा बनाई संकेत रिक्तियों से बचने के लिए, मंडलों और लाइनों के साथ विआयनीकृत पानी (DH 2 हे) भरा पूर्व किए गए थे।
1. समाधान तैयार
- 1 एल बफर समाधान (81.3 मिमी Tris पीएच 7.6, 203.3 मिमी NaCl) तैयार करें। बाहर 11.38 छ Trizma पूर्व निर्धारित क्रिस्टल पीएच 7.6 और 11.88 छ NaCl वजन और DH 2 ओ के 1 एल में भंग
- 50 मिमी NADH समाधान तैयार है। β-निकोटिनामाइड एडेनाइन डाईन्यूक्लियोटाइड (NADH), कम Dipotassium नमक की 17.8 मिलीग्राम वजन और बफर समाधान है कि एक कदम में तैयार किया गया था के 280 μl में भंग।
- 250 यू / एमएल एंजाइम समाधान तैयार करें। लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज (LDH) की 78.75 गतिविधि इकाइयों वजन और एस से 315 μl बफर में भंगएक TEP।
- पाइरुविक एसिड मिश्रण तैयार करें। 21.4 मिलीग्राम Ox063 trityl कट्टरपंथी वजन और 1.26 ग्राम में भंग (~ 1 मिलीलीटर) [1- 13 सी] पाइरुविक अम्ल।
- विघटन मीडिया तैयार (40 मिमी Tris पीएच 7.6, 40 मिमी NaOH, 0.27 मिमी EDTA और 50 मिमी NaCl)। Trizma पूर्व निर्धारित क्रिस्टल पीएच 7.6 से 5.96 जी, NaOH के 1.6 जी, 0.1 ग्राम ethylenediaminetetraacetic एसिड disodium नमक निर्जलीकरण (EDTA) और 2.9 छ NaCl वजन और 1 एल DH 2 ओ में भंग
- 01:10 gadoteridol समाधान (50 मिमी) तैयार करें। DH 2 ओ के 9 μl में gadoteridol के 1 μl मिक्स 8 एम [13 सी] यूरिया की तैयारी। 1.465 5 [13 सी] यूरिया वजन और 3 मिलीलीटर DH 2 ओ में भंग
2. hyperpolarized पाइरूवेट की तैयारी
- एक गतिशील परमाणु ध्रुवीकरण (DNP) प्रणाली, पिपेट gadoteridol समाधान के 0.3 μl और पाइरुविक एसिड समाधान के 13 मिलीग्राम (~ 10 μl) के लिए एक नमूना कप में।
- संक्षेप में विंदुक टिप के साथ नमूना कप में इस मिश्रण हलचल। </ Li>
- DNP प्रणाली में नमूना डालें।
- DNP प्रणाली के लिए दरवाजे बंद कर दिया है सुनिश्चित करें। DNP सिस्टम कंसोल पर डालने नमूना बटन पर क्लिक करके नमूना प्रविष्टि प्रक्रिया शुरू करते हैं। नमूना जादूगर पर अगले सामान्य नमूना और प्रेस का चयन करें।
- नमूना कप को ध्यान में रखते खड़ी धीरे नमूना कप के शीर्ष पर प्रविष्टि रॉड जगह है। जब संकेत दिया है, DNP प्रणाली को खोलने और चर तापमान डालने (VTI) प्रविष्टि रॉड का उपयोग करने में कप डालें।
- नमूना प्रविष्टि रॉड के अंत में सवार पर खींचो चर तापमान सूचकांक में नमूना जारी करने के लिए। सिस्टम से नमूना प्रविष्टि रॉड निकालें और DNP सिस्टम कंसोल पर अगले बटन पर क्लिक करें।
- ध्रुवीकरण आरंभ करें।
- DNP सिस्टम कंसोल पर प्रारंभ ध्रुवीकरण बटन पर क्लिक करें। RINMR सॉफ्टवेयर प्रकार .HYPERSENSENMR में निगरानी सॉफ्टवेयर ध्रुवीकरण शुरू करने के लिए। 1 करने के विन्यास का निर्माण और प्रेस दर्ज सेट करें। फिर ठोस बनाने क्लिक करें Uपी।
- स्थान और बचाने के लिए फ़ाइल का नाम निर्धारित करें। DNP सिस्टम कंसोल पर टैब ड्रॉप डाउन में 13-सी के लिए प्रोफ़ाइल का चयन करें और अगला क्लिक करें। 300 सेकंड के लिए buildup के दौरान नमूना करने के लिए, सेट नमूना समय और खत्म क्लिक करें बॉक्स को चेक करें।
- बाहर उपाय 3.85 ग्राम (~ 4 एमएल) के विघटन मीडिया दोनों में से किसी एक 5 मिलीलीटर सिरिंज के साथ मात्रा से अधिक है या एक पैमाने का उपयोग वजन से।
3. एनजाइम प्रेत की तैयारी
- ~ 3 मिलीलीटर [13 सी] यूरिया समाधान के साथ एक microcentrifuge ट्यूब भरें और 50 मिलीलीटर अपकेंद्रित्र ट्यूब में जगह है। DH 2 ओ के साथ 50 मिलीलीटर अपकेंद्रित्र ट्यूब भरें
- दो एंजाइम कक्षों और DH 2 हे के साथ लाइनों पूर्व भरने के इंजेक्शन लगाने ~ 3 मिलीलीटर DH 2 प्रेत का इंजेक्शन लाइनों में हे, देखभाल करने का गठन किसी भी बुलबुले फ्लश करने से।
- इंजेक्शन लाइनों के लिए आसान पहुँच के साथ चुंबक के केंद्र में प्रेत रखें। सुनिश्चित करें कि कुछ कंटेनर तरल है कि बाहर निकलने के लिए टी होगा पकड़ने के लिए है कि वहाँ वह निकास लाइन।
- उच्च गतिविधि एंजाइम मिश्रण (17.14 मिमी NADH, 44.57 यू / एमएल LDH) तैयार करें। एक साथ 240 μl NADH समाधान, 125 μl LDH समाधान और 335 μl बफर मिलाएं और एक 3 मिलीलीटर सिरिंज कि इंजेक्शन लाइन से जुड़ा जा सकता है में रहते हैं।
नोट: एक बार DNP प्रणाली से 40 मिमी पाइरूवेट के 500 μl के साथ संयुक्त, अंतिम प्रेत मात्रा 16.7 मिमी पाइरूवेट, 10 मिमी NADH, और 26 यू पीएच के साथ एक Tris बफर समाधान में / एल LDH की सांद्रता के साथ 1.2 मिलीलीटर हो जाएगा ~ 7.5। - कम गतिविधि एंजाइम मिश्रण (17.14 मिमी NADH 26.79 यू / एमएल LDH) एक साथ मिक्स 240 μl NADH समाधान, 75 μl LDH समाधान और 385 μl बफर और एक अलग 3 मिलीलीटर सिरिंज कि इंजेक्शन लाइन से जुड़ा जा सकता में रखने के लिए तैयार करें।
नोट: एक बार DNP प्रणाली से 40 मिमी पाइरूवेट के 500 μl के साथ संयुक्त अंतिम प्रेत मात्रा 16.7 मिमी पाइरूवेट, 10 मिमी NADH की सांद्रता के साथ 1.2 मिलीलीटर, और 15.625 यू पीएच के साथ एक Tris बफर समाधान में / एल LDH हो जाएगा ~ 7.5 ।
- प्रारंभिक स्थिति।
- ऑपरेशन मोड [1 एच] TX / RX मात्रा मोड में एक नया फ़्लैश स्थिति स्कैन लोड। 2 करने के लिए आयाम स्थापित करने के लिए बदलें: स्पेक्ट्रोमीटर नियंत्रण उपकरण -> संपादित जीएस -> सेटअप आयाम - स्पेक्ट्रोमीटर नियंत्रण पर> 2. प्रेस जीएसपी और प्रेत कदम जब तक चुंबक में केंद्रित। प्रेस बंद करो तो स्पेक्ट्रोमीटर नियंत्रण पर प्रेस GOP।
- पायलट स्कैन।
- ऑपरेशन मोड [1 एच] TX / RX मात्रा मोड में एक नया TriPiolt स्थिति स्कैन लोड। स्थिति टुकड़ा: स्कैन नियंत्रण -> स्लाइस उपकरण,> स्लाइस चाल (; टुकड़ा पैकेज स्लाइडर के साथ स्थानांतरित करने के लिए चुनिंदा टुकड़ा एम कुंजी क्लिक करें और खींचें पकड़)।
- लड़खड़ा 1 एच तार: स्पेक्ट्रोमीटर नियंत्रण उपकरण -> ACQ -> लड़खड़ा। धुन और मैच 1 एच चुंबक और प्रेस स्टॉप के पीछे का तार। जबकि शिफ्ट कुंजी प्रेस पकड़े स्कैन नियंत्रण खिड़की पर यातायात प्रकाश।
- एक नया रेडियल गूंज तलीय स्पेक्ट्रोस्कोपी इमेजिंग लोड (radEPSI) ऑपरेशन मोड [13 सी] TX / RX मात्रा मोड में स्कैन। स्थिति टुकड़ा: टुकड़ा उपकरण स्कैन नियंत्रण पर और स्लाइस चाल (एम कुंजी क्लिक करें और खींचें पकड़; चुनिंदा टुकड़ा टुकड़ा पैकेज स्लाइडर के साथ स्थानांतरित करने के लिए)।
- स्पेक्ट्रोमीटर नियंत्रण टूल पर क्लिक करके लड़खड़ा 13 सी का तार -> ACQ -> लड़खड़ा। स्पेक्ट्रोमीटर पर 1,000-2,000 के लिए रिसीवर लाभ निर्धारित करें।
- अंतिम प्रणाली जांच करते हैं। क्रम पर निर्भर करता है, एक स्काउट प्रोटोकॉल में यूरिया कक्ष से निरीक्षण कार्बन 13 संकेत।
नोट: यह है कि इस प्रणाली अपरिवर्तनीय विघटन की प्रक्रिया शुरू करने से पहले ठीक से स्थापित है सुनिश्चित करता है।
6. भागो विघटन
- पाइरूवेट> 90% ध्रुवीकरण प्राप्त कर ली है जब (~ 1 घंटा), समाधान और प्रेत के लिए तैयार कर रहे हैं, और स्कैन DNP एसवाई पर रन विघटन बटन क्लिक करें कॉन्फ़िगर किया गया हैसांत्वना स्टेम।
- जब अपने परिचालन की स्थिति में विघटन छड़ी ले जाते हैं और विघटन मीडिया इंजेक्षन लिए प्रेरित किया। DNP प्रणाली को बंद करने और DNP सिस्टम कंसोल पर समाप्त बटन पर क्लिक करें। विघटन छड़ी स्थिति आराम कर जब उसके बादसमाप्त के लिए प्रेरित करने के लिए वापस ले जाएँ।
- जब DNP प्रणाली hyperpolarized पाइरूवेट उद्धार (~ हीटिंग शुरू होने के बाद 2 मिनट) प्रत्येक उच्च और निम्न एंजाइम एकाग्रता समाधान सीरिंज में पाइरूवेट समाधान के 500 μl वापस ले लें। धीरे धीरे (~ 10 सेकंड) एक इंजेक्शन लाइन में प्रत्येक सिरिंज इंजेक्षन।
नोट: स्कैनिंग इंजेक्शन से पहले या किसी भी समय 3 मिनट के पद के लिए इस्तेमाल किया प्रोटोकॉल स्कैन के आधार पर इंजेक्शन के लिए ऊपर शुरू किया जा सकता था।
7. इमेज प्रोसेसिंग
नोट: इस प्रेत कई इमेजिंग रणनीतियों के साथ उपयोग के लिए डिजाइन किया गया था। कैसे रेड-EPSI छवियों मैटलैब का उपयोग संसाधित किया गया था का एक उदाहरण के रूप में, चित्रा 2 देखें।
- खूंटी फ़ाइल से कच्चे डेटा लोड। reshaअनुमानों की संख्या मैच के लिए डेटा पीई, वास्तविक और काल्पनिक जोड़े के रूप में संग्रहीत डेटा के लिए अंक, गूँज और खाते पढ़ा। और भी अजीब गूंज अंक को अलग।
- फूरियर गूंज आयामों के साथ या तो भी या विषम गूँज बदलना। दिखने में पाइरूवेट और लैक्टेट के लिए फ्रीक्वेंसी बैंड की पहचान। सादगी के लिए स्पेक्ट्रम के निरपेक्ष मूल्य इस्तेमाल किया गया था।
- प्रत्येक मेटाबोलाइट बैंड को अलग करें और फूरियर आवृत्ति सांकेतिक शब्दों में बदलना दिशा प्रत्येक मेटाबोलाइट के लिए पृथक sinograms उपज के साथ बदलना। उलटा रेडॉन अलग sinograms को बदलने या तो लैक्टेट या पाइरूवेट की छवि का निर्माण करने के लिए।
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Representative Results
स्लाइस चयनात्मक 2 डी छवियों एक स्नैपशॉट radEPSI अनुक्रम का उपयोग कर हासिल किया गया। Metabolite छवियों प्रक्षेपण वापस फ़िल्टर का उपयोग कर खंगाला गया। मेटाबोलाइट छवियों को अच्छी तरह के रूप में चित्रा 2 में देखा, प्रोटॉन छवियों के साथ गठबंधन किया गया। इस प्रणाली hyperpolarized लैक्टेट संकेत में केवल hyperpolarized पाइरूवेट के enzymatic रूपांतरण से उत्पन्न हो सकता है। चित्रा 4, नीचे कक्ष, उच्च LDH एकाग्रता के साथ, एक मजबूत और लैक्टेट के रूप में शीर्ष चैम्बर की तुलना में कमजोर पाइरूवेट संकेत है। पाइरूवेट अनुपात करने के लिए लैक्टेट एंजाइम एकाग्रता के एक अनुमान के रूप में रिश्तेदार मेटाबोलाइट संकेतों का प्रयोग निचले सदन में 1.47 गुना अधिक है। निचले और शीर्ष डिब्बों के बीच वास्तविक एंजाइम एकाग्रता अनुपात 1.66 गुना है जो संकेत अनुपात (चित्रा 4) के साथ किसी न किसी तरह के समझौते में किया गया था।
समय पाठ्यक्रम छवियों जीन थेएक आदर्श अनुक्रम (चित्रा 3) का उपयोग कर मूल्यांकन किया गया। मेटाबोलाइट छवियों और प्रोटॉन संदर्भ के बीच मजबूत समझौते फिर से मनाया गया। ध्यान दें कि कोई यूरिया प्रेत इस अध्ययन के लिए उपस्थित थे। सही पर उच्च एंजाइम कक्ष में, एक बहुत मजबूत प्रारंभिक लैक्टेट संकेत मनाया जाता है। प्रतिक्रिया लगभग पूरी तरह से समय यह चैम्बर (9 सेकंड वितरण, 12 सेकंड चोटी लैक्टेट) में कर दिया गया था द्वारा उत्प्रेरित किया गया था। प्रतिक्रिया कम एंजाइम एकाग्रता कक्ष (बाएं) में और अधिक धीरे धीरे आगे बढ़े। यह भी उल्लेखनीय लैक्टेट में परिवर्तित कर दिया गया है कि कम पाइरूवेट संकेत संकेत के अधिक के रूप में उच्च एंजाइम कक्ष में मनाया गया है।
चित्रा 1. प्रेत योजनाबद्ध: (ए) आरेख कक्ष डिजाइन दिखा। मंडलों ए और बी इंजेक्शन और निकास लाइनों के लिए फिट है। यूरिया चैम्बर सील है यह इंजेक्षन करने की आवश्यकता नहीं है क्योंकिअधिग्रहण के दौरान एड। (बी) disassembled प्रेत की फोटो कक्षों, इंजेक्शन लाइनों और 50 मिलीलीटर ट्यूब दिखा। (सी) के आसपास इतनी लाइनों के अंत में सिरिंज कनेक्टर्स फ्रेम में हैं लिपटे इंजेक्शन लाइनों के साथ इकट्ठे प्रेत प्रणाली। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 2. Metabolite रेड-EPSI। कोरोनल दो अलग वर्णक्रम बैंड से उत्पन्न छवियों का उपयोग कर छवियों, पाइरूवेट (बीच में) और लैक्टेट (दाएं)। शीर्ष कक्ष काफ़ी अधिक पाइरूवेट संकेत और नीचे कक्ष से कम लैक्टेट संकेत है। एक प्रोटॉन छवि (बाएं) hyperpolarized एजेंटों इमेजिंग के बाद अधिग्रहण कर लिया था। कृपया यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 3. Metabolite समय बेशक एक आदर्श अनुक्रम का उपयोग कर छवियों। अक्षीय इस श्रृंखला में छवियों 3-सेकंड के अंतराल में हासिल किया गया। पाइरूवेट (ऊपर) और लैक्टेट (नीचे) स्केल प्रोटॉन छवि पर प्रदर्शित कर रहे हैं। मजबूत लैक्टेट और कमजोर संकेतों पाइरूवेट सही चैम्बर कि उच्च एंजाइम एकाग्रता शामिल में मनाया जाता है। बाएँ कक्ष, कम एंजाइम एकाग्रता के साथ, कम लैक्टेट और मजबूत पाइरूवेट संकेत दिखाया। कक्षों के पहले 9 सेकंड के लिए hyperpolarized संकेत के शून्य हैं क्योंकि स्कैन इंजेक्शन से पहले शुरू किया गया था। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
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चित्रा 4. संसाधित छवियों: संयुक्त मेटाबोलाइट छवियों (बाएं) पर दिखाया प्रत्येक कक्ष के लिए औसत संकेत परिमाण। ऊपर और नीचे के कक्षों के लिए पाइरूवेट अनुपात को लैक्टेट में अंतर गुणात्मक इस्तेमाल किया एंजाइम गतिविधियों, बार रेखांकन (दाएं) के रूप में दिखाया में अंतर मेल खाते हैं।
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Discussion
hyperpolarized चयापचयों का वास्तविक समय इमेजिंग अनुक्रम डिजाइन, सत्यापन, और गुणवत्ता नियंत्रण के लिए कई अद्वितीय चुनौतियों का सामना किया। spatiotemporal और वर्णक्रम विविधता को हल करने की क्षमता पर्याप्त नैदानिक क्षमता प्रदान करता है, लेकिन precludes पारंपरिक एमआरआई के साथ जुड़े गुणवत्ता आश्वासन और सत्यापन के तरीकों। जटिल इमेजिंग दृश्यों या पुनर्निर्माण एल्गोरिदम सूक्ष्म निर्भरता प्रस्तुत करना है कि उन्हें मुश्किल विशेषताएँ या इमेजिंग प्रयोग के बाहर मान्य करने के लिए हो सकता है। जैव विविधता और अन्य व्यावहारिक चिंताओं इन विवो की और इन विट्रो मॉडल में उपयोग की विशेषताएँ या दृश्यों, हार्डवेयर या डाटा प्रोसेसिंग एल्गोरिदम मान्य करने के लिए सीमा।
कई स्थानिक डिब्बों और गतिशील रासायनिक विकास के साथ, यह विवो में है, लेकिन एक नियंत्रित तरीके से इमेजिंग hyperpolarized substrates के साथ जुड़े महत्वपूर्ण सुविधाओं पुनरावृत्ति करना संभव है। उच्च और निम्न एंजाइम गतिविधि के क्षेत्र reproduci प्रदानगुणात्मक और मात्रात्मक इमेजिंग बायोमार्कर के आकलन के लिए ble गतिशील विपरीत। स्थानिक विविधताओं सुनिश्चित ज्यामितीय विकृतियों, misalignments, और त्रुटि के अन्य आम स्रोतों ठीक से हिसाब कर रहे हैं।
जबकि LDH द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया दरों रहने वाले प्रणालियों की तुलना में अधिक चलाया अभी भी बहुत संवेदनशील प्रयोगात्मक शर्तों रहे हैं और अनिश्चितता का एक प्रमुख स्रोत हैं। गंभीर, LDH तापमान के प्रति संवेदनशील है। बाद में माप बड़ी सावधानी तुलना में किया जा करने के लिए कर रहे हैं लिया जाना चाहिए कि कमरे और तरल तापमान सभी मापन भर में लगातार बने हुए हैं। इसके अतिरिक्त hyperpolarized पढ़ाई के साथ जुड़े पाइरूवेट की उच्च सांद्रता कोएंजाइम NADH और एंजाइम LDH की उच्च सांद्रता के उपयोग मजबूर करता है। इन उच्च सांद्रता आम तौर पर कोई एंजाइम अवरोध या एक विशेष सब्सट्रेट अतिरिक्त एकाग्रता में किया जा रहा करने के लिए थोड़ा की मान्यताओं की अनुमति नहीं है। अगर रासायनिक कैनेटीक्स के कठोर लक्षण वर्णन संभावना वांछित थाअभिकर्मकों के अंतर सांद्रता इन मान्यताओं को ठीक करने की जरूरत होगी। हालांकि, इस सूत्रीकरण प्रत्येक डिब्बे जो सबसे इमेजिंग सत्यापन के लिए पर्याप्त होना चाहिए में चर दरों पर hyperpolarized लैक्टेट के उत्पादन में परिणाम होगा।
कम या कोई लैक्टेट संकेत एंजाइम है, जो जगह की जरूरत हो सकती है की गतिविधि होगी जांच करने के लिए एक पहले स्थान पर मनाया जाता है। इसके अतिरिक्त प्रेत डिब्बों में वितरण में बदलाव के संकेत hyperpolarized की राशि में अनिश्चितता का कारण बनता है। परिवर्तनशीलता के इन स्रोतों यह महत्वपूर्ण है कि प्रत्येक कक्ष के लिए जोड़ा hyperpolarized पाइरूवेट की राशि सही मापा जाता है और यह आसानी से जोड़ा जाता है को कम करने के लिए। hyperpolarized पाइरूवेट के निहित संकेत क्षय इंजेक्शन पर सख्त समय सीमा रखकर इस कार्य पेचीदा हो। भविष्य के काम के लिए एक स्वचालित इंजेक्शन व्यवस्था है कि एंजाइम मिश्रण करने के लिए hyperpolarized पाइरूवेट शुरूआत की प्रक्रिया की अनुमति देगा लागू करने पर ध्यान दिया जाएगाऔर प्रेत में बाद में इंजेक्शन मशीन से नियंत्रित किया जा सके। इस प्रणाली के प्रत्येक कक्ष के लिए जोड़ा पाइरूवेट की मात्रा को मापने में मानव त्रुटि को दूर करने के साथ ही स्कैनर के लिए वितरण की गति बढ़ा सकते हैं। उल्लेखनीय है कि hyperpolarized पाइरूवेट एंजाइम मिश्रण युक्त होने से पहले पूरी मात्रा कक्षों में इंजेक्ट किया गया था सीरिंज में वापस ले लिया गया था। यह इंजेक्शन प्रक्रिया एंजाइम मिश्रण के साथ पाइरूवेट मिश्रण में सहायता करने के लिए अनुमति देने के लिए किया गया था। इस पद्धति की एक सीमा है कि लैक्टेट को पाइरूवेट की प्रतिक्रिया से पहले मिश्रण स्कैनर में है और इसलिए प्रतिक्रिया के प्रारंभिक भाग मापा नहीं है शुरू की है। कक्ष डिजाइन के भविष्य के शोधन कक्षों एंजाइम मिश्रण और केवल hyperpolarized पाइरूवेट, जबकि अभी भी चैम्बर सामग्री का पर्याप्त मिश्रण पाइरूवेट आता है के रूप में सुनिश्चित इंजेक्शन के साथ भरा पूर्व किए जाने की अनुमति देने के लिए लक्ष्य होगा।
स्थिर phantoms की तुलना में इस प्रणाली के कुछ सीमाएँ हैं। घकुछ गतिशील रासायनिक प्रतिक्रिया पर ependence एकल उपयोग करने के लिए इन phantoms की सीमा। इंजेक्शन के बाद लाइनों और कक्षों साफ करने की और ताजा अभिकर्मक समाधान के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, या aliquots से thawed की आवश्यकता होगी की आवश्यकता होगी। एकल एंजाइम प्रेत गतिशील रासायनिक व्यवहार के कुछ कब्जा हालांकि यह ईमानदारी से एक वास्तविक जीवविज्ञान प्रणाली पुनरावृत्ति नहीं है। रहने वाले सिस्टम में पाइरूवेट कई जटिल जैव रासायनिक रास्ते में शामिल है और पाइरूवेट के सरल रूपांतरण के लिए एक एकल एंजाइमी isoform के साथ सह एंजाइम की उपस्थिति में लैक्टेट के लिए एक बड़ा सरलीकरण है। इसके अलावा, यदि नाड़ी या प्रसव के कुछ अन्य फार्म के साथ ही सेलुलर तेज की किसी भी प्रकार की माप के लिए महत्वपूर्ण हैं इस प्रणाली की संभावना एक अपर्याप्त मॉडल हो जाएगा। एकल एंजाइम प्रेत एक समझौता है कि कुछ रासायनिक प्रतिक्रिया पर केंद्रित है, यह के रूप में repeatable या एक स्थिर प्रेत के रूप में व्यावहारिक नहीं है, लेकिन अभी भी है कि जीवन प्रणाली अधिक repeatable है। इस प्रणाली के reproducibility ख विशेषता है15 से 20 प्रतिशत के दोहराया माप में वाई भिन्नता जो राशि के बीच 25 से 40 प्रतिशत इंट्रा समूह परिवर्तनशीलता 10 जानवरों के अध्ययन की तुलना में। इसके अतिरिक्त यह जीवित कोशिकाओं या ऊतक के हर पहलू को मॉडल नहीं है, लेकिन महत्वपूर्ण गतिशील व्यवहार है कि जब एक स्थिर प्रेत का उपयोग कर खो दिया है रखता है।
इस प्रेत प्रणाली इमेजिंग तकनीकों की एक श्रृंखला के साथ काम करने के लिए डिजाइन किया गया था। इस तरह के एक लचीला मंच के साथ क्यूए स्कैन और ऊपर प्रदर्शन hyperpolarized अधिग्रहण अनुक्रम या प्रोटोकॉल एक और संस्था द्वारा इस्तेमाल के साथ परस्पर विनिमय कर रहे हैं। इस उदाहरण देकर स्पष्ट करने के लिए हम इसी तरह के परिणाम के साथ एक कस्टम आदर्श अनुक्रम का उपयोग कर एक जीई 3T स्कैनर पर एक ऐसे ही अध्ययन प्रदर्शन किया।
[1- 13 सी] -pyruvate की hyperpolarized एमआरआई वास्तविक समय में इन विवो कैंसर चयापचय की जांच के लिए अपनी क्षमता की वजह से महान वादा दिखाता है। दिलचस्प है, इस तकनीक की संवेदनशीलता को एक बड़ी चुनौती बन गया है जब विकासशील या measurem मान्यईएनटी तकनीक। स्थानिक और लौकिक गतिशीलता है कि एक व्यावहारिक चलाया और repeatable ढंग से आवश्यक एमआरआई द्वारा hyperpolarized एजेंटों की माप के लिए महत्वपूर्ण हैं विश्राम करने के लिए एक एंजाइम प्रेत यह संभव है का उपयोग विकास और सत्यापन के लिए उपयोगी हो सकता है।
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Disclosures
इस वीडियो लेख का प्रकाशन Bruker निगम द्वारा समर्थित है।
Acknowledgments
इस काम CPRIT अनुदान (RP140021-पी -5) और एक जूलिया जोन्स मैथ्यू कैंसर रिसर्च स्कॉलर CPRIT अनुसंधान प्रशिक्षण पुरस्कार (RP140106, CMW) द्वारा समर्थित किया गया।
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 |
References
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