Name: Die Verwendung eines Mehrfach Dynamische einzelner Enzym-Phantom für Studien von hyperpolarisiertem Magnetic Resonance Agents (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: Erfahren Sie die Messung der Umwandlung hyperpolarisierter Pyruvat-zu-Laktat-Konversion mittels MRI in einer kontrollierten Phantom-Umgebung. Diese Methode ermöglicht reproduzierbare metabolische Studien für die Krebsdiagnostik.

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Diese Arbeit wurde von CPRIT Zuschuss (RP140021-P5) und eine Julia Jones Matthews Cancer Research Scholar CPRIT Forschung Ausbildung Auszeichnung (RP140106, CMW) unterstützt.

HINWEIS: (Phantom Design) Zwei 3 ml Kammern wurden aus Ultem bearbeitet und mit PEEK-Schlauch (1,5875 mm Außendurchmesser und 0.762 mm ID) ausgestattet für Einspritzung und Abgas. Die Kammern wurden in einem 50 ml Zentrifugenröhrchen mit Wasser (1) gefüllt war . Um die Signal Hohlräume geschaffen durch Blasen, die Kammern und die Linien wurden vorgefüllt mit VE - Wasser (dH 2 O) zu vermeiden. 1. Herstellung der Lösung <ol><li> Bereiten Sie 1 l Pufferlösung (81,3 mM Tris pH 7,6, 203,3 mM NaCl). Man wiegt 11,38 g Trizma voreingestellte Kristalle pH 7,6 und 11,88 g NaCl und lösen sich in 1 l dH 2 O. </li><li> Bereiten Sie 50 mM NADH Lösung. Abwiegen 17,8 mg β-Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid (NADH), reduzierte Dikaliumsalz und lösen sich in 280 &amp; mgr; l der Pufferlösung, die man in Stufe hergestellt wurde. </li><li> Bereiten 250 U / ml Enzymlösung. Abwiegen 78.75 Aktivitätseinheiten von Laktat-Dehydrogenase (LDH) und lösen sich in 315 &amp; mgr; l Puffer von step ein. </li><li> Bereiten Brenztraubensäure-Mix. Man wiegt 21,4 mg Ox063 Tritylrest und lösen sich in 1,26 g (~ 1 ml) [1- 13 C] Brenztraubensäure. </li><li> Bereiten Auflösungsmedien (40 mM Tris pH 7,6, 40 mM NaOH, 0,27 mM EDTA und 50 mM NaCl). Man wiegt 5,96 g Trizma voreingestellten Kristalle pH 7,6, 1,6 g NaOH, 0,1 g Ethylendiamintetraessigsäure-Dinatriumsalz - Dihydrat (EDTA) und 2,9 g NaCl und lösen sich in 1 l dH 2 O. </li><li> Bereiten 01.10 Gadoteridol-Lösung (50 mM). Mix 1 &amp; mgr; l von Gadoteridol in 9 &amp; mgr; l dH 2 O. Herstellung von 8 M [13 C] Harnstoff. Man wiegt 1,465 5 [13 C] Harnstoff und lösen sich in 3 ml dH 2 O. </li></ol> 2. Herstellung von hyperpolarisiertem Pyruvate <ol><li> In einem Probenbecher für eine dynamische Kernpolarisation (DNP) -System, Pipetten 0,3 ul der Gadoteridol-Lösung und 13 mg (~ 10 &amp; mgr; l) der Brenztraubensäure-Lösung. </li><li> Kurz rühren diese Mischung in der Probenschale mit der Pipettenspitze. &lt;/ Li&gt; <li> Probe in die DNP-System ein. <ol><li> Achten Sie darauf, die Tür zu dem DNP-System ist geschlossen. Beginnen Sie den Einführungsprozess Probe durch den Einsatz Probe-Taste auf der DNP-System-Konsole klicken. Auf der Probe Assistenten auswählen normalen Probe und drücken Sie auf Weiter. </li><li> die Probenschale halten vertikal die Einführungsstab über den oberen Teil der Probenschale sanft schalten. Wenn Sie gefragt werden, öffnen Sie das DNP-System und legen Sie die Schale in die variable Temperatureinsatz (VTI), um den Einführungsstab mit. </li><li> Ziehen auf den Kolben am Ende des Probeneinführungsstab, die Probe in dem variablen Temperaturindex zu lösen. Entfernen Sie die Probe Einführungsstab aus dem System und klicken Sie auf den nächsten Knopf auf dem DNP-System-Konsole. </li></ol></li><li> Starten Sie die Polarisation. <ol><li> Klicken Sie auf die Start-Polarisation-Taste auf der DNP-System-Konsole. In der RINMR Softwaretyp .HYPERSENSENMR zu starten Polarisation Software zu überwachen. Stellen aufbauen Konfiguration auf 1 und drücken Sie die Eingabetaste. Klicken Sie dann auf solide Bauweise uSeite </li><li> Stellen Sie den Speicherort und den Namen der Datei zu speichern. Wählen Sie das Profil für 13-C in der Dropdown-Registerkarte auf der DNP Systemkonsole und klicken Sie auf Weiter. Überprüfen Sie die Box während des Aufbaus, stellen Probenzeit auf 300 Sekunden und klicken Sie auf Finish zu probieren. </li></ol></li><li> Auszumessen 3,85 g (~ 4 ml) der Auflösungsmedien entweder durch Volumen mit einer 5 ml Spritze oder eine Gewichtsskala. </li></ol> 3. Herstellung der Enzyme Phantom <ol><li> Füllen Sie ein Mikrozentrifugenröhrchen mit ~ 3 ml [13 C] Harnstofflösung und legen Sie es in der 50 - ml - Zentrifugenröhrchen. Füllen Sie die 50 ml Zentrifugenröhrchen mit dH 2 O. </li><li> Vorfüllen die beiden Enzymkammern und die Leitungen mit dH 2 O von ~ 3 ml dH 2 O in die Einspritzleitungen der Phantom - Injektion, wobei etwaige Blasen zu spülen gebildet. </li><li> Legen Sie das Phantom in der Mitte des Magneten mit einfachen Zugang zu den Einspritzleitungen. Stellen Sie sicher, dass es einige Behälter, die Flüssigkeit aufzufangen, wird vent auf t<html> er Abgasleitung. </li><li> Bereiten Sie eine hohe Aktivität Enzymmischung (17,14 mM NADH, 44.57 U / ml LDH). Mischen Sie 240 ul NADH-Lösung, 125 ul LDH-Lösung und 335 &amp; mgr; l Puffer und halten in einem 3-ml-Spritze, die mit der Einspritzleitung angebracht werden kann. HINWEIS: Nachdem mit den 500 ul 40 mM Pyruvat aus dem DNP-System kombiniert, das endgültige Phantomvolumen wird mit pH-Wert in einer trisgepufferte Lösung 1,2 ml mit Konzentrationen von 16,7 mM Pyruvat, 10 mM NADH und 26 U / l LDH sein ~ 7.5. </li><li> Bereiten Sie eine niedrige Aktivität Enzymmischung (17,14 mM NADH 26.79 U / ml LDH) Mischen Sie 240 ul NADH-Lösung, 75 &amp; mgr; l LDH-Lösung und 385 &amp; mgr; l Puffer und halten in einem separaten 3-ml-Spritze, die mit der Einspritzleitung angebracht werden kann. HINWEIS: Nachdem mit den 500 ul 40 mM Pyruvat aus dem DNP-System kombiniert wird die endgültige Phantomvolumen 1,2 ml mit Konzentrationen von 16,7 mM Pyruvat sein, 10 mM NADH und 15.625 U / L LDH in einer Tris-gepufferte Lösung mit pH ~ 7.5 . </li></ol>jove_title &quot;&gt; 4. Führen Sie irgendwelche Qualitätssicherung (QS) und Positionierung Scans <ol><li> Erste Positionierung. <ol><li> Legen Sie eine neue FLASH Positionierung Scan in der Betriebsart [1 H] TX / RX - Volume - Modus. Ändern einrichten Dimensionen zum 2: Spectrometer Control Tool -&gt; Edit GS -&gt; Setup Dimensions -&gt; 2. Drücken Sie APS auf der Spektrometersteuerung und Phantom bewegen, bis in den Magneten zentriert. Drücken Sie STOP, dann drücken GOP auf der Spektrometersteuerung. </li></ol></li><li> Pilot Scan. <ol><li> Legen Sie eine neue TriPiolt Positionierung Scan in der Betriebsart [1 H] TX / RX - Volume - Modus. Position Scheibe: Scan Control -&gt; Scheibe Tool-&gt; Scheiben bewegen (halten Sie M-Taste klicken und ziehen, wählen Sie Slice mit dem Slice-Paket Schieber bewegen). </li><li> Wobble 1 H Spule: Spectrometer Control Tool -&gt; Acq -&gt; Wobble. Tune and match 1 H Spule hinter dem Magneten und drücken Sie STOP. Halten Sie die Shift-Taste drücken Sie die Ampel auf der Scan-Steuerungsfenster. </li></ol></li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. Radial Echo Planar Spectral Imaging Scanner-Setup <ol><li> Legen Sie einen neuen Radial Echo - Planar - spektroskopischen Bildgebung (radEPSI) Scannen in der Betriebsart [13 C] TX / RX - Volume - Modus. Position Scheibe: Scheibe Tool auf dem Scan-Steuerung und bewegen Scheiben (halten Sie M-Taste klicken und ziehen, wählen Sie Slice mit dem Slice-Paket Schieber bewegen). </li><li> Wobble 13 C - Spule durch Spectrometer Control Tool klicken -&gt; Acq -&gt; Wobble. Stellen Sie die Empfängerverstärkung 1000-2000 auf dem Spektrometer. </li><li> Führen Sie die letzte Systemprüfung. In Abhängigkeit von der Sequenz, Kohlenstoff-13-Signal von dem Harnstoffkammer in Scout-Protokoll beobachten. HINWEIS: Dadurch wird sichergestellt, dass das System richtig eingerichtet ist, bevor die irreversible Auflösungsprozess beginnt. </li></ol> 6. Führen Auflösung <ol><li> Wenn das Pyruvat erreicht&gt; 90% Polarisation (~ 1 h), die Lösungen und Phantom sind bereit, und der Scan konfiguriert ist, die Lauf Auflösung Taste auf der DNP sy klickenStamm-Konsole. </li><li> Wenn Sie gefragt werden, die Auflösung Stick in seine Betriebsstellung bewegen und Lösungsmedien injizieren. Schließen Sie das DNP-System und klicken Sie auf die Schaltfläche Fertig auf dem DNP-System-Konsole. Bewegen Sie die Auflösung wieder aufkleben Position ruht dann auf Fertig stellen klicken. </li><li> Wenn das DNP-System das hyperpolarisierte Pyruvat liefert (~ 2 min nach dem Erhitzen beginnt) zurückzuziehen 500 ul der Pyruvat-Lösung in jedes der hohen und niedrigen Enzymkonzentration Lösung Spritzen. Langsam (~ 10 sec) injizieren jede Spritze in eine Einspritzleitung. HINWEIS: Scannen haben könnte vor der Injektion eingeleitet oder jederzeit bis zu 3 min Nacheinspritzung in Abhängigkeit von der Scan-Protokoll verwendet. </li></ol> 7. Bildverarbeitung Hinweis: Dieses Phantom für die Verwendung mit vielen Imaging-Strategien entwickelt wurde. Siehe 2, als ein Beispiel dafür , wie die rad-EPSI Bilder wurden mit Matlab verarbeitet. <ol><li> Legen Sie Rohdaten aus der fid-Datei. Reshape die Daten, die die Anzahl der Projektionen zu entsprechen, ausgelesen Punkte, Echos und Konto für so reale und imaginäre Paare gespeicherten Daten. Trennen Sie die geraden und ungeraden Echo Punkte. </li><li> Fourier-Transformation entweder die geraden oder ungeraden Echos entlang der Echo Dimensionen. Optisch identifizieren für die Pyruvat und Lactat die Frequenzbänder. Der Einfachheit halber wurde der Absolutwert des Spektrums verwendet. </li><li> Trennen Sie die Metabolit-Band und Fourier-Transformation entlang der Frequenzcodierrichtung isoliert Sinogramme für jeden Metaboliten zu erhalten. Inverse Radon die einzelnen Sinogrammen Transformationsbild von entweder Lactat oder Pyruvat zu erzeugen. </li></ol>

<ol><li>Merritt, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+allows+a+direct+measure+of+flux+through+a+single+enzyme-catalyzed+step+by+NMR%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America+104%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C allows a direct measure of flux through a single enzyme-catalyzed step by NMR.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104. 104, 19773-19777 (2007).</li>
<li>Rodrigues, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+of+tumor+glycolysis+using+hyperpolarized+13C-labeled+glucose%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+medicine%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging of tumor glycolysis using hyperpolarized 13C-labeled glucose.</a> Nature medicine. 20, 93-97 (2014).</li>
<li>Day, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+tumor+response+to+treatment+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+imaging+and+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+medicine%22%5BJournal%5D)">Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy.</a> Nature medicine. 13, 1382-1387 (2007).</li>
<li>Keshari, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+dehydroascorbate+as+an+endogenous+redox+sensor+for+in+vivo+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C dehydroascorbate as an endogenous redox sensor for in vivo metabolic imaging.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 18606-18611 (2011).</li>
<li>Gallagher, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+of+pH+in+vivo+using+hyperpolarized+13C-labelled+bicarbonate%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate.</a> Nature. 453, 940-943 (2008).</li>
<li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+tumor+hyperpolarized+%5B1-13C%5D-pyruvate+dynamics+using+time-resolved+multiband+RF+excitation+echo-planar+MRSI%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Investigation of tumor hyperpolarized [1-13C]-pyruvate dynamics using time-resolved multiband RF excitation echo-planar MRSI.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 63, 582-591 (2010).</li>
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<li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+dynamic+3D+MR+spectroscopic+imaging+with+compressed+sensing+and+multiband+excitation+pulses+for+hyperpolarized+13C+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Fast dynamic 3D MR spectroscopic imaging with compressed sensing and multiband excitation pulses for hyperpolarized 13C studies.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 65, 610-619 (2011).</li>
<li>Mayer, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+subsecond+spiral+chemical+shift+imaging+to+real-time+multislice+metabolic+imaging+of+the+rat+in+vivo+after+injection+of+hyperpolarized+13C1-pyruvate%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Application of subsecond spiral chemical shift imaging to real-time multislice metabolic imaging of the rat in vivo after injection of hyperpolarized 13C1-pyruvate.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 62, 557-564 (2009).</li>
<li>Walker, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Catalyzing+Phantom+for+Reproducible+Dynamic+Conversion+of+Hyperpolarized+%5B1-C-13%5D-Pyruvate%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+one%22%5BJournal%5D)">A Catalyzing Phantom for Reproducible Dynamic Conversion of Hyperpolarized [1-C-13]-Pyruvate.</a> PloS one. 8, e71274(2013).</li>
<li>Levin, Y. S., Mayer, D., Yen, Y. F., Hurd, R. E., Spielman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+fast+spiral+chemical+shift+imaging+using+least+squares+reconstruction%3A+application+for+hyperpolarized+%2813%29C+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Optimization of fast spiral chemical shift imaging using least squares reconstruction: application for hyperpolarized (13)C metabolic imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 58, 245-252 (2007).</li>
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<li>Patrick, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+transgene+expression+using+hyperpolarized+13C+urea+and+diffusion-weighted+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Detection of transgene expression using hyperpolarized 13C urea and diffusion-weighted magnetic resonance spectroscopy.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 73, 1401-1406 (2015).</li>
</ol>

Die Veröffentlichung dieses Video-Artikel wird von Bruker Corporation unterstützt.

Echtzeit-Bildgebung von hyperpolarisierten Metaboliten hat viele einzigartige Herausforderungen für die Sequenzdesign, Validierung und Qualitätskontrolle. Die Fähigkeit, räumlich-zeitlichen und spektralen Heterogenität zu lösen bietet erhebliche klinische Potenzial aber schließt Methoden QA und Validierung mit herkömmlichen MRI verbunden. Komplexe Bildgebungssequenzen oder Rekonstruktionsalgorithmen können subtile Abhängigkeiten haben, die sie schwierig machen, um außerhalb des Imaging-Experiments zu charakterisieren od...

Die klinischen Auswirkungen von hyperpolarisiertem Magnetresonanztomographie (MRI) von 13 C-markierten Verbindungen ist kritisch abhängig von der Fähigkeit chemischen Umwandlungsraten durch Echtzeit - Magnetresonanzspektroskopie und spektroskopische Bildgebung 1-5 zu messen. Während der Sequenz Entwicklung und Verifizierung wird dynamische chemische Umwandlung im allgemeinen in vivo oder in vitro - Modellen erreicht durch 6-9 , die begrenzte Kontrolle und Reproduzierbarkeit bietet. Für robuste Prüfung und Qualitätssicherung, eine kontrolliertere System, das die chemische Umwandlung endemisch dieser Messung bewahrt würde bevorzugt werden. Wir skizzieren eine Methode, um diese Umwandlung in reproduzierbarer Weise zu erreichen, ein dynamisches einzelnes Enzym Phantom verwendet wird. Die meisten Studien mit hyperpolarisierten 13 C - Agenten konzentrieren sich auf die Abbildung hyperpolarisiertem Substrate in einer funktionierenden biologischen Umgebung. Dies ist die offensichtliche Wahl, wenn das Ziel biologische zu studierenal-Prozesse oder Potential auf klinische Versorgung für Auswirkungen bestimmen. Wenn Charakterisierung einiger Messsystem oder Datenverarbeitungsalgorithmus jedoch erwünscht ist, haben biologische Modelle zahlreiche Nachteile wie inhärente räumliche und zeitliche Variabilität 10. Jedoch fehlt konventionellen statischen Phantome die chemische Umwandlung, die die primäre klinischem Interesse in MRI von hyperpolarisiertem Substrate antreibt, und nicht verwendet werden kann , 11 Nachweis von Umrechnungskurse oder andere dynamische Parameter zu charakterisieren. Mit System ein einzelnes Enzym wir steuerbaren und reproduzierbaren chemischen Umwandlung, so dass strenge Prüfung der dynamischen Bildgebung Strategien zur Verfügung stellen kann. Dieses System ist den Ermittlern gerichtet, die Imaging-Strategien für die hyperpolarisierten Substrate entwickeln und wünschen für den Vergleich mit alternativen Ansätzen Leistung zu charakterisieren. Wenn statische Messungen der gewünschte Endpunkt dann statisch 13 C-labled Metaboliten sind Phantome will 11 genügen. Am anderen Ende , wenn komplexere biologische Charakterisierung ist entscheidend für das Verfahren (Lieferung, Zelldichte, etc.) die tatsächlichen biologischen Modelle 12-14 benötigt werden. Dieses System ist für die Beurteilung der Abbildungsstrategien ideal, die ein quantitatives Maß der scheinbaren chemischen Umwandlungsraten zu liefern wollen.

<table><tbody><tr><td>BioSpect 7T</td><td>Bruker</td><td>BioSpec 70/30 USR</td><td>7 Tesla Präklinischer MRT-Scanner</td></tr><tr><td>HyperSense</td><td>Oxford Instruments</td><td>Hypersense DNP Polarisator</td><td>Dynamischer Kernpolarisator für MRT-Wirkstoffe</td></tr><tr><td>1-13C-Pyrvinsäure</td><td>Sigma Aldrich</td><td>677175</td><td>Carbon 13 mit dem Etikett reine Brenztraubensäure</td></tr><tr><td>Trityl</td><td>Radical GE Healthcare</td><td>OX063</td><td>Freies Radikal in der dynamischen Kernpolarisation</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S8045</td><td></td></tr><tr><td>EDTA</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E6758</td><td>Ethylendiamintetraessigsäure</td></tr><tr><td>LDH</td><td>Worthingthon</td><td>LS002755</td><td>Laktatdehydrogenase aus Kaninchenmuskel</td></tr><tr><td>NADH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N4505</td><td>&beta;-Nicotinamidadenindinukleotid, reduziertes Dikaliumsalz</td></tr><tr><td>Trizma</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T7943</td><td>Trizma Voreingestellte Quarze</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S7653</td><td></td></tr></tbody></table>

die verwendung eines mehrfach dynamische einzelner enzym-phantom für studien von hyperpolarisiertem magnetic resonance agents

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging von hyperpolarisiertem Substrate durch magnetische Resonanz zeigt große klinische Versprechen für die Bewertung der kritischen biochemischen Prozesse in Echtzeit. Aufgrund grundlegenden Einschränkungen, die durch die hyperpolarisierten Zustand, exotische Bildgebung und Rekonstruktionstechniken häufig verwendet werden, auferlegt. Ein praktisches System für die Charakterisierung von dynamischen, multispektrale Bildgebungsverfahren ist dringend erforderlich. Ein solches System muss die entsprechenden chemischen Dynamik der normalen und pathologischen Gewebe reproduzierbar rekapitulieren. Das am häufigsten verwendete Substrat bisher ist hyperpolarisiertem [1- 13 C] -pyruvate zur Beurteilung des Krebsstoffwechsels. Wir beschreiben ein Enzym-basierte Phantomsystem, das die Umwandlung von Pyruvat zu Lactat vermittelt. Die Reaktion wird durch Injektion des hyperpolarisierten Mittel in mehrere Kammern innerhalb des Phantom eingeleitet enthält, von denen jede Konzentrationen von Reagenzien unterschiedlicher dass die Reaktionsgeschwindigkeit steuern. Mehrere Kompartimente sind notwendig, um sicherzustellen, dass imaGing Sequenzen, die die räumliche und metabolische Heterogenität der Gewebe treu zu erfassen. Dieses System wird die Entwicklung und Validierung von Advanced Imaging - Strategien helfen , die durch chemische dynamischen Entwicklungen, die sich von herkömmlichen Phantome nicht verfügbar sind, sowie die Kontrolle und Reproduzierbarkeit , die nicht möglich , in vivo ist.

Scheibe selektive 2D-Bilder wurden mit einem Schnappschuss radEPSI Sequenz aufgenommen. Metabolit Bilder wurden mit gefilterten Rückprojektion rekonstruiert. Der Metabolit Bilder wurden auch mit Protonenbildern ausgerichtet, wie in 2 zu sehen ist . In diesem System Lactat Signal hyperpolarisiert kann nur aus der enzymatischen Umwandlung von hyperpolarisiertem Pyruvat erzeugt werden. In 4 ist die untere Kammer, wobei höhere LDH - Konzentration, hat eine s...

Ein dynamisches Phantom mit mehreren Kompartimenten wird verwendet, um einige biologische Aspekte zu simulieren, die für Stoffwechselstudien mit hyperpolarisierten Magnetresonanzmitteln von Interesse sind.

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

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Umwandlung von hyperpolarisiertem Pyruvat zu Lactat mittels Magnetresonanztomographie oder MRI in einer kontrollierten Phantomumgebung zu messen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der hyperpolarisierten MRI zu beantworten, beispielsweise die Fähigkeit eines Systems, die chemische Umwandlung von Pyruvat mittels Magnetresonanz nachzuweisen. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass die chemische Umwandlung von Pyruvat ähnlich wie der Stoffwechsel in vivo abläuft, jedoch besser kontrollierbar und reproduzierbar ist als in lebenden Systemen.Die Implikationen dieser Technik reichen bis zur Diagnose von Krebserkrankungen, da die in den meisten Krebsarten verbreitete erhöhte Umwandlung von Pyruvat zu Lactat durch das Phantommodell simuliert wird. Obwohl diese Methode Einblicke in die Krebsforschung ermöglicht, kann sie auch auf andere metabolische Bildgebungsverfahren, wie beispielsweise die Untersuchung des Herzstoffwechsels, angewendet werden. Im Allgemeinen könnten Anwender, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten haben, da die zeitlichen Beschränkungen, die hyperpolarisierten Medien inhärent sind, sehr kurz sind.Die visuelle Demonstration dieser Methode ist entscheidend, da die Schritte zum Auflösen und Ausstoßen schwer zu erlernen sind, weil sie schnell erfolgen und präzise durchgeführt werden müssen. Geben Sie in einem Probengefäß für ein System zur dynamischen nuklearen Polarisation oder DNP-System 0,3 Mikroliter der Gadoteridol-Lösung und 13 Milligramm der Pyrrolsäure-Lösung pipettieren. Rühren Sie dieses Gemisch kurz im Probengefäß mit einer Pipettenspitze um.Beginnen Sie den Probeneinsetzvorgang, indem Sie auf der Konsole des DNP-Systems die Schaltfläche „Probe einsetzen“ klicken. Wählen Sie im Assistenten für die Probe die Option „normale Probe“ aus und klicken Sie auf „Weiter“. Halten Sie die Probenschale senkrecht und setzen Sie vorsichtig den Einführstab auf die Oberseite der Probenschale auf.Wenn dazu aufgefordert, öffnen Sie das DNP-System und geben Sie die Probe in den Einsatz für variable Temperaturen mithilfe der Einführstange ein. Ziehen Sie am Kolben am Ende der Probeneinführstange, um die Probe im Einsatz für variable Temperaturen freizugeben. Entfernen Sie die Probeneinführstange aus dem System und klicken Sie auf dem DNP-System-Display auf den nächsten Button.Dann starten Sie die Polarisation, indem Sie im DNP-Systemkonsolen die Schaltfläche „Probe polarisieren“ anklicken. Geben Sie in der RINMR-Software HYPERSENSENMR zur Polarisationsüberwachungssoftware ein. Stellen Sie die Aufbaukonfiguration auf eins ein und drücken Sie die Eingabetaste.Klicken Sie dann auf „Solid Build Up“. Nachdem Sie den Speicherort und den Namen der Datei festgelegt haben, wählen Sie im Dropdown-Tab auf der DNP-Systemkonsole das Profil für Kohlenstoff-13 aus. Klicken Sie auf Weiter.Aktivieren Sie das Kästchen, um die Probenahme während des Aufbaus zu ermöglichen. Stellen Sie die Probennahmezeit auf 300 Sekunden ein und klicken Sie auf „Fertig stellen“. Messen Sie abschließend 3,85 Gramm des Lösungsmediums entweder volumetrisch mit einer Fünf-Milliliter-Spritze oder gewichtsmäßig mithilfe einer Waage ab.Platzieren Sie den Phantom in der Mitte des Magneten, sodass leichter Zugang zu den Injektionsleitungen besteht. Stellen Sie sicher, dass ein Behälter vorhanden ist, um die Flüssigkeit aufzufangen, die über die Abluftleitung entweicht. Bereiten Sie die hochaktive Enzymmischung vor, indem Sie 240 µL NADH-Lösung, 125 µL LDH-Lösung und 335 µL Puffer miteinander vermischen.Halten Sie die Lösung in einer Drei-Milliliter-Spritze bereit, die an die Injektionsleitung angeschlossen werden kann. Bereiten Sie anschließend die enzymatische Mischung mit geringer Aktivität vor, indem Sie 240 Mikroliter NADH-Lösung, 75 Mikroliter LDH-Lösung und 385 Mikroliter Puffer miteinander vermischen. Halten Sie diese Mischung in einer separaten Drei-Milliliter-Spritze bereit, die an die Injektionsleitung angeschlossen werden kann.Zur Durchführung der initialen Positionierung laden Sie eine neue Lokalisierungsaufnahme. Bewegen Sie die Protonenspule durch Auswahl von Acq/Reco. Zeigen Sie die Anzeige an und öffnen Sie die Justierplattform.Wählen Sie auf dem Einstellfeld Wobble Adjust aus und klicken Sie auf Öffnen. 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.Bewegen Sie die Kohlenstoffspule, indem Sie das Spulenelement auf 13C oder Element zwei umstellen und die Sweep-Weite auf fünf Megahertz einstellen. Nach einem Moment sollten die Abstimmung und Anpassung der Kohlenstoffspule im Erfassungsfenster erscheinen; wenn sie korrekt abgestimmt ist, drücken Sie „Stop“. Um zur Scan-Steuerung zurückzukehren, drücken Sie „Übernehmen“, dann „Zurück“ und schließlich „Weiter“, um den Scan zu starten.Es ist entscheidend, dass der Scan in diesem Schritt vollständig eingerichtet ist, bevor die Auflösung beginnt. Nach Beginn der Auflösung sollte diese nicht gestoppt werden, und es bleibt kaum Zeit, die Sequenzparameter anzupassen, bevor das hyperpolarisierte Pyruvat verabreicht wird. Laden Sie einen neuen Radio-Echo-Planare-Spektroskopie-Bildgebungs-Scan.Stellen Sie die Schichtdicke auf 30 Millimeter ein, um die gesamte Reaktionskammer abzudecken. Wählen Sie den Betriebsmodus Kohlenstoff-13, indem Sie den System-Tab auswählen und den Betriebsmodus auf 13C Sende-Empfang umstellen. Sobald die Pyruvatlösung eine Polarisation von mehr als 90 % erreicht hat, sind die Lösungen und der Phantom bereit, und die Aufnahme ist konfiguriert.Klicken Sie auf der DNP-Systemkonsole auf die Schaltfläche „Dissolution starten“. Wenn dazu aufgefordert, bringen Sie den Dissolutionsstab in seine Betriebsposition und injizieren Sie das Dissolutionsmedium. Schließen Sie das DNP-System und klicken Sie auf der DNP-Systemkonsole auf die Schaltfläche „Fertig“.Es ist wichtig, dass die Injektion von Pyruvat und Enzym gleichmäßig erfolgt. Dies gewährleistet, dass die Enzymmischung ordnungsgemäß vermischt wird und in die Phantomkammer gelangt, bevor die chemische Umwandlung abgeschlossen ist. Wenn das DNP-System das hyperpolarisierte Pyruvat liefert, werden jeweils 500 Mikroliter der Pyruvatlösung in die Spritzen mit hoher und niedriger Enzymkonzentration aspiriert.Injizieren Sie jede Spritze langsam in eine Injektionsleitung. Die Aufnahme kann je nach verwendeten Scan-Protokoll vor oder unmittelbar nach der Injektion gestartet werden. Nach Abschluss der Auflösung bewegen Sie den Lösungsstab auf Aufforderung in die Ruheposition zurück und klicken Sie anschließend auf „Fertig“.Hier sind repräsentative Ergebnisse einer radioecho-planaren spektralen Bildgebungssequenz dargestellt. Das Pyruvat-Bild zeigt das starke Pyruvat-Signal in beiden Kammern. Das Lactat-Bild zeigt ein schwächeres Lactat-Signal, ist jedoch weiterhin auf die Kammern lokalisiert.Das Signalverhältnis von hyperpolarisiertem Lactat und Pyruvat kann verwendet werden, um die Enzymaktivität in jeder Kammer zu schätzen. Die Signalverhältnisse in jeder Kammer entsprechen der vorhandenen Enzymaktivität. Sobald die Technik beherrscht ist, kann sie innerhalb einer Stunde durchgeführt werden.Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, dass die Phantommischung und die Bildgebungssequenz vor Beginn des Auflösungsprozesses bereitstehen müssen. Mit dieser Methode können auch andere hyperpolarisierte Agentien und Enzyme verwendet werden, um weitere Fragen zu beantworten, beispielsweise wie gut eine Sequenz andere chemische Reaktionen abbilden kann. Diese Technik eröffnet Forschern auf dem Gebiet der hyperpolarisierten MRT die Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit von Sequenzen mithilfe reproduzierbarer Phantome zu untersuchen.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man eine Enzymmischung herstellt, um die Umwandlung von hyperpolarisiertem Pyruvat in Lactat zu ermöglichen, und wie man Kohlenstoff-13-angereichertes Pyruvat zur Bildgebung polarisiert. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit starken Magnetfeldern äußerst gefährlich sein kann, und ergreifen Sie stets Vorsichtsmaßnahmen wie einen kontrollierten Zugang zum Untersuchungsraum.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

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Neuromuskuläre Erkrankungen weisen oft ein zeitlich variierenden, räumlich heterogen und vielschichtige Pathologie. Das Ziel des Protokolls ist es, diese Pathologie unter Verwendung von nicht-invasive Magnetresonanzbildgebungsverfahren zu charakterisieren.

Quantitative Magnetresonanztomographie von Skelettmuskelerkrankung

Die Empfindlichkeitssteigerung durch die auflösungsdynamische Kernpolarisation (DNP) ermöglicht es, Stoffwechselprozesse in Echtzeit mittels NMR und MRT zu verfolgen. Die Eigenschaften und Leistungen eines dedizierten Dissolution-DNP-Setups, das für die Untersuchung enzymatischer Reaktionen entwickelt wurde, werden diskutiert.

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Wir präsentieren ein Protokoll zur Messung der Magnetfeldabhängigkeit der Spin-Gitter-Entspannungszeit von 13C-angereicherten Verbindungen, die mittels dynamischer kernatischer Polarisation mit schneller feldzyklusweiseer Entspannungsometrie hyperpolarisiert werden. Insbesondere haben wir dies mit [1-13C]pyruvat nachgewiesen, aber das Protokoll könnte auf andere hyperpolarisierte Substrate ausgedehnt werden.

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Wir beschreiben einen Versuchsaufbau zur Verabreichung von hyperpolarisierten 13C-markierten Metaboliten im kontinuierlichen Perfusionsmodus an ein isoliertes perfundiertes Mausherz. Ein spezieller 13-C-NMR-Erfassungsansatz ermöglichte die Quantifizierung der metabolischen Enzymaktivität in Echtzeit, und eine multiparametrische 31-P-NMR-Analyseermöglichte die Bestimmung des ATP-Gehalts und des pH-Werts des Gewebes.

Untersuchung des kardialen Stoffwechsels im isolierten perfundierten Mausherz mit hyperpolarisierter [1-13 C]Pyruvat- und 13C/31P-NMR-Spektroskopie

Hier stellen wir ein Protokoll zur Gewinnung hochwertiger hyperpolarisierter Xenon-129-Magnetresonanzbilder vor, das Hardware, Software, Datenerfassung, Sequenzauswahl, Datenmanagement, k-Raumnutzung und Rauschanalyse umfasst.

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Dieses Protokoll integriert ein speziell angefertigtes Bioreaktorsystem mit hyperpolarisierter ¹³C-NMR-Spektroskopie zur Messung des Pyruvatstoffwechsels in lebenden Zellen in Echtzeit und verbessert so die Reproduzierbarkeit und kinetische Genauigkeit für Stoffwechselstudien und Wirkstoffscreening-Anwendungen.

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