一个多腔动态单一酶幻影超极化磁共振剂研究的用途

Summary

多室动态模型用于使用超极化磁共振剂模拟代谢研究中一些感兴趣的生物学。

Abstract

磁共振超极化底物的影像显示在实时关键的生化过程的评估重要的临床前景。由于受超极化状态施加限制的根本，充满异国情调的成像和重建技术是常用的。对于动态的，多光谱成像方法表征一个实用的系统迫切需要。这样的系统必须可重复复述正常和病理组织的相关化学动力学。最广泛使用的基材日期是超极化[1- ¹³ C]丙酮酸癌症代谢的评估。我们描述了介导丙酮酸至乳酸的转化基于酶的幻象系统。反应通过超极化剂的注入开始到虚线内的多个腔室，其中每一个包含不同的是控制反应速率的试剂的浓度。多个隔室是必要的，以确保伊马蔓茎序列忠实捕获组织的空间和代谢异质性。该系统将通过提供化学动力学所不具备与传统幻影，以及控制和再现那是不可能在体内帮助的先进影像战略的制定和验证。

Introduction

的¹³ C标记的化合物的超极化的磁共振成像（MRI）的临床影响主要取决于其测量流经实时磁共振光谱学和光谱成像^1-5化学转化率的能力。期间顺序开发和验证，动态化学转化一般是通过在体内或体外模型^6-9，提供有限的控制和再现性来实现的。对于稳健的测试和质量保证，它保留了化学转化特有的这种测量更多的控制系统将是首选。我们概述实现使用动态单一酶虚线可重复的方式这种转换的方法。

与超极化¹³ C制剂的研究大多集中于一个正常运作的生物环境成像超极化基板。这是显而易见的选择，如果目标是研究生物人处理或确定在临床护理潜在影响。然而，如果一些测量系统或数据处理算法的表征是期望的，生物模型有许多缺点，如固有的空间和时间变化^10。然而，传统的静态幻影缺乏化学转化驱动在超极化基底的MRI主要临床利益，并且不能用于表征转化率或其他动态参数¹¹的检测。使用单一酶系统，我们可以提供可控的和可重复的化学转化，从而实现动态显像策略严格的审查。

该系统是针对谁正在开发的成像策略超极化基板，并希望反对其他方法相比性能特征调查。如果静态测量所需的终结点，然后静¹³ C-标有代谢幻影无线会足够了^11。在另一端，如果更复杂的生物特征是该方法....

Protocol

注:（幻影设计）两个3毫升室进行机加工出来的Ultem的，并配有PEEK管（1.5875毫米外径0.762毫米ID）注射和排气。庭置于充满水（ 图1）的50ml离心管中。为了避免气泡产生信号的空隙，腔和管预填充去离子水（DH ₂ O）。

1.溶液的制备

1. 制备1升缓冲溶液（81.3毫摩尔Tris pH 7.6中，203.3毫摩尔NaCl）。称取11.38克的Trizma预设晶体pH值7.6和11.88克NaCl和1升的dh ₂ O的溶解
2. 准备50毫米NADH的解决方案。称取17.8毫克β-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH），减少的二钾盐，并在280微升被在第一步中制备的缓冲溶液中溶解。
3. 准备250 U / ml的酶溶液。称出乳酸脱氢酶（LDH）的78.75的活性单位，并在从s 315微升缓冲液溶解TEP之一。
4. 准备丙酮酸组合。称取21.4毫克Ox063三苯甲基自由基和1.26克溶解（约1毫升）[1- ¹³ C]丙酮酸。
5. 制备溶出介质（40毫摩尔Tris pH 7.6中，40毫摩尔的NaOH，0.27毫摩尔EDTA和50mM NaCl）中。称出5.96克的Trizma预置晶体pH值7.6，1.6克的NaOH，0.1g的乙二胺四乙酸二钠盐水合物（EDTA）和2.9克NaCl和1升的dh _....

Results

切片选择性的2D图像用快照radEPSI序列获得。代谢物图像用滤波反投影重建。代谢图像以及与质子图像对准，如在图2中看到的，在这种系统超极化乳酸盐信号只能从超极化的丙酮酸的酶转化产生的。在图4中 ，底室，具有较高的LDH浓度，具有更强的乳酸盐和较弱丙酮酸信号相比顶室作为。使用相对代谢物信号作为酶浓度的估计的乳酸为丙酮酸比在下部腔室更高1.47倍。下部和顶部隔室之间的实际的酶浓度比为1.66倍，其与所述信号比（ 图4）粗协议。

时间过程图像进行基因使用理想序列（ 图3）分级。代谢物图像和质子参考值之间强有力的协议再次被观察到。注意，没有尿素幻象存在这项研究。在右边的高酶室，一个非常强大的初始乳酸信号被观察到。该反应几乎完全由它被输送到腔室（9秒递送，12秒峰乳酸）时催化。反应在低酶浓度腔（左）进展更慢。它还值得注意的是在.......

Discussion

超极化的代谢物实时成像具有序列设计，验证和质量控制许多独特的挑战。解决时空和光谱异质性的能力提供大量的临床潜力，但是排除了与常规MRI相关的质量保证和验证方法。复杂的成像序列或重建算法可能会有细微的依赖使得它们难以定性或验证成像实验之外。生物的异质性和其它实际问题限制使用的在体内和体外模型来表征或验证序列，硬件或数据处理算法。

空间多隔间和动态化学演化，所以可以概括与成像的超极化基底体内而以受控的方式相关联的关键特征。高和低酶活性地区提供reproduci竹叶提取动态对比度用于定性和定量成像生物标记的评估。空间变化确保几何扭曲，错位，错等常见的来源是占正常。

而不是活系统通过LDH催化的反应速率更可控仍然非常敏感的实验条件和是不确定的主要来源。重要的是，LDH是对温度敏感。如果随后的测量是要比较大必须小心，房间和液体的温度保持在所有测量常数。此外，该高浓度的超极化的研究相关的丙酮酸强制使用高浓度的辅酶NADH和酶的LDH的。这些高浓度一般不允许的小的假设没.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
BioSpect 7T	Bruker	BioSpec 70/30 USR	7 特斯拉临床前 MRI 扫描仪
HyperSense	牛津仪器	Hypersense DNP 偏振器	MRI 试剂动态核偏振器
1-13C-吡哒酸	Sigma Aldrich	677175	碳 13 标签纯丙酮酸
三苯基自由基	GE Healthcare	OX063	用于动态核极化的自由基
NaOH	Sigma Aldrich	S8045
EDTA	Sigma Aldrich	E6758	乙二胺四乙酸
LDH	Worthingthon	LS002755	兔肌肉中的乳酸脱氢酶
NADH	Sigma Aldrich	N4505	&β;-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，还原二钾盐
Trizma	Sigma Aldrich	T7943	Trizma 预设晶体
NaCl	Sigma Aldrich	S7653