Name: Medición de la dependencia del campo magnético de relajación Spin-Lattice de hiperpolarizado 1-13C pyruvate (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-13T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 57 s
Description: Aprende a medir la relajación spin-lattice de [1-13C]piruvato hiperpolarizado usando relaxometría de campo cíclico rápido. Este protocolo permite estimar con precisión los tiempos de relajación en campos magnéticos bajos para mejorar las técnicas de resonancia magnética.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Los autores desean agradecer al Instituto de Ontario para la Investigación del Cáncer, el Programa de Traducción de Imágenes y al Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá por financiar esta investigación. También nos gusta reconocer discusiones útiles con Albert Chen, GE Healthcare, Toronto, Canadá, Gianni Ferrante, Stelar s.r.l., Italia, y William Mander, Oxford Instruments, Reino Unido.

<ol><li>Golman, K., Zandt, R. I., Lerche, M., Pehrson, R., Ardenkjaer-Larsen, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metabolic+imaging+by+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+imaging+for+in+vivo+tumor+diagnosis%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Metabolic imaging by hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging for in vivo tumor diagnosis.</a> Cancer Research. 66 (22), 10855-10860 (2006).</li>
<li>Witney, T. H., Brindle, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+tumour+cell+metabolism+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemical+Society+Transactions%22%5BJournal%5D)">Imaging tumour cell metabolism using hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy.</a> Biochemical Society Transactions. 38 (5), 1220-1224 (2010).</li>
<li>Kurhanewicz, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+cancer+metabolism+by+imaging+hyperpolarized+nuclei%3A+prospects+for+translation+to+clinical+research%5BTitle%5D)+AND+%22Neoplasia%22%5BJournal%5D)">Analysis of cancer metabolism by imaging hyperpolarized nuclei: prospects for translation to clinical research.</a> Neoplasia. 13 (2), 81-97 (2011).</li>
<li>Golman, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiac+metabolism+measured+noninvasively+by+hyperpolarized+13C+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Cardiac metabolism measured noninvasively by hyperpolarized 13C MRI.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 59 (5), 1005-1013 (2008).</li>
<li>Golman, K., in 't Zandt, R., Thaning, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Science+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Real-time metabolic imaging.</a> Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 103 (30), 11270-11275 (2006).</li>
<li>Day, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+response+of+rat+C6+glioma+tumors+to+radiotherapy+using+hyperpolarized+%5B1-+13C%5Dpyruvate+and+13C+magnetic+resonance+spectroscopic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Detecting response of rat C6 glioma tumors to radiotherapy using hyperpolarized [1- 13C]pyruvate and 13C magnetic resonance spectroscopic imaging.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 65 (2), 557-563 (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 (7197), 940-943 (2008).</li>
<li>Wilson, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-compound+polarization+by+DNP+allows+simultaneous+assessment+of+multiple+enzymatic+activities+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">Multi-compound polarization by DNP allows simultaneous assessment of multiple enzymatic activities in vivo.</a> Journal of Magnetic Resonance. 205 (1), 141-147 (2010).</li>
<li>Gallagher, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Production+of+hyperpolarized+%5B1%2C4-13C2%5Dmalate+from+%5B1%2C4-13C2%5Dfumarate+is+a+marker+of+cell+necrosis+and+treatment+response+in+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Science+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Production of hyperpolarized [1,4-13C2]malate from [1,4-13C2]fumarate is a marker of cell necrosis and treatment response in tumors.</a> Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 106 (47), 19801-19806 (2009).</li>
<li>Chen, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility+of+using+hyperpolarized+%5B1-13C%5Dlactate+as+a+substrate+for+in+vivo+metabolic+13C+MRSI+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Feasibility of using hyperpolarized [1-13C]lactate as a substrate for in vivo metabolic 13C MRSI studies.</a> Magnetic Resonance Imaging. 26 (6), 721-726 (2008).</li>
<li>Gallagher, F. A., Kettunen, M. I., Day, S. E., Lerche, M., Brindle, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((13C+MR+spectroscopy+measurements+of+glutaminase+activity+in+human+hepatocellular+carcinoma+cells+using+hyperpolarized+13C-labeled+glutamine%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">13C MR spectroscopy measurements of glutaminase activity in human hepatocellular carcinoma cells using hyperpolarized 13C-labeled glutamine.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 60 (2), 253-257 (2008).</li>
<li>Ardenkjaer-Larsen, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increase+in+signal-to-noise+ratio+of+%3E+10%2C000+times+in+liquid-state+NMR%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Increase in signal-to-noise ratio of > 10,000 times in liquid-state NMR.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (18), 10158-10163 (2003).</li>
<li>Ishii, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+MRI+of+the+pulmonary+vasculature+and+parenchyma%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C MRI of the pulmonary vasculature and parenchyma.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 57 (3), 459-463 (2007).</li>
<li>Lau, A. Z., Chen, A. P., Cunningham, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+Bloch-Siegert+B%281%29+mapping+and+multislice+imaging+of+hyperpolarized+%281%29%283%29C+pyruvate+and+bicarbonate+in+the+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Integrated Bloch-Siegert B(1) mapping and multislice imaging of hyperpolarized (1)(3)C pyruvate and bicarbonate in the heart.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 67 (1), 62-71 (2012).</li>
<li>Lau, A. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+multislice+imaging+of+hyperpolarized+13C+pyruvate+and+bicarbonate+in+the+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Rapid multislice imaging of hyperpolarized 13C pyruvate and bicarbonate in the heart.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 64 (5), 1323-1331 (2010).</li>
<li>Golman, K., Ardenkjaer-Larsen, J. H., Petersson, J. S., Mansson, S., Leunbach, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+imaging+with+endogenous+substances%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Molecular imaging with endogenous substances.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (18), 10435-10439 (2003).</li>
<li>Johansson, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cerebral+perfusion+assessment+by+bolus+tracking+using+hyperpolarized+13C%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Cerebral perfusion assessment by bolus tracking using hyperpolarized 13C.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 51 (3), 464-472 (2004).</li>
<li>Johansson, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perfusion+assessment+with+bolus+differentiation%3A+a+technique+applicable+to+hyperpolarized+tracers%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Perfusion assessment with bolus differentiation: a technique applicable to hyperpolarized tracers.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 52 (5), 1043-1051 (2004).</li>
<li>Albers, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+lactate%2C+pyruvate%2C+and+alanine%3A+noninvasive+biomarkers+for+prostate+cancer+detection+and+grading%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C lactate, pyruvate, and alanine: noninvasive biomarkers for prostate cancer detection and grading.</a> Cancer Research. 68 (20), 8607-8615 (2008).</li>
<li>Chen, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+C-13+spectroscopic+imaging+of+the+TRAMP+mouse+at+3T-initial+experience%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized C-13 spectroscopic imaging of the TRAMP mouse at 3T-initial experience.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 58 (6), 1099-1106 (2007).</li>
<li>Lupo, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+hyperpolarized+dynamic+13C+lactate+imaging+in+a+transgenic+mouse+model+of+prostate+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Analysis of hyperpolarized dynamic 13C lactate imaging in a transgenic mouse model of prostate cancer.</a> Magnetic Resonance Imaging. 28 (2), 153-162 (2010).</li>
<li>von Morze, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+of+blood+flow+using+hyperpolarized+%5B%2813%29C%5Durea+in+preclinical+cancer+models%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Imaging of blood flow using hyperpolarized [(13)C]urea in preclinical cancer models.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 33 (3), 692-697 (2011).</li>
<li>Brindle, K. M., Bohndiek, S. E., Gallagher, F. A., Kettunen, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tumor+imaging+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Tumor imaging using hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 66 (2), 505-519 (2011).</li>
<li>Park, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+early+response+to+temozolomide+treatment+in+brain+tumors+using+hyperpolarized+13C+MR+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Detection of early response to temozolomide treatment in brain tumors using hyperpolarized 13C MR metabolic imaging.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 33 (6), 1284-1290 (2011).</li>
<li>Bohndiek, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+tumor+response+to+a+vascular+disrupting+agent+by+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Cancer+Therapeutics%22%5BJournal%5D)">Detection of tumor response to a vascular disrupting agent by hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy.</a> Molecular Cancer Therapeutics. 9 (12), 3278-3288 (2010).</li>
<li>Witney, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+treatment+response+in+a+model+of+human+breast+adenocarcinoma+using+hyperpolarised+%5B1-13C%5Dpyruvate+and+%5B1%2C4-13C2%5Dfumarate%5BTitle%5D)+AND+%22British+Journal+of+Cancer%22%5BJournal%5D)">Detecting treatment response in a model of human breast adenocarcinoma using hyperpolarised [1-13C]pyruvate and [1,4-13C2]fumarate.</a> British Journal of Cancer. 103 (9), 1400-1406 (2010).</li>
<li>Levitt, M. H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLevitt%2C+MH+%22Spin+dynamics%3A+basics+of+nuclear+magnetic+resonance%22">Spin dynamics: basics of nuclear magnetic resonance</a>. , John Wiley & Sons. (2001).</li>
<li>Mieville, P., Jannin, S., Bodenhausen, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relaxometry+of+insensitive+nuclei%3A+optimizing+dissolution+dynamic+nuclear+polarization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">Relaxometry of insensitive nuclei: optimizing dissolution dynamic nuclear polarization.</a> Journal of Magnetic Resonance. 210 (1), 137-140 (2011).</li>
<li>Redfield, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shuttling+device+for+high-resolution+measurements+of+relaxation+and+related+phenomena+in+solution+at+low+field%2C+using+a+shared+commercial+500+MHz+NMR+instrument%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Shuttling device for high-resolution measurements of relaxation and related phenomena in solution at low field, using a shared commercial 500 MHz NMR instrument.</a> Magnetic Resonance in Chemistry. 41 (10), 753-768 (2003).</li>
<li>Grosse, S., Gubaydullin, F., Scheelken, H., Vieth, H. -M., Yurkovskaya, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Field+cycling+by+fast+NMR+probe+transfer%3A+Design+and+application+in+field-dependent+CIDNP+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">Field cycling by fast NMR probe transfer: Design and application in field-dependent CIDNP experiments.</a> Applied Magnetic Resonance. 17 (2), 211-225 (1999).</li>
<li>Kimmich, R., Anoardo, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Field-cycling+NMR+relaxometry%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Nuclear+Magnetic+Resonance+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">Field-cycling NMR relaxometry.</a> Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 44 (3-4), 257-320 (2004).</li>
<li>Guðjónsdóttir, M., Belton, P., Webb, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGu%C3%B0j%C3%B3nsd%C3%B3ttir%2C+M+%22Magnetic+Resonance+in+Food+Science%3A+Challenges+in+a+Changing+World%22">Magnetic Resonance in Food Science: Challenges in a Changing World</a>. , The Royal Society of Chemistry. 65-72 (2009).</li>
<li>Anoardo, E., Galli, G., Ferrante, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast-field-cycling+NMR%3A+Applications+and+instrumentation%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">Fast-field-cycling NMR: Applications and instrumentation.</a> Applied Magnetic Resonance. 20 (3), 365-404 (2001).</li>
<li>Chattergoon, N., Martinez-Santiesteban, F., Handler, W. B., Ardenkjaer-Larsen, J. H., Scholl, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Field+dependence+of+T1+for+hyperpolarized+%5B1-13C%5Dpyruvate%5BTitle%5D)+AND+%22Contrast+Media+%26+Molecular+Imaging%22%5BJournal%5D)">Field dependence of T1 for hyperpolarized [1-13C]pyruvate.</a> Contrast Media & Molecular Imaging. 8 (1), 57-62 (2013).</li>
<li>Martínez-Santiesteban, F. M., Dang, T. P., Lim, H., Chen, A. P., Scholl, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((T1+nuclear+magnetic+relaxation+dispersion+of+hyperpolarized+sodium+and+cesium+hydrogencarbonate-13C%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+Biomedicine%22%5BJournal%5D)">T1 nuclear magnetic relaxation dispersion of hyperpolarized sodium and cesium hydrogencarbonate-13C.</a> NMR in Biomedicine. 30 (9), 3749(2017).</li>
</ol>

Los autores no tienen revelaciones.

El uso de DNP para mejorar la adquisición de señal es una solución técnica a la insuficiente señal de resonancia magnética disponible a partir de núcleos de 13C a concentraciones limitadas, como las utilizadas en inyecciones de animales, pero presenta otros desafíos experimentales. Cada medición de relajación que se muestra en la Figura 7 representa una medición de una muestra preparada de forma única porque no se puede repolarizar después de la disolución para la remedición. Esto...

Las imágenes espectroscópicas de resonancia magnética (MRSI) pueden producir mapas espaciales de metabolitos detectados por imágenes espectroscópicas, pero su uso práctico a menudo está limitado por su sensibilidad relativamente baja. Esta baja sensibilidad de los métodos de espectroscopia y imágenes por resonancia magnética in vivo se deriva del pequeño grado de magnetización nuclear alcanzable a temperaturas corporales y a las intensidades razonables del campo magnético. Sin embargo, esta limitación puede superarse mediante el uso de polarización nuclear dinámica (DNP) para mejorar en gran medida la magnetización in vitro de sustratos líquidos, que posteriormente se inyectan en la sonda in vivo metabolismo utilizando MRSI1,2 , 3 , 4. DNP es capaz de mejorar la magnetización de la mayoría de los núcleos con espín nuclear no cero y se ha utilizado para aumentar la sensibilidad IN vivo MRSI de 13compuestos enriquecidos con C como el piruvato5,6, bicarbonato 7,8, fumarato9, lactato10, glutamina11, y otros por más de cuatro órdenes de magnitud12. Sus aplicaciones incluyen imágenes de enfermedad vascular13,14,15, perfusión de órganos13,16,17,18, cáncer detección1,19,20,21,22, estadificación tumoral23,24, y cuantificación de la respuesta terapéutica2 , 6 , 23 , 24 , 25 , 26.
La relajación lenta de la celosía de giro es esencial para la detección in vivo con MRSI. Los tiempos de relajación de la celosía de giro(T1s) en el orden de decenas de segundos son posibles para núcleos con relaciones giromagnéticas bajas dentro de moléculas pequeñas en solución. Varios factores físicos influyen en la transferencia de energía entre una transición de giro nuclear y su entorno (celosía) que conduce a la relajación, incluyendo la fuerza del campo magnético, la temperatura y la conformación molecular27. La relajación dipolar se reduce en moléculas para posiciones de carbono sin protones directamente unidos, y la deuteración de los medios de disolución puede reducir aún más la relajación dipolar intermolecular. Desafortunadamente, los disolventes deuterados tienen capacidades limitadas para extender la relajación in vivo. El aumento de la relajación de los carbonilos o ácidos carboxílicos (como el piruvato) puede ocurrir a altas fortalezas del campo magnético debido a la anisotropía de cambio químico. La presencia de impurezas paramagnéticas de la trayectoria del fluido durante la disolución después de la polarización puede causar una rápida relajación y debe evitarse o eliminarse con quelantes.
Existen muy pocos datos para la relajación de 13compuestos que contienen C en campos bajos, donde la relajación de la celosía de centrifugado podría ser significativamente más rápida. Sin embargo, es importante medir T1 en campos bajos para entender la relajación durante la preparación del agente utilizado para la toma de imágenes in vivo, ya que los agentes de contraste hiperpolarizados generalmente se dispensan del aparato DNP cerca o en la tierra de la Tierra Campo. Factores físicos adicionales como la concentración de sustrato enriquecido con 13C, el pH de la solución, los tampones y la temperatura también influyen en la relajación, y por lo tanto tienen un efecto en la formulación del agente. Todos estos factores son esenciales en la determinación de parámetros clave en la optimización del proceso de disolución dNP, y el cálculo de la magnitud de la pérdida de señal que se produce en el transporte de la muestra desde el aparato DNP al imán de imagen.
Las mediciones de dispersión de resonancia magnética nuclear (NMRD), es decir, las mediciones T1, en función del campo magnético, normalmente se adquieren utilizando un espectrómetro de RMN. Para adquirir estas mediciones, se podría utilizar un método de cierre donde la muestra se lanza por primera vez fuera del espectrómetro para relajarse en algún campo determinado por su posición en el campo marginal del imán28,29,30 y luego se transfirió rápidamente de nuevo al imán de RMN para medir su magnetización restante. Al repetir este proceso en el mismo punto en el campo magnético pero con períodos crecientes de relajación, se puede obtener una curva de relajación, que luego se puede analizar para estimar T1.
Utilizamos una técnica alternativa conocida como relaxometría rápida de ciclismo de campo31,32,33 para adquirir nuestros datos NMRD. Hemos modificado un relajantemetro comercial de ciclismo de campo (ver Tabla de Materiales),para mediciones T1 de soluciones que contienen núcleos hiperpolarizados de 13C. En comparación con el método de transporte, el ciclismo de campo permite a este relajante adquirir sistemáticamente datos De RMN en una gama más pequeña de campos magnéticos (0,25 mT a 1 T). Esto se logra cambiando rápidamente el campo magnético en sí, no la ubicación de la muestra en el campo magnético. Por lo tanto, una muestra puede ser magnetizada a una alta fuerza de campo, "relajada" a una fuerza de campo más baja, y luego medida por la adquisición de un decaimiento de inducción libre en un campo fijo (y la frecuencia Larmor) para maximizar la señal. Esto significa que la temperatura de la muestra se puede controlar durante la medición, y la sonda NMR no necesita ser sintonizada en cada campo de relajación promoviendo la adquisición automática en todo el rango de campo magnético.
Centrando nuestros esfuerzos en los efectos de la dispensación y el transporte de las soluciones hiperpolarizadas en campos magnéticos bajos, este trabajo presenta una metodología detallada para medir el tiempo de relajación de la celosía de espín de hiperpolarizado 13C-pyruvate usando rápido relaxometría de campo para campos magnéticos en el rango de 0,237 mT a 0,705 T. Los principales resultados del uso de esta metodología se han presentado previamente para [1-13C]piruvato34 y 13C-enriquecido sódico y bicarbonato de cesio35 donde otros factores como la concentración radical y el pH de disolución han también se han estudiado.

<table><tbody><tr><td>[1-13C]Ácido pirúvico</td><td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EE. UU.</td><td>677175</td><td></td></tr><tr><td>Tubo de RMN de 10 mm</td><td>Norell, Inc., Morganton NC, EE. UU</td><td>. 1001-8</td><td></td></tr><tr><td>Agua</td><td></td><td></td><td></td>desionizada</tr><tr><td>Ácido etilendiaminotetraacético sal disódica dihidratada (EDTA)</td><td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EE. UU</td>. <td>E5134</td><td></td></tr><tr><td>HyperSense Dynamic Polarizador nuclear</td><td>Oxford Instruments, Abingdon, Reino Unido</td><td></td><td>Incluye lo siguiente: software "DNP-NMR Polarizer" utilizado para controlar y monitorear todo el polarizador DNP; "RINMR" utilizado para monitorear los niveles de polarización de estado sólido; "HyperTerminal" utilizado para comunicar el software DNP con el software RINMR que monitorea el nivel de polarización de estado sólido. También incluye el espectrómetro de sobremesa MQC para monitorizar la polarización del estado líquido junto con su propio software RINMR</td></tr><tr><td>MATLAB R2017b</td><td>, MathWorks, Natick, MA, Incluye</td><td></td><td>scripts para el ajuste no lineal de la desintegración de la magnetización a lo largo del tiempo y el análisis T1 NMRD del ácido pirúvico hiperpolarizado.</td></tr><tr><td>OX063 Radical triarilmetil</td><td>Oxford Instruments, Abingdon, Reino Unido</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Medidor de pH - SympHony</td><td>VWR International, Mississauga, ON., Canadá</td><td>SB70P</td><td></td></tr><tr><td>ProHance</td><td>Bracco Diagnostics Inc.</td><td></td><td>Gadoteridol, Gd-HP-DO3A</td></tr><tr><td>Etanol puro (100% puro)</td><td>Alcoholes comerciales, Toronto, ON, Canadá</td><td>P016EAAN</td><td></td></tr><tr>Bobina <td></td><td></td> de<td>cuña</td><td>desarrollada internamente</td></tr><tr><td>Cloruro de sodio</td><td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EE. UU</td>. Hidróxido de sodio <td>S7653</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EE. UU</td><td>. S8045&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>SpinMaster FFC2000 1T C/DC</td><td>Stelar s.r.l., Mede (PV) Italia</td><td></td><td>Incluye el software "AcqNMR" que se utiliza para establecer parámetros experimentales, monitorear el ajuste y la adaptación de la bobina de RF, cargar diferentes secuencias de pulsos, calibrar el ángulo de volteo, la adquisición de datos y el ajuste de curvas, entre otras funciones. También incluye un tope de profundidad, algunos pesos y un tope de profundidad.</td></tr><tr><td>Cristales Trizma Pre-Engastados (pH 7.6)</td><td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA</td><td>T7943</td><td></td></tr></tbody></table>

medición de la dependencia del campo magnético de relajación spin-lattice de hiperpolarizado [1-13c]pyruvate

Measuring the Spin-Lattice Relaxation Magnetic Field Dependence of Hyperpolarized [1-13C]pyruvate

El límite fundamental para las aplicaciones de imágenes in vivo de compuestos enriquecidos con 13C hiperpolarizados son sus tiempos de relajación finita de celosía de espía. Varios factores afectan las tasas de relajación, como la composición del tampón, el pH de la solución, la temperatura y el campo magnético. En este último aspecto, el tiempo de relajación de la celosía de espín se puede medir en las fortalezas clínicas del campo, pero en los campos más bajos, donde estos compuestos se dispensan desde el polarizador y se transportan a la RMN, la relajación es aún más rápida y difícil de medir. Para tener una mejor comprensión de la cantidad de magnetización perdida durante el transporte, utilizamos relajaometría rápida de ciclismo de campo, con detección de resonancia magnética de 13núcleos C a 0,75 T, para medir la dispersión de la resonancia magnética nuclear de la tiempo de relajación de la celosía de la hiperpolarización [1-13C]piruvato. La polarización nuclear dinámica de disolución se utilizó para producir muestras hiperpolarizadas de piruvato a una concentración de 80 mmol/L y pH fisiológico (7,8). Estas soluciones se transfirieron rápidamente a un relajantemetro de ciclo de campo rápido para que la relajación de la magnetización de la muestra pudiera medirse en función del tiempo utilizando un ángulo de volteo pequeño calibrado (3o-5o). Para mapear la dispersión T1 del C-1 de piruvato, registramos datos para diferentes campos de relajación que oscilan entre 0.237 mT y 0.705 T. Con esta información, determinamos una ecuación empírica para estimar la relajación de la celosía de espín del sustrato hiperpolarizado dentro del rango mencionado de campos magnéticos. Estos resultados se pueden utilizar para predecir la cantidad de magnetización perdida durante el transporte y para mejorar los diseños experimentales para minimizar la pérdida de señal.

La Figura 2 presenta un ejemplo de un barrido de microondas de rango completo de alta resolución para el ácido piruvico. Para el caso presentado, esa frecuencia óptima de microondas corresponde a 94.128 GHz, resaltado en el inserto de la figura. Nuestro sistema DNP normalmente puede funcionar en el rango de 93.750 GHz a 94.241 GHz con un tamaño de paso de 1 MHz, tiempo de polarización de hasta 600 s y potencia de hasta 100 mW. Una gama completa de frecuencias se investiga sólo para sustratos...

Presentamos un protocolo para medir la dependencia del campo magnético del tiempo de relajación de la celosía de espín de 13compuestos enriquecidos con C, hiperpolarizados mediante polarización nuclear dinámica, utilizando relaxometría rápida de ciclo de campo. Específicamente, lo hemos demostrado con [1-13C]pyruvate, pero el protocolo podría extenderse a otros sustratos hiperpolarizados.

Medición de la dependencia del campo magnético de relajación Spin-Lattice de hiperpolarizado [1-13C]pyruvate

The fundamental limit to in vivo imaging applications of hyperpolarized 13C-enriched compounds is their finite spin-lattice relaxation times. Various ...

Queremos estimar la pérdida de polarización de una solución hiperpolarizada durante el transporte desde el equipo hiperpolarizante hasta el escáner de RMN a medida que atraviesa diferentes campos magnéticos. Nuestra técnica estima el tiempo de relajación de la celosía de espín de las soluciones hiperpolarizadas en campos magnéticos bajos con alta precisión. Este método no se limita a la polarización nuclear dinámica y se puede utilizar para estimar el tiempo de relajación de la espíniga de otros métodos de polarización, incluida la polarización inducida por parahidrógenos.Al realizar esta técnica, asegúrese de que la muestra hiperpolarizada no se cruza ni permanece en la región de campo cero durante ningún período de tiempo, de lo contrario puede perder completamente la polarización. Preparar un mililitro de solución de ácido piruvico enriquecido con carbono-13, ampliamente utilizado para la investigación in vivo, que consiste en 15 milimoles por litro de radical triarylmetil disuelto en ácido piruvico 1-13C. En la interfaz del software de polarizador nuclear dinámico, haga clic en el botón Cooldown para reducir la temperatura del inserto de temperatura variable a 1,4 kelvin.Una vez que el DNP haya alcanzado la temperatura deseada, cargue 10 microlitros de la solución de stock en una taza de muestra. Abra las puertas de la torreta e inserte la copa en el VTI utilizando una varita de inserción diseñada específicamente para esta tarea. Extraiga rápidamente la varita y asegúrese de que la copa esté liberada.A continuación, cierre las puertas de la torreta y permita que la temperatura del VTI vuelva a 1,4 kelvin. Mientras tanto, prepare el DNP para ejecutar un barrido de microondas con el fin de encontrar la frecuencia de radio óptima para la hiperpolarización de la solución de stock. Al final del barrido de microondas, recupere la muestra.A continuación, ajuste el sistema en reposo y registre la frecuencia óptima donde se alcanza la polarización máxima. Esta frecuencia óptima se define como la frecuencia de polarización que proporciona la polarización máxima. Esta frecuencia se utilizará para hiperpolarizar todas las alícuotas obtenidas de esa solución específica de stock de ácido piruvico.Preparar 250 mililitros de medio de disolución de stock como se describe en el protocolo de texto, y añadir EDTA a una concentración de 100 miligramos por litro para secuestrar cualquier contaminación de iones metálicos. Además, preparar 500 mililitros de solución de limpieza de stock que consiste en 100 miligramos por litro EDTA disuelto en agua desionizada. Aproximadamente 10 mililitros de esta solución de limpieza se utiliza después de cada polarización para limpiar la trayectoria de disolución del DNP.Enfríe el aparato DNP a 1,4 kelvin en preparación de hiperpolarización de una muestra de ácido piruvico de 1-13C seleccionando el botón Cooldown en la ventana principal del DNP. Pesar 30 miligramos de la solución preparada de ácido piruvico en una taza de muestra. Cuando se alcance la temperatura VTI deseada, haga clic en Insertar muestra, seleccione Muestra normal y, a continuación, haga clic en Siguiente.Siguiendo las precauciones de seguridad que se muestran en la pantalla, inserte la copa en el aparato DNP frío utilizando una varita larga diseñada específicamente para esta tarea. Una vez insertada la copa, retire la varita y cierre las puertas DNP. En la interfaz de software DNP, haga clic en Siguiente y, a continuación, en Finalizar.Espere hasta que la temperatura haya vuelto a 1,4 kelvin y, a continuación, haga clic en el botón Polarizar muestra. En la nueva ventana emergente, establezca el valor de frecuencia en el obtenido del barrido de microondas. En la misma ventana, establezca la potencia en 50 milivatios y el tiempo de muestreo en 300 segundos.Haga clic en Siguiente, marque la casilla Habilitar supervisión de compilación y, a continuación, haga clic en Finalizar. Polarizar hasta que la acumulación de la magnetización de estado sólido alcance al menos el 95% del máximo. Cuando se logre la polarización deseada, haga clic en Ejecutar disolución.En Método, seleccione Prueba de ácido pirujo y, a continuación, haga clic en Siguiente. Siguiendo las instrucciones que aparecen en pantalla, abra las puertas de la torreta DNP. Cargue la cámara de calefacción y presurización en la parte superior del aparato con aproximadamente 4,55 mililitros del medio de disolución.Esto produce una concentración de 80 milimolemols por litro de piruvato tras la disolución a un pH de 7,75 y una temperatura de 37 grados centígrados. Coloque la varita de recuperación en la posición correcta y cierre las puertas de la torreta. En la interfaz de software DNP, haga clic en Siguiente y luego en Finalizar.En ese momento, los medios de disolución se sobrecalentarán hasta que la presión alcance los 10 bar. Una vez alcanzada la presión de 10 bar, el piruvato congelado e hiperpolarizado se levanta automáticamente del baño de helio líquido, se mezcla rápidamente y se descongela con el medio de disolución sobrecalentado. La mezcla se expulsa a través de un tubo capilar en un matraz en forma de pera.Mientras se expulsa la mezcla de piruvato hiperpolarizado y medios de disolución, remolino constantemente el matraz para asegurar una mezcla homogénea. Cuando toda la mezcla haya sido expulsada, extraiga rápidamente 1,1 mililitros del líquido en una jeringa. Transfiera la mezcla a un tubo de RMN precalentó de 10 mililitros de diámetro, y transporte rápidamente al relajanteímetro de ciclismo de campo.Limpie inmediatamente la trayectoria del fluido DNP utilizando un medio de disolución limpio, seguido de etanol. Luego, retire la taza y sople el gas helio a través de la ruta del fluido para eliminar los líquidos de limpieza restantes y purgar la ruta del oxígeno. Limpie toda la cristalería.Después de cada medición, registre el pH de las muestras del espectrómetro de sobremesa. Además, registre el pH de las muestras en el relajanteómetro de ciclismo de campo. Antes de la disolución, se debe calcular el ángulo de volteo del relajanteómetro, y el relaxómetro debe estar configurado y listo para la medición de la solución hiperpolarizada.Para realizar mediciones T-one, asegúrese de que la bobina de cuña externa esté instalada y energizada. En el software de instrumentos, seleccione la pestaña Main Par. A continuación, haga clic en la celda situada junto a la etiqueta Experimento y desplácese hacia abajo en la ventana emergente para seleccionar la secuencia de pulsos HPUB/S.Ahora, establezca los parámetros de adquisición. Establezca la atenuación de radiofrecuencia en 25 decibelios, el T1 máximo en valores entre tres y cinco segundos, el tiempo de conmutación a 0,2 segundos, el retardo de reciclaje a cero segundos y el campo de relajación al campo de relajación deseado en megahercios. A continuación, seleccione la pestaña Parámetros de adquisición, seguida de la subpestaña Básico.Haga clic en la celda junto a la etiqueta Nucleus y desplácese hacia abajo en la ventana emergente para seleccionar carbon-13. A continuación, establezca la frecuencia del sistema en ocho megahercios, barrer el ancho en un megahercio, el tamaño del bloque en 652 y filtrar el ancho de banda a 50.000 hercios. A continuación, seleccione la subpestaña Configuración.Establezca el tiempo de ancho de pulso de 90 grados en el valor previamente determinado, el tiempo de inhibición del receptor en 25 microsegundos y el tiempo de retardo de adquisición en 25 microsegundos. Seleccione la subpestaña Pulso y establezca el ángulo de volteo del pulso RF principal en cinco grados. A continuación, seleccione la subpestaña Número de dimensiones y establezca el número de bloques en 100.Espere y prepárese para recibir la solución hiperpolarizada para iniciar la adquisición de datos. Inmediatamente antes de insertar la muestra en el relajanteómetro, inicie manualmente la secuencia de pulsos desde la consola para evitar insertar la muestra en un campo magnético nulo. Por esta razón, es importante ignorar la primera decaición de inducción libre, o FID, durante el análisis de datos.Es importante iniciar la adquisición de datos antes de introducir la muestra en el relajanteómetro para evitar campos magnéticos nulos que causarán una pérdida en la polarización. Una vez realizada la adquisición, guarde los datos haciendo clic en el botón Guardar. Utilizando el software de análisis, integre la magnitud de cada señal FID para producir una serie de datos compuesta de magnetización de muestras en función del tiempo.Se muestra un ejemplo de barrido de microondas de alta resolución y rango completo para el ácido piruvico. Para el caso presentado, esa frecuencia óptima de microondas corresponde a 94.128 gigahercios. Aquí se muestra una serie típica de FID en descomposición a medida que se muestrea la magnetización hiperpolarizada.La curva de relajación para piruvato hiperpolarizado 1-13C se obtuvo a partir de los datos de la figura anterior. Cada punto azul de la curva representa el área bajo un FID. El valor T1 de 53,9 más o menos 0,6 segundos se obtuvo mediante un ajuste de mínimos cuadrados no lineales de la ecuación de señal a los datos de curva de decaimiento, que incluía los efectos del ángulo de volteo utilizado para la excitación.Se muestran los resultados de T1 para las 26 mediciones en un rango de 0,237 militesla a 0,705 tesla a 37 grados centígrados. Cada medición T1 en un campo de relajación dado es una disolución hiperpolarizada separada del aparato DNP. La línea sólida representa la fórmula y las líneas discontinuas representan las bandas de confianza del 95%.El análisis de los resultados mostró que el tiempo de relajación para el núcleo C-1 es de 46,9 segundos en el campo magnético de la Tierra, en comparación con 65 segundos en tres tesla, lo que representa una disminución del 28%Es importante instalar y energizar la bobina de cuña externa y comenzar la adquisición justo antes de insertar la muestra para evitar campos magnéticos nulos y la posible pérdida de polarización. Siguiendo este método, el procedimiento de muestra podría utilizarse con medios de disolución deuterated para extender los tiempos de relajación de la espínigata de la solución hiperpolarizada.

measuring-spin-lattice-relaxation-magnetic-field-dependence

Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

La mejora de la sensibilidad proporcionada por la polarización nuclear dinámica de disolución (DNP) permite seguir los procesos metabólicos en tiempo real mediante RMN y RMN. Se discuten las características y rendimientos de una configuración DNP de disolución dedicada diseñada para el estudio de reacciones enzimáticas.

Disolución dinámica de polarización nuclear Instrumentación para el tiempo real enzimática reacción de la tasa mediciones realizadas por RMN

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

Este artículo describe métodos para el etiquetado de espín dirigido al sitio y la reconstitución de canales pentaméricos activados por ligandos para estudios de Resonancia Paramagnética Electrónica. Este protocolo se puede adaptar a cualquier proteína de membrana. El método de reconstitución descrito aquí también se puede utilizar para mediciones de patch-clamp de corrientes macroscópicas y de un solo canal en un sistema lipídico definido.

Sitio Dirigida Etiquetado vuelta y EPR estudios espectroscópicos de Canales pentamérica por ligando de iones

Se presenta un protocolo para la monitorización in situ de la difusión de moléculas huésped en medios porosos mediante imágenes de resonancia paramagnética electrónica (EPR).

Monitoreo in situ de la difusión de las moléculas huéspedes en medios porosos Usando Resonancia paramagnética de electrones

La polarización nuclear dinámica con la posterior disolución de la muestra ha permitido estudios en tiempo real del metabolismo en sistemas biológicos. Se utilizó piruvato hiperpolarizado [1-13C] para estudiar la actividad de la lactato deshidrogenasa en una línea celular de carcinoma de próstata in vitro.

hiperpolarizado 13 C metabólico espectroscopía de resonancia magnética e Imagen

Se presenta un protocolo para la aplicación de espectroscopía de RMN de mejora de la relajación paramagnética para detectar interacciones inter e intramoleculares débiles y transitorias en proteínas intrínsecamente desordenadas.

Mejora de la relajación paramagnética para detectar y caracterizar las autoasociaciones de proteínas intrínsecamente desordenadas

Describimos una configuración experimental para administrar metabolitos hiperpolarizados marcados con 13C en modo de perfusión continua a un corazón de ratón perfundido aislado. Un enfoque dedicado de adquisición de 13C-RMN permitió la cuantificación de la actividad enzimática metabólica en tiempo real, y un análisis multiparamétrico de 31R-P permitió la determinación del contenido de ATP tisular y el pH.

Investigación del metabolismo cardíaco en el corazón de ratón perfundido aislado con piruvato hiperpolarizado [1-13C] y espectroscopia de RMN 13C / 31P

Este protocolo integra un sistema de biorreactor hecho a medida con espectroscopia de RMN de ¹³C hiperpolarizada para medir el metabolismo del piruvato en tiempo real en células vivas, lo que mejora la reproducibilidad y la precisión cinética para estudios metabólicos y aplicaciones de detección de fármacos.

Detección metabólica en tiempo real en células vivas mediante RMN hiperpolarizada de 13C

El procedimiento muestra la metodología de la elastografía por resonancia magnética para supervisar el desenlace de ingeniería de tejido adiposo y las construcciones de ingeniería tisular a través de osteogénicas evaluación no invasiva local de las propiedades mecánicas mediante la elastografía por resonancia magnética microscópica (μMRE).

Metodología elastografía por resonancia magnética para la Evaluación de los tejidos Diseñado crecimiento Construct

Este documento demuestra un protocolo para caracterizar las propiedades mecánicas de las células vivas por medio de microindentación utilizando un Microscopio de Fuerza Atómica (AFM).

Medición de las propiedades mecánicas de las células vivas mediante microscopía de fuerza atómica

Aprende a medir la relajación spin-lattice de [1-13C]piruvato hiperpolarizado usando relaxometría de campo cíclico rápido. Este protocolo permite estimar con precisión los tiempos de relajación en campos magnéticos bajos para mejorar las técnicas de resonancia magnética.

Medición de la dependencia del campo magnético de relajación Spin-Lattice de hiperpolarizado [1-¹³C]pyruvate

Explorar más videos