Die Verwendung eines Mehrfach Dynamische einzelner Enzym-Phantom für Studien von hyperpolarisiertem Magnetic Resonance Agents

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Umwandlung von hyperpolarisiertem Pyruvat in Laktat mittels Magnetresonanztomographie oder MRT in einer kontrollierten Phantomumgebung zu messen. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen im Bereich der hyperpolarisierten MRT zu beantworten, wie z. B. die Fähigkeit eines Systems, die chemische Umwandlung von Pyruvat durch Magnetresonanz zu erkennen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die chemische Umwandlung von Pyruvat ähnlich wie der Stoffwechsel in vivo abläuft, aber besser kontrollierbar und wiederholbar ist als in lebenden Systemen.

Die Auswirkungen dieser Technik erstrecken sich auf die Diagnose von Krebs, da die erhöhte Umwandlung von Pyruvat in Laktat, die bei den meisten Krebsarten üblich ist, durch die Phantomumgebung simuliert wird. Obwohl diese Methode Einblicke in Krebs geben kann, kann sie auch auf andere metabolische Bildgebungsprozesse wie den Herzstoffwechsel angewendet werden. Im Allgemeinen können Personen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten haben, da die Zeitbeschränkungen, die hyperpolarisierten Medien innewohnen, kurz sind.

visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da Auflösungs- und Auswurfschritte schwer zu erlernen sind, da sie schnell und präzise ausgeführt werden müssen. In einen Probenbecher für ein dynamisches Kernpolarisations- oder DNP-System pipettieren Sie 0,3 Mikroliter der Gadoteridollösung und 13 Milligramm der Brenztraubensäurelösung. Rühren Sie diese Mischung im Probenbecher mit einer Pipettenspitze kurz um.

Beginnen Sie mit dem Einfügevorgang der Probe, indem Sie auf der DNP-Systemkonsole auf die Schaltfläche "Probe einfügen" klicken. Wählen Sie im Beispielassistenten die Option Normalprobe aus und klicken Sie auf Weiter. Halten Sie den Probenbecher senkrecht und platzieren Sie den Einführstab vorsichtig über die Oberseite des Probenbechers.

Wenn Sie dazu aufgefordert werden, öffnen Sie das DNP-System und setzen Sie den Becher mit der Einführstange in den Einsatz mit variabler Temperatur ein. Ziehen Sie am Kolben am Ende des Probeneinführstabs, um die Probe im Einsatz mit variabler Temperatur freizugeben. Entfernen Sie den Probeneinführstab aus dem System, und klicken Sie auf die Schaltfläche Weiter in der DNP-Systemkonsole.

Starten Sie dann die Polarisation, indem Sie auf die Schaltfläche Polarisationsprobe in der DNP-Systemkonsole klicken. Geben Sie in der RINMR-Software HYPERSENSENMR zur Polarisationsüberwachungssoftware ein. Legen Sie die Build-Konfiguration auf eins fest, und drücken Sie die Eingabetaste.

Klicken Sie dann auf Feststoffaufbau. Nachdem Sie den Speicherort und den Namen der Speicherdatei festgelegt haben, wählen Sie das Profil für Carbon 13 auf der Dropdown-Registerkarte in der DNP-Systemkonsole aus. Klicken Sie auf Weiter.

Aktivieren Sie das Kontrollkästchen, um die Probenahme während des Aufbaus zu aktivieren. Stellen Sie die Sample-Zeit auf 300 Sekunden ein und klicken Sie auf Fertig stellen. Messen Sie abschließend 3,85 g des Auflösungsmediums entweder nach Volumen mit einer Fünf-Milliliter-Spritze oder nach Gewicht mit einer Waage ab.

Platzieren Sie das Phantom in der Mitte des Magneten mit einfachem Zugang zu den Einspritzleitungen. Stellen Sie sicher, dass ein Behälter vorhanden ist, in dem die Flüssigkeit aufgefangen werden kann, die in die Abgasleitung entweicht. Bereiten Sie die hochaktive Enzymmischung vor, indem Sie 240 Mikroliter NADH-Lösung, 125 Mikroliter LDH-Lösung und 335 Mikroliter Puffer mischen.

Bewahren Sie die Lösung in einer Drei-Milliliter-Spritze auf, die an die Injektionsleitung angeschlossen werden kann. Bereiten Sie dann die Enzymmischung mit geringer Aktivität vor, indem Sie 240 Mikroliter NADH-Lösung, 75 Mikroliter LDH-Lösung und 385 Mikroliter Puffer mischen. Bewahren Sie diese Mischung in einer separaten Drei-Milliliter-Spritze auf, die an die Injektionsleitung angeschlossen werden kann.

Um die Erstpositionierung durchzuführen, laden Sie einen neuen Localizer-Scan. Wackeln Sie mit der Protonenspule, indem Sie Acq/Reco auswählen. Zeigen Sie die Einstellplattform an und öffnen Sie sie.

Wählen Sie im Anpassungsfeld die Option "Wobble Adjust" aus und klicken Sie auf "ppen". Stellen Sie die Sweep-Breite auf zehn Megahertz ein und klicken Sie auf Einrichten. Nach einem Moment sollten die Abstimmung und Anpassung der Protonenspulen im Erfassungsfenster erscheinen.

Wackeln Sie die Carbonspule, indem Sie das Spulenelement auf 13C oder Element zwei ändern und die Sweep-Breite auf fünf Megahertz einstellen. Nach einem Moment sollte das Tuning und Matching der Carbon-Coils im Erfassungsfenster erscheinen und bei richtiger Abstimmung auf Stopp drücken. Um zur Scansteuerung zurückzukehren, drücken Sie auf Anwenden, dann zurück und schließlich auf Weiter, um den Scanvorgang zu starten.

Es ist wichtig, dass der Scan in diesem Schritt vollständig eingerichtet ist, bevor mit der Auflösung begonnen wird. Nachdem die Auflösung begonnen hat, sollte sie nicht gestoppt werden, und es bleibt nur wenig Zeit, die Sequenzparameter anzupassen, bevor das hyperpolarisierte Pyruvat abgegeben wird. Laden Sie einen neuen radioechoplanaren spektroskopischen Bildscan.

Stellen Sie die Scheibendicke auf 30 Millimeter ein, um die gesamte Reaktionskammer abzudecken. Stellen Sie den Betriebsmodus auf Carbon 13 ein, indem Sie die Registerkarte System auswählen und den Betriebsmodus auf 13C senden, empfangen ändern. Sobald das Pyruvat eine Polarisation von mehr als 90 % erreicht hat, sind die Lösungen und das Phantom bereit und der Scan wird konfiguriert.

Klicken Sie in der DNP-Systemkonsole auf die Schaltfläche "Auflösung ausführen". Wenn Sie dazu aufgefordert werden, bringen Sie den Dissolution-Stick in seine Betriebsposition und injizieren Sie das Dissolution-Medium. Schließen Sie das DNP-System, und klicken Sie in der DNP-Systemkonsole auf die Schaltfläche Fertig.

Es ist wichtig, dass die Injektion von Pyruvat und Enzym reibungslos erfolgt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Enzymmischung ordnungsgemäß gemischt und in die Phantomkammer abgegeben wird, bevor die chemische Umwandlung abgeschlossen ist. Wenn das DNP-System das hyperpolarisierte Pyruvataspirat abgibt, werden 500 Mikroliter der Pyruvatlösung in jede der Lösungsspritzen mit hoher und niedriger Enzymkonzentration gegeben.

Injizieren Sie jede Spritze langsam in eine Injektionsleitung. Der Scanvorgang kann je nach verwendetem Scanprotokoll vor oder unmittelbar nach der Injektion gestartet werden. Nachdem die Auflösung abgeschlossen ist, bewegen Sie den Auflösungsstab zurück in die Ruheposition, wenn Sie dazu aufgefordert werden, und klicken Sie dann auf Fertig stellen.

Repräsentative Ergebnisse einer radioechoplanaren spektralen Bildgebungssequenz sind hier dargestellt. Das Pyruvatbild zeigt das starke Pyruvatsignal in beiden Kammern. Das Laktatbild zeigt ein schwächeres Laktatsignal, ist aber immer noch in den Kammern lokalisiert.

Das Signalverhältnis von hyperpolarisiertem Laktat und Pyruvat kann verwendet werden, um die Enzymaktivität in jeder Kammer abzuschätzen. Die Signalverhältnisse in jeder Kammer entsprechen der vorhandenen Enzymaktivität. Einmal gemeistert, kann diese Technik in einer Stunde durchgeführt werden.

Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wichtig, daran zu denken, dass Sie das Phantomgemisch und die Bildgebungssequenz bereit haben, bevor Sie mit dem Auflösungsprozess beginnen. Nach diesem Verfahren können andere hyperpolarisierte Wirkstoffe und Enzyme verwendet werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, z. B. wie gut eine Sequenz andere chemische Reaktionen abbilden kann. Diese Technik ebnet Forschern auf dem Gebiet der hyperpolarisierten MRT den Weg, die Sequenzleistung mit reproduzierbaren Phantomen zu untersuchen.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man eine Enzymmischung vorbereitet, um die Umwandlung von hyperpolarisiertem Pyruvat in Laktat zu erleichtern und polarisiertes Kohlenstoff-13-angereichertes Pyruvat für die Bildgebung zu ermöglichen. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit starken Magnetfeldern äußerst gefährlich sein kann und immer Vorsichtsmaßnahmen wie ein kontrollierter Zugang zum Scanraum getroffen werden sollten.