Waiting
Login processing...

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

Engineering

Gebruik van een Multi-compartiment Dynamic enkel enzym Phantom voor Studies van gehyperpolariseerd Magnetic Resonance Agents

Published: April 15, 2016 doi: 10.3791/53607

Abstract

Imaging gehyperpolariseerd substraten door magnetische resonantie toont grote klinische belofte voor evaluatie van kritische biochemische processen in real time. Vanwege fundamentele beperkingen die door het gehyperpolariseerde toestand worden exotische imaging en reconstructietechnieken algemeen gebruikt. Een praktisch systeem voor de karakterisering van dynamische, multispectrale beeldvorming kritisch nodig. Een dergelijk systeem moet reproduceerbaar recapituleren de relevante chemische dynamiek van normale en pathologische weefsels. De meest gebruikte substraat-to-date is gehyperpolariseerd [1- 13 C] -pyruvate voor de beoordeling van kanker metabolisme. We beschrijven een enzym gebaseerde fantoom systeem dat de omzetting van pyruvaat tot lactaat medieert. De reactie wordt geïnitieerd door injectie van het gehyperpolariseerde middel in meerdere kamers in de fantoom, die elk verschillende concentraties van reagentia die de reactiesnelheid te regelen. Meerdere compartimenten zijn nodig om ervoor te zorgen dat imaGing sequenties getrouw vangen ruimtelijke en metabole heterogeniteit weefsel. Dit systeem zal de ontwikkeling en validatie van geavanceerde imaging strategieën te helpen door het verstrekken van chemische dynamiek die niet beschikbaar zijn van conventionele fantomen zijn, alsmede de controle en de reproduceerbaarheid dat in vivo is niet mogelijk.

Introduction

Het klinische effect gehyperpolariseerd magnetic resonance imaging (MRI) van 13C-gelabelde verbindingen kritisch afhankelijk van het vermogen om chemische conversie met real time magnetische resonantie spectroscopie en spectroscopische beeldvorming 1-5 meten. Tijdens sequentie ontwikkeling en verificaties, wordt dynamische chemische omzetting algemeen bereikt door in vivo of in vitro modellen 6-9 die beperkte controle en reproduceerbaarheid. Voor robuuste testen en kwaliteitsborging, zou een meer gecontroleerde systeem dat de chemische omzetting endemisch voor deze meting behoudt de voorkeur. Schetsen we een werkwijze om deze omzetting op een reproduceerbare wijze met een dynamische interne enzym phantom bereiken.

De meeste studies met gehyperpolariseerde 13 C agentia gericht op beeldvorming gehyperpolariseerde substraten in een werkende biologische omgeving. Dit is voor de hand liggende keuze als het doel is om biologische studieal verwerkt of te bepalen potentiële impact op de klinische zorg. Echter, als karakterisering van een aantal meetsysteem of data processing algoritme is gewenst, biologische modellen hebben een groot aantal nadelen zoals inherent ruimtelijke en temporele variabiliteit 10. Echter, conventionele statische fantomen niet de chemische omzetting van het primaire klinische belangstelling voor MRI gehyperpolariseerd substraten drives, en kan niet worden gebruikt om detectie van conversie of andere dynamische parameters 11 te karakteriseren. Met behulp van een enkel enzym systeem dat we kunnen bieden controleerbaar en reproduceerbaar chemische omzetting, waardoor streng onderzoek van de dynamische beeldvorming strategieën.

Dit systeem is gericht op onderzoekers die de ontwikkeling van imaging strategieën voor gehyperpolariseerd substraten en wens om de prestaties te karakteriseren voor de vergelijking tegen alternatieve benaderingen. Als statische metingen de gewenste eindpunt dan statisch 13-C gelabeld metaboliet fantomen will volstaan ​​11. Aan de andere kant als meer complexe biologische karakterisering is kritisch voor de werkwijze (levering, celdichtheid, etc.) dan zullen de hoeveelheid biologische modellen nodig 12-14. Dit systeem is ideaal voor de bepaling van imaging strategieën die gericht zijn op een kwantitatieve maat schijnbare chemische conversie verschaffen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

LET OP: (Phantom Design) Twee 3 ml kamers werden gefreesd uit Ultem en voorzien van PEEK buis (1,5875 mm OD en 0,762 mm ID) voor injectie en uitlaat. De kamers werden geplaatst in een 50 ml centrifugebuis gevuld met water (figuur 1). Om signaal vides gecreëerd door luchtbellen te vermijden, werden de kamers en de lijnen vooraf gevuld met gedemineraliseerd water (dH 2 O).

1. Oplossing Voorbereiding

  1. Bereid 1 L bufferoplossing (81,3 mM Tris pH 7,6, 203,3 mM NaCl). Weeg 11,38 g Trizma preset kristallen pH 7,6 en 11,88 g NaCl en oplossen in 1 L van dH 2 O.
  2. Bereid 50 mM NADH oplossing. Weeg 17,8 mg β-nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), verminderde dikaliumzout en los op in 280 pi bufferoplossing die bereid is in stap één.
  3. Bereid 250 U / ml enzymoplossing. Weeg 78,75 activiteit eenheden van lactaat dehydrogenase (LDH) en los op in 315 ui buffer van sTep één.
  4. Bereid pyrodruivenzuur mix. Weeg 21,4 mg Ox063 trityl radicale en los op in 1,26 g (~ 1 ml) [1- 13 C] pyrodruivenzuur.
  5. Bereid oplosmedia (40 mM Tris pH 7,6, 40 mM NaOH, 0,27 mM EDTA en 50 mM NaCl). Weeg 5,96 g Trizma preset kristallen pH 7,6, 1,6 g NaOH, 0,1 g ethyleendiaminetetraazijnzuur dinatriumzout uitdrogen (EDTA) en 2,9 g NaCl en oplossen in 1 L dH 2 O.
  6. Bereid 01:10 gadoteridol oplossing (50 mM). Meng 1 pl gadoteridol in 9 ul van dH 2 O. Bereiding van 8 M [13 C] ureum. Weeg 1,465 5 [13 C] ureum en lossen in 3 ml dH 2 O.

2. Bereiding gehyperpolariseerd pyruvaat

  1. In een monsterhouder voor een dynamische nucleaire polarisatie (DNP) systeem, pipet 0,3 ul van de gadoteridol oplossing en 13 mg (~ 10 pi) van de pyrodruivenzuur oplossing.
  2. Kort roer dit mengsel in de steekproef beker met de pipet tip. </ Li>
  3. Steek monster in de DNP-systeem.
    1. Verzekeren de deur naar de DNP systeem gesloten. Begin met het monster inbrengen door te klikken op de insert monster knop op de DNP-systeem console. Op de wizard sample te selecteren normaal monster en druk op volgende.
    2. Houden van de monsterhouder verticale plaats voorzichtig het inbrengstang over de bovenkant van de monsterhouder. Wanneer u wordt gevraagd, opent u de DNP-systeem en plaats de beker in de variabele temperatuur insert (VTI) met behulp van de inbrengstang.
    3. Trek de plunjer aan het einde van het monster inbrengstang bij de inhoud van de variabele temperatuurindex vrijgeven. Verwijder het monster inbrengstang uit het systeem en klik op de volgende knop op de DNP-systeem console.
  4. Start de polarisatie.
    1. Klik op de start polarisatie knop op de DNP-systeem console. In de RINMR soort software .HYPERSENSENMR tot polarisatie lanceren monitoring software. Stel bouwen configuratie 1 en druk op enter. Klik vervolgens op solide bouw up.
    2. Stel de locatie en de naam van het bestand op te slaan. Selecteer het profiel voor 13-C in de drop-down lipje op de DNP-systeem console en klik op Volgende. Vink het vakje te proeven tijdens de opbouw, ingesteld sample tijd tot 300 sec en klik op Voltooien.
  5. Meet 3,85 g (~ 4 ml) van de oplosmedia hetzij volume met een 5 ml spuit of gewichtspercenten op een schaal.

3. Bereiding van het enzym Spoor

  1. Vul een microcentrifugebuis met ~ 3 ml [13 C] ureumoplossing en het in de 50 ml centrifugebuis. Vul het 50 ml centrifugebuis met dH 2 O.
  2. Pre-vullen de twee enzym kamers en de lijnen met dH 2 O door het injecteren van ~ 3 ml dH 2 O in de injectie lijnen van het fantoom, zorg ervoor dat eventuele luchtbellen gevormd spoelen.
  3. Plaats de fantoom in het midden van de magneet met gemakkelijke toegang tot de inspuitleidingen. Zorg ervoor dat er een container naar de vloeistof die vent uit aan t vangen Hij afvoerleiding.
  4. Bereid hoge activiteit enzym mengsel (17,14 mM NADH, 44.57 U / ml LDH). Meng 240 ul NADH oplossing, 125 pl LDH-oplossing en 335 ui buffer en bewaar in een 3 ml spuit aan de injectie lijn kan worden bevestigd.
    Opmerking: wanneer gecombineerd met 500 ui 40 mM pyruvaat van DNP systeem, zal de uiteindelijke fantoom volume 1,2 ml met concentraties van 16,7 mM pyruvaat, 10 mM NADH en 26 U / L LDH in een Tris gebufferde oplossing met een pH van 7,5.
  5. Bereid lage activiteit enzymmengsel (17,14 mM NADH 26.79 U / ml LDH) Meng 240 ul NADH-oplossing, 75 ul LDH-oplossing en 385 ui buffer en bewaar in een aparte 3 ml spuit aan de injectie lijn kan worden bevestigd.
    LET OP: Als in combinatie met de 500 pi van 40 mM pyruvaat van de DNP-systeem de laatste fantoom volume 1,2 ml met een concentratie van 16,7 mM pyruvaat, 10 mM NADH, en 15,625 U / L LDH in een tris gebufferde oplossing met een pH van 7,5 .
jove_title "> 4. Run Elke Quality Assurance (QA) en positionering Scans

  1. Een startpositie.
    1. Laad een nieuwe flash positionering scan in bedrijf mode [1 H] TX / RX Volume mode. Verander opgezet dimensies 2: Spectrometer Control Tool -> Bewerken GS -> Setup Dimensions -> 2. Druk GSP op de Spectrometer Controle en beweeg phantom tot in het midden van de magneet. Druk op STOP dan Druk GOP op de Spectrometer controle.
  2. Pilot Scan.
    1. Laad een nieuwe TriPiolt positionering scan in bedrijf mode [1 H] TX / RX Volume mode. Positie Slice: Scan Controle -> Segment Gereedschap-> verplaatsen plakjes (houd M-toets klikken en slepen, selecteer slice om te gaan met de slice pakket slider).
    2. Wobble 1 H Coil: Spectrometer Control Tool -> Acq -> Wobble. Tune en match 1H spoel achter de magneet en druk op STOP. Terwijl u de Shift-toets drukt het verkeerslicht op het bedieningspaneel venster scan.
  1. Laad een nieuwe radiale echo vlakke spectroscopische beeldvorming (radEPSI) scan in operationele modus [13 C] TX / RX Volume mode. Positie Slice: Slice Tool op de Scan-controle en bewegen plakjes (houd M-toets klikken en slepen, selecteer slice om te gaan met de slice pakket slider).
  2. Wobble 13 C Coil door te klikken Spectrometer Control Tool -> Acq -> Wobble. Stel de ontvanger winst voor 1000-2000 op de Spectrometer.
  3. Voer de laatste systeemcontrole. Afhankelijk van de volgorde in acht koolstof 13 signaal van het ureum kamer in een scout protocol.
    LET OP: Dit zorgt ervoor dat het systeem goed is ingesteld voor het begin van het onomkeerbare ontbinding proces.

6. Run Ontbinding

  1. Wanneer het pyruvaat heeft bereikt> 90% polarisatie (~ 1 uur), de oplossingen en phantom klaar zijn, en de scan is geconfigureerd op de run ontbinding knop op de DNP systengel console.
  2. Wanneer u wordt gevraagd te bewegen de ontbinding stick in zijn werkstand en injecteer ontbinding media. Sluit de DNP-systeem en klik op de afgewerkte knop op de DNP-systeem console. Verplaats ontbinding te plakken naar rustpositie als daarom wordt gevraagd en klik op finish.
  3. Wanneer het DNP systeem levert het gehyperpolariseerde pyruvaat (~ 2 min na verhitting starts) trekken 500 ul van de pyruvaat oplossing in elke hoge en lage enzymconcentratie oplossing spuiten. Langzaam (~ 10 sec) te injecteren elke spuit in een injectie lijn.
    LET OP: Het scannen had kunnen worden gestart voor de injectie of wanneer tot 3 minuten na de injectie, afhankelijk van de scan protocol gebruikt.

7. Beeldverwerking

LET OP: Deze fantoom is ontworpen voor gebruik met vele imaging strategieën. Zie figuur 2, als voorbeeld van het rAd-EPSI beelden werden verwerkt met behulp van Matlab.

  1. Laad ruwe data van de FID-bestand. Reshape de gegevens om het aantal projecties te passen, uit te lezen punten, echo's en rekening voor data opgeslagen als echte en denkbeeldige paren. Scheiden van de even en oneven echo punten.
  2. Fourier-transformatie ofwel de even of oneven echo's langs de echo dimensies. Visueel identificeren van de frequentiebanden van pyruvaat en lactaat. Eenvoudigheidshalve de absolute waarde van het spectrum gebruikt.
  3. Scheid elk metaboliet band en Fourier-transformatie langs de frequentie encode richting geïsoleerde sinogrammen opleveren voor elke metaboliet. Inverse radon transformeren de afzonderlijke sinogrammen afbeelding van een van beide lactaat of pyruvaat om te produceren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Slice-selectieve 2D-beelden werden verkregen met behulp van een momentopname radEPSI volgorde. Metaboliet beelden werden gereconstrueerd met behulp van gefilterde back-projectie. De metaboliet beelden waren goed afgestemd proton beelden, zoals gezien in figuur 2. In dit systeem gehyperpolariseerd lactaat signaal echter alleen mogelijk door enzymatische omzetting gehyperpolariseerd pyruvaat. In figuur 4 is de onderste kamer, waarbij hogere LDH concentratie een sterkere lactaat en pyruvaat zwakker signaal in vergelijking met de bovenste kamer. Met behulp van de relatieve metaboliet signalen als een schatting van enzymconcentratie de lactaat om pyruvaat ratio is 1,47 keer hoger in de Tweede Kamer. De werkelijke enzymconcentratie verhouding tussen de onderste en bovenste compartiment was 1,66 keer die in ruwe overeenkomst met de signaalverhoudingen (figuur 4).

Tijdsverloop beelden waren gengewaardeerd met een IDEAL sequentie (Figuur 3). Sterke overeenkomst tussen de metaboliet beelden en het proton verwijzing werd opnieuw waargenomen. Merk op dat er geen ureum fantoom aanwezig voor deze studie was. In de hoge enzym kamer aan de rechterkant, is een zeer sterke aanvankelijke lactaat signaal waargenomen. De reactie werd bijna volledig gekatalyseerd door de tijd dat het werd afgeleverd in de kamer (9 sec levering, 12 sec piek lactaat). Het reactiemengsel minder snel toe in de lage enzymconcentratie kamer (links). Het is ook opmerkelijk dat minder pyruvaat signaal werd waargenomen in de hoge enzym geplaatst zoals meer van het signaal omgezet in lactaat.

Figuur 1
Figuur 1. Schematische Phantom: (A) Schematische weergave van de kamer ontwerp. Chambers A en B voorzien voor injecties en de uitlaat lijnen. Het ureum kamer wordt afgesloten als het niet hoeft te injecterened tijdens de overname. (B) Foto van gedemonteerde fantoom tonen de kamers, injectie lijnen en 50 ml buis. (C) De geassembleerde fantoom systeem met de injectie lijnen rond, zodat de spuit connectors aan het einde van de lijnen in het frame gewikkeld. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2
Figuur 2. Metabolite beelden met behulp van rad-EPSI. Coronale beelden gegenereerd op basis van twee verschillende spectrale banden, pyruvaat (midden) en lactaat (rechts). De bovenste kamer heeft merkbaar pyruvaat signaal en minder lactaat signaal is dan de onderste kamer. Een afbeelding proton (links) verkregen is na beeldvorming hypergepolariseerde agenten. Gelieve klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 3
Figuur 3. Metabolite tijdsverloop beelden met behulp van een ideale volgorde. Axial beelden in deze reeks in 3-seconden intervallen verkregen. Pyruvaat (boven) en lactaat (onder) worden weergegeven image de grijstinten proton voorbij. Sterke lactaat en pyruvaat zwakkere signalen worden waargenomen in de rechterkamer dat de hogere enzymconcentratie bevat. De linkerkamer, met lagere enzymconcentratie, vertoonden minder lactaat en pyruvaat sterker signaal. De kamers zijn leegte van hyperpolarized signaal voor de eerste 9 sec, omdat de scan voorafgaand aan de injectie werd gestart. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4 "src =" / files / ftp_upload / 53607 / 53607fig4.jpg "/>
Figuur 4. Verwerkte Afbeeldingen: De gemiddelde signaal grootheden voor elk getoond over de gecombineerde metaboliet beelden (links) kamer. Het verschil in lactaat lactaatdehydrogenase verhoudingen voor de bovenste en onderste kamers kwalitatief overeenkomen met het verschil in enzymactiviteiten gebruikt, weergegeven als staafdiagrammen (rechts).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Real-time beeldvorming van gehyperpolariseerde metabolieten heeft vele unieke uitdagingen voor de reeks, de validatie en kwaliteitscontrole. De mogelijkheid om spatiotemporele en spectrale heterogeniteit op te lossen biedt aanzienlijke klinische potentieel, maar verzet zich tegen QA en validatie methoden in verband met conventionele MRI. Complex imaging sequenties of reconstructie algoritmen kunnen subtiele afhankelijkheden die maken ze moeilijk te karakteriseren of te valideren buiten de beeldvorming experiment hebben. Biologische heterogeniteit en andere praktische overwegingen beperken het gebruik van in vivo en in vitro modellen te karakteriseren of valideren sequenties, hardware of dataverwerkingsalgoritmes.

Met meerdere ruimtelijke compartimenten en dynamische chemische evolutie is het mogelijk de kritische functies die samenhangen met beeldvorming gehyperpolariseerde substraten in vivo maar op een gecontroleerde manier recapituleren. Regio's van hoge en lage enzymactiviteit bieden reproducible dynamisch contrast voor de beoordeling van de kwalitatieve en kwantitatieve imaging biomarkers. Ruimtelijke variaties zorgen voor geometrische vervormingen, afwijkingen, en andere gemeenschappelijke bronnen van fouten worden verantwoord naar behoren.

Terwijl beter controleerbaar dan levende systemen de reactiesnelheden gekatalyseerd door LDH nog zeer gevoelig experimentele omstandigheden en een belangrijke bron van onzekerheid. Kritisch, LDH temperatuurgevoelig. Wanneer volgende metingen worden vergeleken grote zorg moet worden genomen dat de kamer en vloeistoftemperatuur constant in alle metingen blijven. Daarnaast zijn de hoge concentraties pyruvaat geassocieerd met gehyperpolariseerde studies dwingt het gebruik van hoge concentraties van het co-enzym NADH en het enzym LDH. Deze hoge concentraties algemeen niet de aannames van kleine laten geen enzym inhibitie of een bepaald substraat met overschrijding concentratie. Als strikte omschrijving van de chemische kinetiek waarschijnlijk gewenst wasverschil concentraties van de reagentia nodig zou zijn om deze veronderstellingen te herstellen. Dit zal echter formulering resulteren in de productie van gehyperpolariseerde lactaat met variabele prijzen van elke ruimte die voldoende is voor de meeste beeldvormende validatie moeten zijn.

Indien weinig of geen lactaat signaal neemt een eerste plaats te controleren zou de activiteit van het enzym, dat moet worden vervangen worden. Daarnaast variatie in de levering in de fantoom compartimenten veroorzaakt onzekerheid in de hoeveelheid gehyperpolariseerd signaal. Deze bronnen van variabiliteit is het essentieel dat de hoeveelheid gehyperpolariseerd pyruvaat toegevoegd aan elke kamer wordt nauwkeurig gemeten en wordt soepel toegevoegd verminderen. De inherente signaal verval van gehyperpolariseerde pyruvaat compliceert deze taak door het plaatsen van strikte termijnen aan de injectie. Toekomstig werk zal zich richten op de implementatie van een geautomatiseerde injectie mechanisme dat het proces van het gehyperpolariseerde pyruvaat inleiding zal toelaten om het enzym mengselen de daaropvolgende injectie in de fantoom worden machine gecontroleerd. Dit systeem zal de menselijke fouten bij het meten van de hoeveelheid pyruvaat toegevoegd aan elke kamer te verwijderen en verhoging van de snelheid van levering aan de scanner. Met name het gehyperpolariseerde pyruvaat werd teruggetrokken in de spuit met het enzymmengsel voor het gehele volume werd geïnjecteerd in de kamers. Dit werd gedaan om het injectieproces om te helpen bij het mengen van het pyruvaat met het enzymmengsel. Een beperking van deze werkwijze is dat de omzetting van pyruvaat tot lactaat begint vóór het mengsel in de scanner en derhalve het begin van de reactie wordt niet gemeten. Toekomst verfijning van de kamer ontwerp zal moeten voorzien in de kamers wordt vooraf gevuld met het enzymmengsel en alleen het gehyperpolariseerde pyruvaat geïnjecteerd terwijl nog voldoende menging van het monster geplaatst zoals pyruvaat komt waarborgen.

Vergeleken met statische fantomen dit systeem heeft enkele beperkingen. de dependence op een aantal dynamische chemische reactie beperkt deze fantomen om eenmalig gebruik. Na injectie van de lijnen en de kamers moeten worden gereinigd en vers oplosmiddel oplossingen moeten worden gebruikt, of ontdooid uit monsters. Terwijl de enkel enzym fantoom vangt een deel van dynamische chemische gedrag het niet trouw herhalen een echte biologische systeem. In levende systemen pyruvaat is betrokken bij meerdere complexe biochemische pathways en de eenvoudige omzetting van pyruvaat tot lactaat in de aanwezigheid van co-enzym met een enkele enzymatische isovorm is een aanzienlijke vereenvoudiging. Bovendien, als vasculaire of een andere vorm van levering en elk type cellulaire opname zijn cruciaal voor de meting dit systeem waarschijnlijk onvoldoende model. De enkel enzym fantoom is een compromis dat zich tot enige chemische reactie, is niet herhaalbare en praktisch als een statisch fantoom maar is nog herhaalbare dat levende systemen. De reproduceerbaarheid van dit systeem wordt gekenmerkt by variatie in herhaalde metingen van 15 tot 20 procent ten opzichte van dierproeven die moet tussen 25 en 40 procent binnen groep variabiliteit 10. Daarnaast is het niet te modelleren elk aspect van levende cellen of weefsels, maar handhaaft de kritische dynamische gedrag die verloren gaat bij het gebruik van een statisch fantoom.

Dit fantoom systeem werd ontworpen om te werken met een bereik van beeldvormende technieken. Met zo'n flexibel platform de QA-scans en hyperpolarized overnames boven uitgevoerd zijn uitwisselbaar met de sequentie of protocollen die worden gebruikt door een andere instelling. Om dit te illustreren we een soortgelijk onderzoek uitgevoerd op een GE-3T-scanner met een aangepaste IDEAL reeks met vergelijkbare resultaten.

Hypergepolariseerde MRI van [1- 13 C] -pyruvate is veelbelovend vanwege zijn vermogen om in vivo metabolisme kanker sonde in real time. Interessant is dat de gevoeligheid van deze techniek vormt een grote uitdaging bij het ontwikkelen en valideren van measurement technieken. Gebruikmakend van één enzym fantoom is het mogelijk om de ruimtelijke en temporele dynamiek die essentieel meting gehyperpolariseerd agentia met MRI in een praktische, controleerbare en reproduceerbare manier nodig om opnieuw nuttig voor de ontwikkeling en verificatie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Publicatie van deze video-artikel wordt ondersteund door Bruker corporatie.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door CPRIT subsidie ​​(RP140021-P5) en een Julia Jones Matthews Cancer Research Scholar CPRIT onderzoek training award (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

Geneeskunde hypergepolariseerde pyruvaat Carbon 13 Magnetic Resonance Imaging Phantom Sequence Development Quality Assurance
Gebruik van een Multi-compartiment Dynamic enkel enzym Phantom voor Studies van gehyperpolariseerd Magnetic Resonance Agents
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