Name: El uso de un de varios compartimentos dinámico sola enzima fantasma de Estudios de hiperpolarizados Agentes de Resonancia Magnética (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: Aprende a medir la conversión de piruvato hiperpolarizado a lactato mediante resonancia magnética en un entorno fantasma controlado. Esta técnica permite estudiar procesos metabólicos relevantes para el diagnóstico del cáncer.

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Este trabajo fue apoyado por el subsidio CPRIT (RP140021-P5) y un premio Julia Jones Investigación del Cáncer Matthews Académico CPRIT formación en investigación (RP140106, CMW).

NOTA: (Phantom Diseño) Dos cámaras de 3 ml fueron mecanizadas de Ultem y equipados con tubo de PEEK (1,5875 mm de diámetro exterior y 0,762 mm de diámetro) para inyección y escape. Las cámaras se colocan en un tubo de centrífuga de 50 ml llena de agua (Figura 1). Para evitar vacíos de señal creados por las burbujas, las cámaras y las líneas fueron precargada con agua desionizada (dH2O). 1. Preparación de la solución <ol><li> Preparar la solución tampón 1 L (81,3 mM Tris pH 7,6, NaCl 203,3 mM). Pesar 11,38 g de cristales de Trizma preestablecidos pH 7,6 y 11,88 g de NaCl y se disuelven en 1 l de dH2O </li><li> Preparar la solución de 50 mM de NADH. Pesar 17,8 mg de la sal de dipotasio β-nicotinamida adenina dinucleótido (NADH), reducida y disolver en 280 l de la solución tampón que se preparó en el paso uno. </li><li> Preparar 250 solución U / ml de enzima. Pesar 78,75 unidades de actividad de lactato deshidrogenasa (LDH) y disolver en 315 l de tampón de sTEP uno. </li><li> Preparar la mezcla de ácido pirúvico. Pesar 21,4 mg Ox063 radical tritilo y se disuelven en 1,26 g (~ 1 ml) [1- 13 C] de ácido pirúvico. </li><li> Preparar medios de disolución (40 mM Tris pH 7,6, NaOH 40 mM, EDTA 0,27 mM y NaCl 50 mM). Pesar 5,96 g de Trizma cristales preestablecidos pH 7,6, 1,6 g de NaOH, 0,1 g de ácido etilendiaminotetraacético deshidratado sal disódica (EDTA) y 2,9 g de NaCl y se disuelven en 1 L de dH 2 O. </li><li> Preparar 1:10 solución gadoteridol (50 mM). Mezclar 1 l de gadoteridol en 9 l de dH2O Preparación de 8 M [13 C] urea. Pesar 1,465 5 [13C] urea y se disuelven en 3 ml de dH2O </li></ol> 2. Preparación de piruvato hiperpolarizado <ol><li> En una copa de muestra para un sistema dinámico Nuclear de polarización (DNP), pipeta 0,3 l de la solución gadoteridol y 13 mg (~ 10 l) de la solución de ácido pirúvico. </li><li> Brevemente agitar esta mezcla en el vaso de muestra con la punta de la pipeta. &lt;/ Li&gt; <li> Insertar la muestra en el sistema de DNP. <ol><li> Asegúrese de que la puerta para el sistema de DNP está cerrada. Comience el proceso de inserción de muestra haciendo clic en el botón de muestra de inserción en la consola del sistema DNP. En el asistente muestra selecta muestra normal y pulse siguiente. </li><li> Mantener la copa de muestra vertical, coloque suavemente la varilla de inserción sobre la parte superior de la copa de muestra. Cuando se le solicite, abra el sistema DNP e insertar la copa en el inserto de temperatura variable (IVT), utilizando la varilla de inserción. </li><li> Tire del émbolo en el extremo de la varilla de inserción de la muestra para liberar la muestra en el índice de temperatura variable. Retire la varilla de inserción de muestra del sistema y haga clic en el siguiente botón de la consola del sistema DNP. </li></ol></li><li> Iniciar la polarización. <ol><li> Haga clic en el botón de inicio de polarización en la consola del sistema DNP. En el RINMR tipo de software .HYPERSENSENMR para poner en marcha un software de control de polarización. Establecer la acumulación de configuración a 1 y pulse Enter. A continuación, haga clic en construcción sólida up. </li><li> Establecer la ubicación y el nombre del archivo de salvar. Seleccione el perfil para el 13-C en la pestaña desplegable en la consola del sistema DNP abajo y haga clic en siguiente. Marque la casilla para degustar durante la preparación, establecer el tiempo de la muestra a 300 segundos y haga clic en Finalizar. </li></ol></li><li> Medir 3,85 g (~ 4 ml) de los medios de disolución ya sea por volumen con una jeringa de 5 ml o en peso utilizando una escala. </li></ol> 3. Preparación de la enzima Phantom <ol><li> Llenar un tubo de microcentrífuga con ~ 3 ml de solución de urea [13C] y lo coloca en el tubo de centrífuga de 50 ml. Llenar el tubo de centrífuga de 50 ml con dH2O </li><li> Pre-llenar las dos cámaras de la enzima y las líneas con dH 2 O mediante la inyección de ~ 3 ml dH 2 O en las líneas de inyección del fantasma, teniendo cuidado de eliminar cualquier burbuja de formados. </li><li> Coloque el fantasma en el centro del imán con fácil acceso a las líneas de inyección. Asegúrese de que hay algún recipiente para recoger el líquido que va a ventilar en t<html> que la línea de escape. </li><li> Preparar la mezcla de enzimas de alta actividad (mM NADH 17.14, 44.57 U / ml LDH). Mezclar 240 l solución de NADH, solución de LDH 125 ly 335 l de tampón y mantenerse en una jeringa de 3 ml que se puede conectar a la línea de inyección. NOTA: una vez en combinación con los 500 l de piruvato 40 mM del sistema de DNP, el volumen fantasma final será de 1,2 ml con concentraciones de piruvato 16,7 mM, NADH 10, y 26 U / L LDH en una solución tris tamponada con pH ~ 7.5. </li><li> Preparar la mezcla de enzimas baja actividad (17,14 mM NADH 26.79 U / ml LDH) Mezclar 240 l solución de NADH, solución de LDH 75 ly 385 l de tampón y guardar en un separada jeringa de 3 ml que se puede conectar a la línea de inyección. NOTA: una vez en combinación con los 500 l de piruvato 40 mM del sistema DNP el volumen fantasma final será de 1,2 ml con concentraciones de piruvato mM 16,7 mM, NADH 10, y 15.625 U / L LDH en una solución tris tamponada con pH ~ 7,5 . </li></ol>jove_title &quot;&gt; 4. Ejecutar cualquier Garantía de Calidad (QA) y escaneos de posicionamiento <ol><li> posicionamiento inicial. <ol><li> Cargar una nueva búsqueda de posicionamiento flash en modo de operación [1H] modo de volumen TX / RX. Cambiar creados dimensiones a 2: Herramienta de control Espectrómetro -&gt; Editar GS -&gt; Configuración - Dimensiones&gt; 2. Pulse SGP sobre el control del espectrómetro y mover fantasma hasta centrada en el imán. Presione STOP y luego pulse GOP sobre el control del espectrómetro. </li></ol></li><li> Scan piloto. <ol><li> Cargar una nueva búsqueda de posicionamiento TriPiolt en el modo de operación [1H] modo de volumen TX / RX. Posición de la rebanada: Scan Control -&gt; División Herramientas-&gt; mover las rebanadas (mantenga M pulsación de la tecla y arrastre; Seleccionar sector para moverse con el deslizador paquete rebanada). </li><li> Bobina bamboleo 1H: Herramienta Espectrómetro de control -&gt; Acq -&gt; bamboleo. Tune y el partido 1 bobina H detrás del imán y pulse STOP. Mientras mantiene la tecla de mayúsculas pulse el semáforo de la ventana de control de análisis. </li></ol></li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. Configuración radial eco planar de exploración de imágenes espectrales <ol><li> Cargar una imagen espectroscópica ecoplanares nueva radial (radEPSI) escanear en modo de funcionamiento [13C] modo de volumen TX / RX. Posición de la rebanada: Herramienta de la rebanada en el control de exploración y mover las rebanadas (M sostienen clic y arrastre clave; Seleccionar sector para moverse con el deslizador paquete rebanada). </li><li> Wobble 13 C bobina haciendo clic en la herramienta de control Espectrómetro -&gt; Acq -&gt; bamboleo. Ajuste la ganancia del receptor a 1.000-2.000 en el espectrómetro. </li><li> Realizar la comprobación final del sistema. Dependiendo de la secuencia, observar la señal de carbono 13 de la cámara de urea en un protocolo de explorador. NOTA: Esto asegura que el sistema está configurado correctamente antes de comenzar el proceso de disolución irreversible. </li></ol> 6. Ejecutar Disolución <ol><li> Cuando el piruvato ha alcanzado&gt; 90% de polarización (~ 1 h), las soluciones y fantasma están listos, y la exploración está configurado haga clic en el botón de ejecución de disolución en el sy DNPtallo consola. </li><li> Cuando se le solicite mover el palo de la disolución en su posición de trabajo e inyectar medios de disolución. Cierre el sistema DNP y haga clic en el botón terminada en la consola del sistema DNP. Mueva palo de la disolución de nuevo a su posición de reposo cuando se le pida a continuación, haga clic en Finalizar. </li><li> Cuando el sistema DNP ofrece la piruvato hiperpolarizado (~ 2 minutos después de comenzar la calefacción) retirar 500 l de la solución de piruvato en cada una de las jeringas de soluciones de alta y baja concentración de la enzima. Lentamente (~ 10 seg) inyectar cada jeringa en una línea de inyección. NOTA: El análisis podría haberse iniciado antes de la inyección o en cualquier momento hasta 3 min después de la inyección en función del protocolo de análisis utilizado. </li></ol> Procesamiento 7. Imagen NOTA: Este fantasma fue diseñado para su uso con muchas estrategias de imagen. Véase la Figura 2, como un ejemplo de cómo las imágenes rad-EPSI se procesaron utilizando Matlab. <ol><li> Cargar los datos en bruto a partir del archivo FID. reshape los datos para que coincida con el número de proyecciones, dio lectura a los puntos, ecos y dar cuenta de los datos almacenados como pares reales e imaginarios. Separar los puntos de eco pares e impares. </li><li> Transformada de Fourier, ya sea los ecos pares o impares a lo largo de las dimensiones de eco. identificar visualmente las bandas de frecuencias para piruvato y lactato. Por simplicidad se utilizó el valor absoluto del espectro. </li><li> Separar cada banda metabolito y la transformada de Fourier largo de la dirección de codificación de frecuencia para producir sinogrammes aislados para cada metabolito. radón transformada inversa de los sinogrammes separadas para producir una imagen de cualquiera de lactato o piruvato. </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>
<li>Cunningham, C. H., Dominguez Viqueira, W., Hurd, R. E., Chen, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+correction+method+for+improved+spatial+correlation+of+hyperpolarized+13C+metabolites+and+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+biomedicine%22%5BJournal%5D)">Frequency correction method for improved spatial correlation of hyperpolarized 13C metabolites and anatomy.</a> NMR in biomedicine. 27, 212-218 (2014).</li>
<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>
<li>von Morze, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+multiagent+hyperpolarized+%2813%29C+perfusion+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)">Simultaneous multiagent hyperpolarized (13)C perfusion imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 72, 1599-1609 (2014).</li>
<li>Sogaard, L. V., Schilling, F., Janich, M. A., Menzel, M. I., Ardenkjaer-Larsen, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+measurement+of+apparent+diffusion+coefficients+of+hyperpolarized+%281%29%283%29C-labeled+metabolites%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+biomedicine%22%5BJournal%5D)">In vivo measurement of apparent diffusion coefficients of hyperpolarized (1)(3)C-labeled metabolites.</a> NMR in biomedicine. 27, 561-569 (2014).</li>
<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>

La publicación de este video-artículo es apoyado por la corporación de Bruker.

formación de imágenes en tiempo real de los metabolitos hiperpolarizados tiene muchos desafíos únicos para el diseño de secuencias, validación y control de calidad. La capacidad para resolver la heterogeneidad espacio-temporal y espectral ofrece un potencial clínico sustancial, pero se opone a control de calidad y validación de métodos asociados con la RM convencional. las secuencias de imágenes complejas o algoritmos de reconstrucción pueden tener dependencias sutiles que las hacen difíciles de caracterizar o validan f...

El impacto clínico de la resonancia magnética hiperpolarizado (IRM) de 13 compuestos marcados-C es críticamente dependiente de su capacidad para medir las tasas de conversión química a través del tiempo real de la espectroscopia de resonancia magnética y espectroscopia de imagen 1-5. Durante el desarrollo de la secuencia y de verificación, la conversión dinámica química se consigue generalmente a través de in vivo o en modelos in vitro de 6-9 que ofrecen un control limitado y reproducibilidad. Para la prueba robusta y garantía de calidad, se prefiere un sistema más controlado que preserva la conversión química endémica de esta medición. Describimos un método para lograr esta conversión de manera reproducible usando un fantasma dinámica sola enzima. La mayoría de los estudios con 13 agentes de C hiperpolarizados se centran en la obtención de imágenes sustratos hiperpolarizados en un entorno biológico de funcionar. Esta es la opción obvia si el objetivo es el estudio biológicoAl procesa o determinar el potencial de impacto en la atención clínica. Sin embargo, si se desea caracterización de algún sistema de medición o de datos algoritmo de procesamiento, los modelos biológicos tienen numerosos inconvenientes tales como la variabilidad espacial y temporal inherente 10. Sin embargo, fantasmas estáticos convencionales carecen de la conversión química que impulsa el interés clínico primario en MRI de sustratos hiperpolarizados, y no se pueden utilizar para caracterizar la detección de tipos de conversión o de otros parámetros dinámicos 11. El uso de un sistema enzimático único que podemos proporcionar conversión química controlable y reproducible, lo que permite un examen riguroso de las estrategias de formación de imágenes dinámicas. Este sistema está dirigido a los investigadores que están desarrollando estrategias de imagen para sustratos hiperpolarizados y desean para caracterizar el rendimiento de comparación con enfoques alternativos. Si las mediciones estáticas son el punto final deseado y estática 13 metabolito C-labled fantasmas will suficiente 11. En el otro extremo, si caracterización biológica más compleja es crítica para el método (entrega, la densidad celular, etc.), entonces se necesitan modelos biológicos reales 12-14. Este sistema es ideal para la evaluación de estrategias de imagen que tienen como objetivo proporcionar una medida cuantitativa de las tasas de conversión química aparentes.

<table><tbody><tr><td>BioSpect 7T</td><td>Bruker</td><td>BioSpec 70/30 USR</td><td>7 Tesla Escáner de resonancia magnética preclínica</td></tr><tr><td>HyperSense</td><td>Oxford Instruments</td><td>Polarizador Hypersense DNP</td><td>Polarizador nuclear dinámico para agentes de resonancia magnética</td></tr><tr><td>1-13C-Ácido pírvico</td><td>Sigma Aldrich</td><td>677175</td><td>Carbono 13 Labled Ácido pirúvico</td></tr><tr><td>puro Trityl Radical</td><td>GE Healthcare</td><td>OX063</td><td>Radical libre utilizado en la polarización nuclear dinámica</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>Ácido etilendiaminotetraacético</td></tr><tr><td>LDH</td><td>Worthingthon</td><td>LS002755</td><td>Lactato deshidrogenasa del músculo de conejo</td></tr><tr><td>NADH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N4505</td><td>&beta;-nicotinamida adenina dinucleótido, sal dipotásica reducida</td></tr><tr><td>Trizma</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T7943</td><td>Trizma Cristales preengastados</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S7653</td><td></td></tr></tbody></table>

el uso de un de varios compartimentos dinámico sola enzima fantasma de estudios de hiperpolarizados agentes de resonancia magnética

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

Imaging de sustratos hiperpolarizados por resonancia magnética muestra una gran promesa clínica para la evaluación de los procesos bioquímicos críticos en tiempo real. Debido a las limitaciones fundamentales impuestas por el estado hiperpolarizado, se utilizan comúnmente las técnicas de imagen y de reconstrucción exóticos. Se necesita con urgencia un sistema práctico para la caracterización de los métodos de imagen, multiespectrales dinámicas. Dicho sistema deberá referirse de forma reproducible la dinámica químicos correspondientes de los tejidos normales y patológicos. El sustrato más ampliamente utilizado hasta la fecha se hiperpolarizado [1- 13 C] piruvato para la evaluación del metabolismo del cáncer. Se describe un sistema de espectro a base de enzimas que media la conversión de piruvato a lactato. La reacción se inicia por la inyección del agente hiperpolarizado en múltiples cámaras dentro del fantasma, cada uno de los cuales contiene concentraciones de los reactivos que controlan la velocidad de reacción que varían. Múltiples compartimentos son necesarios para asegurar que imasecuencias ging fielmente capturar la heterogeneidad espacial y metabólica de los tejidos. Este sistema ayudará al desarrollo y la validación de estrategias avanzadas de imagen, proporcionando dinámica química que no están disponibles a partir de fantasmas convencionales, así como el control y la reproducibilidad de que no es posible en vivo.

imágenes 2D rebanada selectivos fueron adquiridos utilizando una secuencia de instantáneas radEPSI. imágenes de metabolitos fueron reconstruidas usando retroproyección filtrada. Las imágenes de metabolitos estaban bien alineados con las imágenes de protones, como se ve en la Figura 2. En esta señal de lactato hiperpolarizado sistema sólo puede ser generado a partir de la conversión enzimática de piruvato hiperpolarizado. En la Figura 4, la cámara inferio...

Un maniquí dinámico multicompartimiento se utiliza para simular alguna biología de interés para estudios metabólicos utilizando agentes de resonancia magnética hiperpolarizados.

El uso de un de varios compartimentos dinámico sola enzima fantasma de Estudios de hiperpolarizados Agentes de Resonancia Magnética

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

El objetivo general de este procedimiento es medir la conversión de piruvato hiperpolarizado en lactato mediante imágenes por resonancia magnética o MRI en un entorno de fantasma controlado. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la MRI hiperpolarizada, como la capacidad de un sistema para detectar la conversión química del piruvato mediante resonancia magnética. La principal ventaja de esta técnica es que la conversión química del piruvato ocurre de manera similar al metabolismo in vivo, pero es más controlable y repetible que en sistemas vivos.Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia el diagnóstico del cáncer porque el entorno simulado reproduce la conversión elevada de piruvato a lactato común en la mayoría de los cánceres. Aunque este método puede proporcionar información sobre el cáncer, también puede aplicarse a otras imágenes metabólicas, como el metabolismo cardíaco. En general, las personas nuevas en este método pueden tener dificultades porque las limitaciones de tiempo inherentes a los medios hiperpolarizados son breves.La demostración visual de este método es fundamental, ya que los pasos de disolución y eyección son difíciles de aprender porque deben ocurrir rápidamente y deben realizarse con precisión. En un vaso de muestra para un sistema de polarización nuclear dinámica o DNP, pipetee 0,3 microlitros de la solución de gadoteridol y 13 miligramos de la solución de ácido pirúvico. Agite brevemente esta mezcla en el vaso de muestra con la punta de una pipeta.Comience el proceso de inserción de la muestra haciendo clic en el botón de inserción de muestra en la consola del sistema DNP. En el asistente de muestra, seleccione muestra normal y haga clic en siguiente. Manteniendo la copa de muestra en posición vertical, coloque suavemente la varilla de inserción sobre la parte superior de la copa de muestra.Cuando se le indique, abra el sistema DNP e inserte el vial en el inserto de temperatura variable utilizando la varilla de inserción. Tire del émbolo situado al final de la varilla de inserción de la muestra para liberar la muestra en el inserto de temperatura variable. Retire la varilla de inserción de la muestra del sistema y haga clic en el botón siguiente en la consola del sistema DNP.Luego inicie la polarización haciendo clic en el botón polarizar muestra en la consola del sistema DNP. En el software RINMR, escriba HYPERSENSENMR para acceder al software de monitoreo de polarización. Configure la configuración de acumulación en uno y presione enter.Luego, haga clic en acumulación sólida. Después de establecer la ubicación y el nombre del archivo de guardado, seleccione el perfil para carbono 13 en la pestaña desplegable de la consola del sistema DNP. Haga clic en siguiente.Marque la casilla para habilitar el muestreo durante la acumulación. Establezca el tiempo de muestreo en 300 segundos y haga clic en finalizar. Finalmente, mida 3.85 gramos del medio de disolución, ya sea por volumen con una jeringa de cinco mililitros o por peso utilizando una balanza.Coloque el fantasma en el centro del imán con fácil acceso a las líneas de inyección. Asegúrese de tener un recipiente para recoger el líquido que saldrá por la línea de escape. Prepare la mezcla de enzima de alta actividad mezclando 240 micro-litros de solución de NADH, 125 micro-litros de solución de LDH y 335 micro-litros de tampón.Mantenga la solución en una jeringa de tres mililitros que pueda conectarse a la línea de inyección. Luego, prepare la mezcla de enzima de baja actividad mezclando 240 microlitros de solución de NADH, 75 microlitros de solución de LDH y 385 microlitros de tampón. Mantenga esta mezcla en una jeringa separada de tres mililitros que pueda conectarse a la línea de inyección.Para realizar la colocación inicial, cargue un nuevo escaneo localizador. Mueva ligeramente la bobina de protones seleccionando Adq/Rec. Visualice y abra la plataforma de ajuste.En el panel de ajuste, seleccione Ajuste de oscilación y haga clic en Abrir. Establezca el ancho de barrido en diez megahercios y haga clic en configurar. Después de un momento, la sintonización y adaptación de los campos magnéticos de los protones debería aparecer en la ventana de adquisición.Mueva el bobinado de carbono cambiando el elemento del bobinado a 13C o elemento dos y ajustando el ancho de barrido a cinco megahercios. Después de un momento, el ajuste de sintonización y adaptación del bobinado de carbonos debería aparecer en la ventana de adquisición y, si está sintonizado correctamente, pulse detener. Para regresar al control de escaneo, pulse aplicar, luego atrás y finalmente pulse continuar para iniciar el escaneo.Es fundamental que el escaneo en este paso esté completamente configurado antes de iniciar la disolución. Una vez iniciada la disolución, no se debe detener y habrá muy poco tiempo para ajustar los parámetros de la secuencia antes de que se entregue la piruvato hiperpolarizado. Cargue un nuevo escaneo de imagen espectroscópica por eco de radio planar.Establezca un grosor de corte de 30 milímetros para cubrir toda la cámara de reacción. Configure el modo de operación en carbono 13 seleccionando la pestaña del sistema y cambiando el modo de operación a transmisión/recepción de 13C. Una vez que la piruvato haya alcanzado una polarización mayor al 90%, las soluciones y el fantasma estarán listos y la exploración quedará configurada.Haga clic en el botón de ejecución de disolución en la consola del sistema DNP. Cuando se le indique, coloque el agitador de disolución en su posición de funcionamiento e inyecte el medio de disolución. Cierre el sistema DNP y haga clic en el botón de finalización en la consola del sistema DNP.Es importante que la inyección del piruvato y la enzima se realice de forma uniforme. Esto garantizará que la mezcla enzimática se mezcle adecuadamente y se entregue a la cámara del fantasma antes de que se complete la conversión química. Cuando el sistema DNP entrega el piruvato hiperpolarizado, aspira 500 microlitros de la solución de piruvato en cada una de las jeringas que contienen la solución con alta y baja concentración de enzima.Inyecte lentamente cada jeringa en una línea de inyección. El escaneo puede iniciarse antes o inmediatamente después de la inyección, dependiendo del protocolo de escaneo utilizado. Una vez finalizada la disolución, mueva la varilla de disolución de regreso a la posición de reposo cuando se le solicite y luego haga clic en finalizar.Se muestran aquí resultados representativos de una secuencia de imagen por resonancia magnética con eco de radio en plano espectral. La imagen de piruvato muestra una señal fuerte de piruvato en ambas cámaras. La imagen de lactato muestra una señal más débil de lactato, pero aún así está localizada en las cámaras.La relación de señales de lactato hiperpolarizado y piruvato puede utilizarse para estimar la actividad enzimática en cada cámara. Las relaciones de señales en cada cámara coinciden con la actividad enzimática presente. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en una hora.Al realizar este procedimiento, es importante recordar tener lista la mezcla del fantasma y la secuencia de imagen antes de comenzar el proceso de disolución. Siguiendo este procedimiento, se pueden utilizar otros agentes e enzimas hiperpolarizados para responder preguntas adicionales, como qué tan bien puede una secuencia visualizar otras reacciones químicas. Esta técnica allana el camino para que los investigadores en el campo de la RM hiperpolarizada exploren el rendimiento de secuencias mediante el uso de fantomas reproducibles.Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo preparar una mezcla enzimática para facilitar la conversión de piruvato hiperpolarizado en lactato y para polarizar piruvato enriquecido con carbono 13 para imágenes. No olvide que trabajar con campos magnéticos intensos puede ser extremadamente peligroso y que siempre se deben tomar precauciones, como el acceso controlado a la sala de escaneo.

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