הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

Hyperpolarized 13 ספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית מטבולית C והדמיה

10.2K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/54751

⸱

30 בדצמבר 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Nuclear Medicine, Klinikum rechts der Isar, Technische Universität München, 2Department of Chemistry, Technische Universität München, 3GE Global Research, 4Zentralinstitut für Medizintechnik der Technischen Universität München (IMETUM), Technische Universität München, 5Institute for Biological and Medical Imaging (IBMI), Helmholtz Zentrum München, 6IDG Institute of Developmental Genetics, Helmholtz Zentrum München

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

קיטוב גרעיני דינמי עם פירוק הדגימה שלאחר מכן איפשר מחקרים בזמן אמת של חילוף חומרים במערכות ביולוגיות. היפרפולריזציה [1-13C] פירובט שימשה לחקר פעילות לקטט דהידרוגנאז בקו תאי קרצינומה של הערמונית במבחנה.

תקציר

בעשורים האחרונים, שיטות חדשות עבור staging גידול, restaging, ניטור תגובה לטיפול, וזיהוי ישן בסוגים שונים של הסרטן צמחו בשיתוף עם המדינה- of-the-art טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים עם 18 F-fluorodeoxyglucose ([18 F ] -FDG PET). 13 הדמיה ספקטרוסקופיות בתהודה מגנטית C (13 CMRSI) היא שיטת דימות פולשנית המאפשרת ניטור של מטבוליזם in vivo ו בזמן אמת. כמו בכל שיטה אחרת המבוססת על 13 תהודה מגנטית גרעינית C (NMR), היא עומדת בפני האתגר של קיטוב תרמית נמוך יחס אות לרעש נמוך שלאחר מכן עקב יחס gyromagnetic הנמוך היחסי של 13 C והשפע הטבעי הנמוך שלה דגימות ביולוגיות. על ידי להתגבר על המגבלות האלה, קיטוב גרעיני דינמי (DNP) עם פירוק מדגם עוקב אפשר לאחרונה נפוץ תמ"ג תהודה מגנטית (MRI) מערכות למדידה, מחקר, מסלולים מרכזיים מטבולית תמונה במערכות ביולוגיות שונות. במיוחד מולקולה מעניינת ומבטיחה בשימוש 13 CMRSI היא [1- 13 C] פירובט, אשר, בעשר השנים האחרונות, כבר בשימוש נרחב עבור במבחנה, פרה-קליני, ולאחרונה, מחקרים קליניים לחקור את חילוף חומרי אנרגיה התאי בסרטן ומחלות אחרות. במאמר זה, נתאר את הטכניקה של DNP פירוק באמצעות hyperpolarizer DNP פרה-קליני 3.35 T ולהפגין השימוש שלה במבחנה. פרוטוקול דומה עבור hyperpolarization ניתן להחיל על פי רוב במחקרים vivo גם כן. לשם כך, השתמשנו לקטט דהידרוגנאז (LDH) ו catalyzed התגובה המטבולית של [1- 13 C] פירובט ל [1- 13 C] לקטט בקו תא סרטן הערמונית, PC3, במבחנה באמצעות 13 CMRSI.

מבוא

נכון להיום, השיטה הקלינית הנרחבת ביותר עבור staging גידול, restaging, ניטור תגובה לטיפול, וזיהוי הישנות של מגוון רחב של סוגי הסרטן הוא [18 F] -FDG PET. 1 עם זאת, לאחרונה, מספר גישות חדשות ואלטרנטיביות צמחו. אחת השיטות הללו הוא 13 CMRSI. טכניקה זו כרוכה כניסתה של 13 C-מולקולת דגימה ביולוגית, ואחריו MRI פולשנית להעריך את חילוף החומרים במבחנה או in vivo בזמן אמת. עם זאת, האתגר הגדול ביותר של 13 CMRSI, לעומת שיטות אחרות כגון [18 F] -FDG PET או טומוגרפיה ממוחשבת, הוא יחס אות לרעש נמוך שלה.

אות התמ"ג עומדת ביחס ישר לרמת קיטוב, יחס של הבדל אוכלוסיית ספין ½ הגרעינים בשתי מדינות אנרגיה לכלל האוכלוסייה (איור 1 א). הקיטוב הוא מוצר של הדואר יחס gyromagnetic (γ) של הגרעינים ואת עוצמת השדה המגנטי מוחל על הטמפרטורה. קיטוב טיפוסי של 1 גרעיני H הוא בסדר גודל של 0.001% 0.005% ב -3 T, אשר נותן עניים יחסית יחס אות לרעש. המדינה- of-the-art של היום MRI כבר שיטת הדמיה מוצלחת רק בשל השפע הגבוה של 1 H ב דגימות ביולוגיות ויחס gyromagnetic הגבוה של 1 H (γ 1H = 42.576 מגה-רץ / T). עם זאת, התבוננות גרעינים אחרים, כגון פחמן, הוא תובעני יותר. האיזוטופ פחמן יציב, רק פעיל מגנטית, 13 C, מהווה רק 1.1% מכלל אטומי פחמן. בנוסף, היחס gyromagnetic של 13 C (γ 13C = 10.705 מגה-הרץ / T) הוא ארבע פעמים נמוכה מזו של 1 H, שמוביל איתור יעילות נמוכה. לסיכום, את השפע 13 C נמוך 13C γ נמוך לגרום תרמית 13 מדידות C להשיג 0.0176% של רגישות של 1H-NMR מדידה in vivo.

קיטוב גרעיני דינמי

שיטה להתגבר על הרגישות העניה יחסית של 13 מדידות C היא DNP. זה תואר לראשונה על מתכות בשנת 1953 על ידי אלברט וו אוברהאווזר. במאמרו, הוא הצהיר: "זה מוצג שאם תהודת ספין אלקטרון של אלקטרוני ההולכה רוויה, הגרעינים יהיו מקוטבים באותה המידה שהם יהיו אם יחס gyromagnetic שלהם היה של ספין האלקטרון." 2 מאוחר יותר באותה שנה, קארבר Slichter אישר ההשערה של אוברהאווזר ניסיוני 3. בשנת 1958, Abragam ו פרוקטור תיאר את האפקט הזה עבור האלקטרונים נוזלים והפתרון זכה לשם "אפקט מוצק." בטמפרטורות מתחת ל -4 K, קיטוב האלקטרון-ספין מגיע כמעט 100% והוא יותר שלושה סדרי גודל גבוה יותר הקיטוב גרעיני-ספין (איור 1B) 4. Tשלו מתרחש בגלל יחס gyromagnetic של האלקטרון (ה γ = 28024.944 MHz / T) הוא שלושה סדרי גודל גבוה מיחסי gyromagnetic הגרעיניים. האינטראקציות החלשות בין אלקטרונים וגרעינים, כגון אפקט אוברהאווזר, ההשפעה המוצקה, השפעת הצלב, וכן השפעת ערבוב התרמית, לאפשר העברת קיטוב מן אלקטרון ספינים כדי ספינים גרעיניים באמצעות הקרנת מיקרוגל עם תדר קרוב האלקטרון המקביל 5,6 תדר התהודה פאראמגנטיים (EPR). התיאוריה DNP פותחה נוספת לערב יותר אלקטרונים ערבוב תרמית. אף על פי כן, עד כה, שום תיאור תיאורטי כמותית אחידה של DNP פורסם 7,8.

figure-introduction-1
איור 1: הבנה דינמית גרעיני קיטוב hyperpolarization. א) השוואה סכמטי של אוכלוסיית הספיןבמדינת קיטוב שיווי משקל תרמי ומדינת hyperpolarized. ב) הקיטוב תלוי בטמפרטורה. הקיטוב של אלקטרון (ה -) מגיע ל -100% מתחת 1.4 ק DNP מאפשרת העברה של הקיטוב מן אי-מייל 13 הגרעינים C, אשר מגדילה את הקיטוב שלהם עד 10 5 -fold. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

כדי להציג DNP במחקרים של מערכות ביולוגיות באמצעות 13 C תמ"ג, פירוק מדגם מהיר שלאחר מכן היה צריך להיות מפותח. 50 שנים אחרי ההשערה של אוברהאווזר, Jan H. Ardenkjaer-לארסן ואח. פתר את הבעיה מאתגר מבחינה טכנית של הבאת מדגם קפוא hyperpolarized למצב נוזלי עם הפסד 6 hyperpolarization מינימלי. DNP פירוק נפתח תחום חדש של מחקר שנקרא 13 CMRSאני, מתן שיטה חדשה לחקור ולאפיין מצב מחלה שונה 9,10. כנישאים יציבים של אלקטרון מזווג, טריס רדיקלי trityl (8-carboxy-2,2,6,6-אַרְבַּע- (hydroxyethyl) -benzo- [1,2-4,5] -bis- (1,3) -dithiole-4-י.ל.) מלח נתרן -methyl (OX063) או (2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-י.ל) oxyl (TEMPO) משמש בדרך כלל. אלה מעורבבים עם מולקולת C שכותרתו 13 הרצוי חשוף קרינת מיקרוגל עם תדר קרוב לתדר EPR המקביל. באמצעות טכניקה זו, הקיטוב של 13 גרעינים C ניתן להגדיל עד 37% 11. התוצאה הוא שיפור קיטוב 10 5 -fold לעומת קיטוב שיווי משקל תרמי 11,12. עם זאת, ברגע הקרנת המיקרוגל נעצר ו / או 13 C-המולקולה מועברת במצב הנוזלי, הקיטוב דועך עם זמן ההרפיה האורך (T 1) של 13 גרעין C כי היה מקוטב. לפיכך,המצאת טכניקות פירוק מהירות או כל טכניקה עוקבת קיצור הזמן לפני מדידה ניסיונית (כלומר, הזרקה) הוא חיוני עבור יישומים ביולוגיים 13.

ישנן שלוש דרישות מרכזיות כי מולקולת המועמד צריכה למלא עבור 13 מחקרים CMRSI מוצלחים. ראשית, גרעין 13 C של עניין צריך להיות 1 T מספיק ארוך (> 10 שניות). הבחירה של 13 C-התווית הוא קריטי. גרעיני המועמד הטובים ביותר הם פחמנים ללא מגע ישיר עם 1 H-גרעינים באמצעות אג"ח. זה גם צריך להיות מטבוליזם במהירות תוך 2 - 3 פעמים T 1, וכתוצאה מכך מוצר מטבולית המשך בעלי שינוי כימי שונה באופן מהותי מן החומר המקורי. תערובת המדגם חייבת גם מהווה זכוכית אמורפי כאשר במצב מוצק כל כך כי הפריסה המרחבית מקטינה את המרחק בין האלקטרון ו -13 C, המאפשרת טרנסfer של קיטוב. אם מולקולת המועמד אינה יוצרת זכוכית אמורפית טבעית, זה צריך להיות מסיס מאוד סוכן glassing, כגון sulfoxide גליצרול או דימתיל 14. דרישות אלה לגרום למספר קטן יחסית של מולקולות מועמד. עם זאת, גם לאחר הגילוי המוצלח של מולקולה מתאימה, פיתוח פרוטוקול עבודה עבור hyperpolarization יכול להיות מאתגר מבחינה טכנית 9,14,15.

בשנים האחרונות, כמה מצעים כבר מקוטב בהצלחה, כגון [1 13 C] פירובט 12,16 - 36, [2 13 C] פירובט 37, [1 13 C] פירובט אתיל 38, [1 13 C ] לקטט 39, [1 13 C] fumarate 40 - 43, 13 C-ביקרבונט 36,44,45, [1 13 C] נתרן אצטט 43,46 - 49, 13 C-אוריאה 6,36,50,51 , [5 13 C] glutamine 15,52,53, [1 13 C] גלוטמט 53,54, [1 13 C] 2-oxoglutarate 55, [1 13 C] אלאנין, ואחרים 14,56. מצע מעניין במיוחד ונהוגים עבור hyperpolarization הוא [1- 13 C] פירובט. זה נעשה שימוש נרחב במחקרים פרה לחקור את האנרגיה חילוף החומרים התאי במחלות שונות 14,17,22. [1 13 C] פירובט עומד בכל הדרישות עבור hyperpolarization מוצלחת, כולל תחבורה יחסית הארוך T 1 ומהיר על פני קרום התא לפני ובהמשך להיות מפורק. מחקרים פרה עם [1- 13 C] פירובט מתורגמים כרגע למרפאה 57.

מטבוליזם של פירובט

העובדה ידועה היא כי קיים קשר ישיר בין מוטציות DNA של תאים סרטניים ושינויי מסלולי מטבוליים שלהם. כבר בשנת 1920, אוטו ורבורג וגילהered שיש מטבוליזם של גלוקוז ייצור מוגבר של חומצת חלב בגידולים בהשוואה לרקמות בריאות 58 - 60. בהמשך לכך, החילופים שונים מסלולים מטבוליים אחרים, כגון מסלול פנטוז-פוספט, מחזור חומצה tricarboxylic, זרחון חמצוני, ואת סינתזה של נוקלאוטידים ושומנים, תוארו.

פירובט הוא התוצר הסופי של הגליקוליזה. בתוך הגידול, הוא עובר הגליקוליזה אנאירובי מזורזת על ידי LDH 61 ומגיב עם הצורה המצומצמת של dinucleotide אדנין nicotinamide קואנזים (NADH), וכתוצאה מכך לקטט ואת טופס החמצון של קואנזים (NAD +). לחלופין, פירובט עובר תגובת transamination עם הגלוטמט לגבש אלאנין, מזורזת על ידי אלאנין טראנסאמינאז (ALT). תגובות שניהם הפיכות בקלות. פירובט גם עובר decarboxylation מזורזת על ידי פירובט דהידרוגנאז (PDH) פחמן דו חמצני אצטיל-CoA, representing תגובה בלתי הפיכה בשלב זה. חילופים בשיעורי תגובה אלה ניתן לקשר מטבוליזם גידול 17,21,22,25,62. מסלולים מטבוליים מסוכמים באיור 2.

figure-introduction-2
איור 2: תרשים של התגובה המטבולית הגדולה של פירובט. מרת פירובט / לקטט מזורזת על ידי LDH, ו פירובט / מרת אלאנין מזורזת על ידי ALT. פירובט מומר באופן בלתי הפיך כדי אצטיל-CoA ו- CO 2 על ידי PDH, ו- CO 2 הם בשיווי משקל pH התלוי עם 80 ביקרבונט. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

הגילוי של hyperpolarized [1- 13 C] פירובט מטבוליטים שלו כבר הוכיח בעבר בחולדה הואאמנות 37,63 - 65, כבד 66, שריר, וכליות 62,67. מחקר אחד הדגים הבדלים משמעותיים ביחס לקטט-אל-אלאנין בין חולדה הכבד נורמלי צם 66 והפגינו רמה [1- 13 C] מוגבה hyperpolarized מאוד לקטט סרטן הכבד 68,69. ישנן ראיות כי בכיתת הגידול ניתן לזהות בתוך אדנוקרצינומה מהונדס של ערמונית עכבר (נווד) באמצעות hyperpolarized [1- 13 C] פירובט 22, עם רמות חומצת חלב hyperpolarized מראות מתאם גבוה עם הכיתה היסטולוגית של בגידולים. אלאנין זרז מן פירובט ידי ALT גם הוצע כסמן שימושי קרצינומה hepatocellular עכברוש 23.

מדידת השטף מטבולית-לקטט פירובט שימש במשך איסכמיה ניטור 63,65,70 וכתגובה לטיפול בכימותרפיה ציטוטוקסית 17,40, תרופות ממוקדות 24,25,41, או רדיותרפיה 26 במודלים של בעלי חיים. כמו כן נעשה שימוש לצורך זיהוי של התגובה LY294002 מעכב 3-kinase phosphatidylinositol (PI3K) במודלים של עכברים גליובלסטומה וסרטן השד 25. שינויים במטבוליזם פירובט במוח גידולים 26 וסרטן הערמונית 24,71 גם נצפו לאחר הטיפול.

הערמונית קרצינומה

קרצינומה של הערמונית הוא הסרטן משתלט בגברים קשישים הסרטן המובילה השנייה הקשורים למוות בקרב גברים ברחבי העולם 72. עד כה, אף אחת משיטות אמינות, לא פולשנית זמינות עבור אבחון מוקדם ואפיון של סרטן הערמונית 73,74, תוך שימת דגש על הצורך הדחוף טכניקות הדמית מטבולית רומן מאפשר זיהוי מחמירים ובימוי של חולים. קרצינומה הערמונית שימש כמודל כדי להדגים את האפשרויות של DNP פירוק בשילוב עם 13 CMRSI בחולהזה 57. עבודה זו נמשכה ניסוי קליני ראשון העסקה [1- 13 C] pyruvate ו -13 CMRSI עבור ההדמיה של סרטן הערמונית, והוא רק לאחרונה הושלם (NCT01229618).

המניע מאחורי המחקר הנוכחי היה להמחיש באופן מפורט יותר עבור קהל רחב יותר ביישום של 13 שיטת CMRSI באווירה פרה-קלינית עם תאים. מדידת חילוף חומרי LDH-זרז של [1- 13 C] פירובט כדי [1- 13 C] לקטט במבחנת הקו הסלולרי קרצינומה PC3 הערמונית, אנחנו מדגימים את היישום האפשרי של DNP פירוק במבחנה ב ולטפל בצעדים מכריעים אתגרים במהלך הניסויים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. הכנת מדגם פתרון במלאי

  1. להוסיף meglumine gadoterate (GadM, 0.5 mol / L) כדי מרוכז [1- 13 C] פירובט לתת ריכוז סופי של 1-mmol / L GadM. להוסיף trityl טריס הרדיקלי (8-carboxy-2,2,6,6-אַרְבַּע- (hydroxyethyl) -benzo- [1,2-4,5] -bis- (1,3) -dithiole-4-י.ל.) - מלח נתרן מהתיל (OX063) לתערובת זו לתת ריכוז סופי של 15 מילימול / ליטר. וורטקס עד המסה מלאה.
    הערה: הכנת פתרון המניות זה נועד לשימוש עם hyperpolarizer DNP פרה-קליניים 3.35-T. כאשר hyperpolarizer הקליני 7-T משמש, meglumine gadoterate אינו נדרש כי באותו שדה מגנטי גבוה, ובברכתו הן זניחות. התוספת של חומר ניגוד המבוסס על גדוליניום מגדילה את קיטוב מצב מוצק השגה וגם שיעור הקיטוב. עם זאת, במצב נוזלי, חומר ניגוד מקצרת את זמן הרפיה T 1.

2. גידול תרבות התא

  1. 2 125 סנטימטר. השתמש בינוני F-12K המכילה סרום העובר עגל 10% (FCS) ולתחזק את התאים ב 37 ° C באווירה humidified ב 5% CO 2. לפני מדרגת הפירוק, להסיר את המדיום מבקבוק התרבות.
    הערה: שורת תאים לכל דורשת פרוטוקול הכנה מיוחד התפשטות תאים. התייעץ עם הדרישות עם ספק שורת התאים.

3. הכנת התאים עבור הניסוי

  1. הסר את המדיום הסלולרי לשטוף את התאים עם ~ 10 מ"ל של תמיסת מלח פוספט שנאגרו (PBS).
  2. הוסף 5 מ"ל של טריפסין אל הבקבוק ולהחזיר את צלוחיות תרבית תאים בחממה במשך 3 עד 5 דקות.
  3. הוסף את ~ 5 מ"ל של מדיום F-12K כדי לבטל את טריפסין.
  4. ספירת התאים באמצעות דלפק תא אוטומטי. מערבבים 10 μL של פתרון התא עם 10 μL של פתרון הכתם. מערבבים היטב עם פיפטה ולהעביר 10 μL של התערובת לתוך התא דואר של "זכוכית לספור".
  5. הסר ולספור את התאים את הבקבוק (ים). מעביר את הכרכים המתאימים הכוללים את המספר הרצוי של תאים (למשל, 5 x 10 6 עד 10 8) לתוך צלוחיות פלסטיק.
  6. צנטריפוגה התאים ב 1200 XG במשך 5 דקות וזורקים supernatant.
  7. Re- להשעות את התאים במדיום F-12K FCS המכיל 10% כדי בהיקף כולל של 800 μL ולהעביר אותם לתוך כוס התגובה (2 מ"ל). מניח את כוס התגובה לתוך בקבוקון פלסטיק מלא מים חמים.

4. פירוק הכנה הסוכן

הערה: סוכן הפירוק הוא נוזל המשמש לפזר מדגם hyperpolarized. יישומים ביולוגיים, פירוק מתבצע לרוב עם H 2 O מבוסס או תחמוצת דאוטריום (D 2 O) מאגרים מבוססים, כגון PBS או טריס (hydroxymethyl) aminomethane (טריס), המכיל 1 גר '/ ל חומצת ethylenediaminetetraacetic (EDTA).

  1. preparation של 20 מילימול / ליטר PBS חיץ
    1. כדי להכין 100 מ"ל של סוכן פירוק, לפזר 36 מ"ג של פוספט גלוטמט (לאא 2 PO 4), 247 מ"ג של פוספט disodium (Na 2 HPO 4), ו -10 מ"ג של EDTA בתמיסה של הידרוקסיד 20 mmol / L נתרן ( NaOH) ב D 2 O. מערבבים כראוי עד המסה מלאה.
      הערה: EDTA (1 גר '/ ל) מתווסף למאגר לחסל יונים פרומגנטי האפשר, אשר יכול לקלקל את hyperpolarization. NaOH משמש כדי לנטרל את פירובט ב יחס של 1: 1 mol להגיע pH של 7.4.

5. משתנה טמפרטורה הכנס (VTI) הרגעות

  1. בחלון הראשי של תוכנית מקטב DNP-תמ"ג, לחץ על "הרגעות."
    הערה: זה מדליק את משאבת הוואקום מפנה את VTI בכ 5.0 mbar. בהמשך לכך, שסתום מחט בין VTI ומאגר הליום נוזלי נפתח באופן מלא, המאפשר הליום נוזלי לזרום לתוך VTI. קצב הזרימה הוא regulated ידי שסתום מחט לשמור את הכמות האופטימלית של הליום נוזל VTI עד שהוא מגיע לטמפרטורת הליום הרתיחה. לאחר מכן, VTI יפונה כמעט ריק מוחלט, ואת הטמפרטורה מגיעה כ 1.4 ק VTI מתמלא עד הליום נוזלי עד 65%. בשלב זה, המכשיר מוכן להכנסה מדגמת.

לדוגמא 6. הכנה והחדרה

  1. שימוש micropipette, להוסיף ~ 8 μL של 13 פתרון C שכותרתו מדגם מניות לתוך כוס פלסטיק.
  2. צרף את כוס הפלסטיק עם מוט הכניסה ולהתחיל בהליך החדרת מדגם ידי לחיצה על "כנס מדגם" בחלון התוכנה הראשי. בחר "מדגם רגיל" ולחץ על "המשך".
    הערה: במהלך תהליך זה, שסתום מחט סוגר הראשון להפסיק את זרימת הליום נוזלי לתוך VTI, ואת הלחץ VTI הסביבה עולה. בעל מדגם בתוך VTI הוא קם מן הליום נוזלי, שסתום היניקהבחלק העליון של VTI נפתח, זרימת הליום גזים הוא הציג מן שסתום המפרצון כדי למנוע זיהום מחוץ ידי לחות באוויר.
  3. כשתתבקש, לדחוף את מוט הכניסה עם כוס פלסטיק המצורפת למטה לתוך VTI. הקפד להגיע בעל מדגם בחלק התחתון של VTI. אחרת, הליום הגזים יכול לדחוף את המדגם מתוך VTI.
  4. לנתק ולהסיר את מוט הכניסה.
  5. לסיים את ההליך על ידי לחיצה על "הבא" בחלון הדו-שיח. הליך כניסת המדגם לא צריך לקחת יותר מ 10 שניות.
    הערה: שסתום היניקה ואז נסגר, זרימת הליום הגזים מופסקת, בעל המדגם עם כוס המדגם הוא שקוע לתוך הליום נוזלי, ואת שסתום מחט נפתח כדי לאפשר הליום הנוזלי לזרום לתוך VTI. אחרי 5 - 10 דקות, VTI הוא מקורר מתחת 1.4 K, המאפשר כל האלקטרונים החופשיים להיות מקוטב.
  6. ודא כוס פלסטיק עם המדגם הוצג כראוי לתוך VTI ידי סימון tכובע זה אינו מחובר למוט הכניסה או נדחף החוצה מן VTI בגז הליום. לאחר מכן לחץ על "סיום".

7. טאטא מיקרוגל (אופציונלי)

הערה: לטאטא מיקרוגל מאפשר קביעת תדירות המיקרוגל האופטימלית על מנת למקסם את שיעור hyperpolarization של 13 גרעיני C במתחם היעד.

  1. כדי למדוד את לטאטא מיקרוגל, להפעיל את תוכנית RINMR, הקלד "HYPERSENSENMR," ולחץ על "Config בחר" ו "Do Microsweep."
  2. כדי להתחיל בתהליך, בחר בכרטיסייה "לכייל" על חלון התוכנה הראשי.
  3. לחץ על "צור" ולבחור את ההתחלה ואת התדירות שהסתיימה (למשל, 94.100 GHz-94.200 GHz), את גודל צעד תדר (למשל, 20 MHz), הכח (100 mW), ואת הזמן (60 שניות). לחץ על "המשך", "אפשר", ו "התחל".
    הערה: עם המצבים האלה, hyperpolarizer הראשון polarizes המדגםעבור 60 s באמצעות תדר מיקרוגל של 94.100 GHz ו כוח של 100 mW. לאחר מכן, הוא חל 90 ° בתדר רדיו (RF) דופק ורוכש את אות C 13 hyperpolarized באמצעות ספקטרומטר המובנה. צעדים אלה חוזרים על עצמם לכל שלב בתחום תדרים שצוינו. לקבלת hyperpolarization עוקבת לבחור את תדר המיקרוגל עם משרעת האות המקסימלי נמדדת.

8. קיטוב

  1. כדי למדוד את הצטברות הקיטוב, להפעיל את תכנית RINMR, הקלד "HYPERSENSENMR," ולחץ על "Config בחר" ו "הצטברות מוצקה."
  2. בחלון הראשי של תוכנית מקטב DNP-תמ"ג, לחץ על "קיטוב" כדי להתחיל בתהליך hyperpolarization.
  3. בחר את תדירות המיקרוגל האופטימלית (שהושגה במהלך לטאטא מיקרוגל) ואת הכח (למשל, 100 mW) למדגם ולחץ על "הבא."
  4. אפשר "קיטוב וסם ניטור" ולחץ על "סיום".
  5. לקטב מדגם> 95% (~ 60 דקות עבור [1- 13 C] פירובט).
    הערה: במהלך הקיטוב, מיקרוגל הם מודרכים אל VTI וכדי המדגם, בגרימת 13 C ספינים כדי להתיישר עם ספיני אלקטרונים המזווגים hyperpolarized. כדי למדוד את הצטברות hyperpolarization, קטניות RF עם זווית להעיף (FA) 5 ° מוחלות באופן תקופתי (למשל, כל 300 ימים), ואת האות המתקבלת היא להתוות כמו עקומת הצטברות קיטוב.

9. פירוק

  1. כאשר הקיטוב מגיע> 95%, להתחיל בתהליך פירוק על ידי לחיצה על "פירוק" בחלון הראשי של תוכנית מקטב DNP-NMR.
  2. בחר את תהליך הפירוק מהתפריט הנפתח ולחץ על "הבא."
    הערה: המקטב מאפשר להגדיר את תהליך הפירוק הרצוי על ידי בחירת עיתוי הגז הרודף.
  3. טען ~ 5 מיליליטר של סוכן פירוק דרך השסתום העליון לתוך כלי מחומם tהוא חלק פירוקה של המקטב. חשבתי את הנפח המדויק של סוכן פירוק צורך באמצעות המשוואה הבאה:
    figure-protocol-1
    כאשר V DA הוא נפח המבוקשים של סוכן פירוק, מ PA, OX063 מ ', מ' גד הם ההמונים של פירובט, OX063 ו meglumine gadoterate, בהתאמה, להוסיף את הפתרון מדגם המניות.
  4. מניחים את מקל פירוק במצב פעיל מעל שסתום היניקה.
    הערה: פעולה זו מאפשרת למכשיר להתחבר מכשור ביטולם אל כוס מדגם VTI.
  5. לחץ על "סיום" על מנת להתחיל את תהליך הפירוק.
    הערה: סוכן הפירוק בלחץ עד 3 בר בגז הליום והוא מכן מחומם עד 200 מעלות צלזיוס, מה שגרם לעלייה בלחץ. כאשר הלחץ מגיע ל- 10 בר, שסתום מחט סוגר להפסיק את זרימת הליום נוזלי לתוך VTI. בעל המדגם מעלה את הכוסמן הליום נוזלי. מקל הפירוק הוא הוריד לתוך VTI ומחובר הכוס המדגמת. סוכן הפירוק המותנה נדחף על ידי הלחץ, שתוצאתה מספינת החימום המכילה למאגר הפירוק וגז הליום, דרך מקל הפירוק אל הספל, גרימת פירוק מהיר של המדגם. הפתרון אז זורם החוצה לתוך בקבוק האוסף דרך צינורות פלסטיק. מקל הפירוק עם הספל הקשור מכן מרימים מן VTI.
  6. הזז את מקל הפירוק עם הספל הקשור לתפקיד "הניקוי" ולסיים את התהליך על ידי לחיצה על "סיום".

איתור 10. 13 אותות C Hyperpolarized

  1. 13 C ספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית מטבולית במבחנה
    1. מערבבים 200 μL של המדגם hyperpolarized מומס 20 mmol / L מהבקבוק אוסף עם 800 μL של פתרון התא.
      הערה: הריכוז הסופי שהתקבלשל [1- 13 C] פירובט הוא 4 mmol / L.
    2. מערבבים את ההשעיה היטב באמצעות micropipette והעברת ~ 600 μL לתוך צינור NMR 5 מ"מ.
    3. הכנס את צינור NMR 5 מ"מ לתוך ספקטרומטר תמ"ג 1-T. בחלון הראשי של התוכנה, לחץ על "הפעל" כדי להתחיל את המדידה, החלת סדרת פולסים RF מאה 10 ° בכל 3 שניות.
      הערה: למדוד את הזמן בין הערבוב הראשוני של מדגם hyperpolarized עם תאי תחילת רכישת ספקטרוסקופיות. ודא כי נוהל הערבוב אינו עולה על 30 שניות כדי להקטין את איבוד קיטוב.
  2. 13 C הדמיה בתהודה מגנטית מטבולית
    1. כדי לבנות מיכל עבור ניסויים במבחנה באמצעות ספקטרומטר MRI, לקחת מזרק 5 מ"ל ולחבר אותו קטטר (ד = 1.2 מ"מ) זה מספיק זמן להגיע ממרכז-iso של ספקטרומטר לאזור נגיש של ספקטרומטר.
    2. מלאו את מיכל במבחנה עם הפתרון דואר תא של הריכוז הרצוי עבור הניסוי (למשל, 10 8) או עם פתרון האנזימטית.
    3. מניחים במיכל במבחנה על isocenter של המגנט MRI. מניחים סליל מקלט תדר רדיו 13 C-מכוון על המיכל. מניח פנטום כיול מרוכז 13 שכותרתו C (למשל, 10 mol / L 13 C-אוריאה) סמוך.
    4. הכנס את "מיכל במבחנה" בסמוך למרכז-iso של הסורק NMR.
    5. הפעל את רצף לוקליזציה רגיל 3-מטוס של הסורק להתאים את המיקום של מיכל במבחנה למרכז-iso, לפי הצורך.
    6. הפעל רצף 1 H משוקלל T2 "אנטומיים" המכסה את הלוקליזציה מיכל במבחנה. השתמש בהגדרות הבאות: הד ספין 2D עם אוריינטציה צירית, זמן החזרה (TR) = 2,000 מילישניות, זמן הד (TE) = 20 מילישניות, פרוסה בעובי = 1 מ"מ, שדה הראיה מכסה המיכל במבחנה,16 הדים לכל עירור. ודא shimming השדה נעשה על פרוטונים במהלך שלב זה.
    7. בתמונות אנטומיים, בחר 5 פרוסות רציפות מרוכזות על האזור של עניין. רושם רכישת כיול ספקטרוסקופיות 13 C מכסה את פרוסות אנטומיים שנבחרו. השתמש בהגדרות הבאות: רצף כיול 2D בלוק-Siegert עם אוריינטציה צירית 12 x 12 ממוקדת מקודדים, TR = 1000 ms, עובי פרוסה = 5 מ"מ, שדה הראיה התאמת תמונות אנטומיים, מספר סריקות (NS) = 64, רוחב פס = 5,000 הרץ, ו FA = 90 °.
    8. בחר את רצף כיול ספקטרוסקופיות 13 C (לקבלת מידע נוסף, ראה שולטה et al. 2011) 75 מהספרייה רצף הדופק. הורד את רצף הדופק לסורק מהמחשב על ידי לחיצה על "הורדה". לחץ על "ספקטרה Prescan" כדי להפעיל את prescan ספקטרוסקופיות. בעלילת ספקטרום הגודל, להתאים את השיא מן רפאי כיול 13 ג 'center של תדר הסורק. הגדר את רווחי מקלט למקסימום. לחץ על "התחל" כדי להפעיל את רצף כיול ספקטרוסקופיות 13 C. הערת רווח השידור דיווח ותדירות ממוקדת.
    9. הגדרת הדמית משמרת כימית 13 C (CSI) רכישת הכיסוי פרוס אנטומיים שנבחר. השתמש בהגדרות הבאות: הדמיה ספקטרוסקופיות הד מישורי 2D (EPSI) עם אוריינטציה צירית 12 x 12 ממוקדת מקודדים, TR = 400 ms, עובי פרוסה = 5 מ"מ, בתחום תמונות אנטומיים התאמת נוף, NS = 300, ורוחב פס = 5,000 הרץ .
      הערה: דגימות EPSI שורה אחת k-שטח שוב ושוב לאחר עירור RF אחד לרכוש הן מידע מרחבי רפאים זמנית. לקבלת מידע נוסף על טכניקות הרכישה ראה מאמרו של אל דורסט et. 2015 76.
    10. הורד את 13 רצף C CSI ולהפעיל את ספקטרוסקופיות prescan. התאם את התדירות הסורקת ולהעביר את הרווח כפי שצוין על ידי רצף הכיולתְפוּקָה.
    11. לאחר הפתרון hyperpolarized מופקד הבקבוק אוסף, להכין ~ 3 מ"ל לתוך מזרק ואז מזריקים אותו לתוך קטטר מחובר מיכל במבחנה. הפעל את הרכישה. לאחר הרכישה תושלם, לשמור את קובץ נתונים הגולמי לשיקום שלאחר מכן.

שחזור 11. נתונים

  1. החל אחד הדגמים הקינטית השני תארו לנתח את הנתונים רכשו.
    1. בשיטה הראשונה לתיאור קינטיקה LDH, ערך הקינטית (k), השווה את הסכום של האות לקטט (M LAC) לאות של כל מולקולות hyperpolarized (M x) 21,77.
      figure-protocol-2
    2. בשיטה אחרת, למדוד את לקטט אותות פירובט לאורך זמן להתאים אלה על 17,25,71 מודל קינטי. כדי לפתור את שער החליפין מטבולית, k הרשות → LAC, ואת יעילשיעור לקטט אות ריקבון, r LAC, השתמש משוואות דיפרנציאליות לינאריות הבאות תוך שימוש במודל ההפרש חילופי דו באתר, מניב עבור לקטט:

      figure-protocol-3

הערה: r קצב דעיכה היעילה לקטט האות LAC תלויה זמן הרגיעה האורך לקטט (T 1, LAC), שער החליפין מטבולית ההפוך לקטט פירובט k LAC → רשות, FA שיושמה TR, ואת עוצמת האות של פירובט (M PA) ומיניקות (M LAC), תוך לקיחה בחשבון את הפחתת אות בלתי ההפיכה לאחר כל עירור רצוף:

figure-protocol-4

לכן, r LAC התוצאה היא מונח בודד ובלתי נפרד ריקבון האות. כיוון שניתן לתקן tהוא להעיף זווית ואת זמן ההחזרה, ולמרות שיש רשות → LAC שטף, אנו מניחים כי שער החליפין בין לקטט פירובט (k LAC → PA) אינו צריך להיכלל בחישוב, מבוסס על התוצאות הריסון et al. 2012 78. התוצאות שלהם הראו כי k LAC → הרשות אינו תופש מקום מכריע תפקיד כפי שניתן היה להניח. מצב זה מאפשר את הזמן הרפיה T 1 של לקטט לכימות. מודל זה אינו תלוי ממשל פירובט למדידה, אשר, במקרה של ניסויים במבחנה, אינה חיונית ויכולים להיות מוזנחת. זה, לעומת זאת, תפקיד חשוב למדידות in vivo 79.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

התוצאות של "לטאטא מיקרוגל" הם באיור 3. זה מראה כי תדירות המיקרוגל האופטימלית למדגם [1- 13 C] פירובט היא 94.156 GHz עבור hyperpolarizer 3.35-T המקומי. כל ניסוי hyperpolarization הבא (n = 14) בוצע באמצעות תדר מיקרוגל זה עם כוח של 100 mW. הקרנת המיקרוגל יושמה במשך 60 עד 80 דקות, מה שמוביל hyperpolarization מצב מוצק גבוה מ -90%. התוצאות מוצגות באיור 4. Hyperpolarized [13 C] פירובט עורבב עם 5 × 10 6 (n = 2), 10 7

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

13 CMRSI עם בדיקות hyperpolarized היא שיטה מבטיחה לפקח חילוף החומרים בזמן אמת במבחנה in vivo. היבט אחד חשוב מאוד כאשר המעסיקים תהליך הניסוי הזה הוא סטנדרטיזציה ראויה, במיוחד לגבי בניסויים במבחנה. ראשית, הכנת המדגם צריך להיעשות כראוי בעקביות להשגת ריכוז זהה של חומר hyperpolarized בכל ניסוי. זה דורש מדויק במשקל של השני המדגם להיות hyperpolarized ואת החיץ. אם הריכוז אינו נכון, ה- pH הסופי של הפתרון אינו מדויק, אשר יכולה להשפיע על T 1 ו...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

רולף פ. שולט ומריון א. מנזל מועסקים ב-GE Global Research.

תודות

E.K. מודה בתודה על תמיכתו של בית הספר לתארים מתקדמים לביו-הנדסה (GSB) באוניברסיטה הטכנית של מינכן. עבודה זו נתמכה על ידי קרן המחקר הגרמנית (DFG) בתוך מרכז המחקר השיתופי SFB 824, "הדמיה לבחירה, ניטור ואינדיבידואליזציה של טיפולים בסרטן".

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
HyperSense DNP PolariserOxford Instruments3.35 T היפרפולרייזר DNP פרה-קליני
GE/Agilent MR901GE Healthcare/Agilent Technologies7 T סורק MRI פרה-קליני, עם קדח קטן המיועד לניסויים על מכרסמים
Spinsolve CarbonMagritek1 T ספקטרומטר NMR עם מגנט קבוע
תחמוצת דאוטריוםסיגמא אולדריץ'7789-20-0
נתרן פוספט דו-בסיסיסיגמא אולדריץ'7558-79-4
נתרן פוספט מונבייסיסיגמא אולדריץ'7558-80-7
נתרן הידרוקסידסיגמא אולדריץ'1310-73-2
דיסודיום אדטטסיגמא אולדריץ'6381-92-6
חומצה פירובית - 13C1מעבדות איזוטופים של קיימברידג'CLM-8077-1
Dotarem (0.5 mmol/L)Guerbetgadoterate meglumine   
טריס (8-קרבוקסי-2,2,6,6-טטרה-(הידרוקסיאתיל)-בנזו-[1,2– 4,5]-ביס-(1,3)-דיתיול-4-יל)-מלח נתרן מתיל (OX063)GE Healthcareטריטיל רדיקל המשמש כמקור של
קו תאי PC3ATCCCRL1435
F-12K בינוני ATCC30-2004
סרום בקר עובריATCCSCRR-30-2020
תמיסת טריפסין-EDTA, 1xATCC30-2101
פלסטיק לדוגמא מכשיריאוקספורד טריפן
כחולBio-Rad145-0013-MSDS
אלקטרונים חופשיים

מקורות

  1. Rohren, E. M., Turkington, T. G., Coleman, R. E. Clinical applications of PET in oncology. Radiology. 231 (2), 305-332 (2004).
  2. Overhauser, A. W. Polarization of Nuclei in Metals. Phys. Rev. 92 (2), 411-415 (1953).
  3. Carver, T. R., Slichter, C. P. Polarization of Nuclear Spins in Metals. Phys. Rev. 92 (1), 212-213 (1953).
  4. Abragam, A., Proctor, W. G. Spin Temperature. Phys. Rev. 109 (5), 1441-1458 (1958).
  5. Abragam, a, Goldman, M. Principles of dynamic nuclear polarisation. Reports Prog. Phys. 41 (3), 395-467 (2001).
  6. Ardenkjaer-Larsen, J. H., Fridlund, B., et al. Increase in signal-to-noise ratio of > 10,000 times in liquid-state NMR. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100 (18), 10158-10163 (2003).
  7. Shimon, D., Hovav, Y., Feintuch, A., Goldfarb, D., Vega, S. Dynamic nuclear polarization in the solid state: a transition between the cross effect and the solid effect. Phys. Chem. Chem. Phys. 14 (16), 5729-5743 (2012).
  8. Serra, S. C., Rosso, A., Tedoldi, F. Electron and nuclear spin dynamics in the thermal mixing model of dynamic nuclear polarization. Phys. Chem. Chem. Phys. 14 (38), 13299-13308 (2012).
  9. Gallagher, F. A., Kettunen, M. I., Brindle, K. M. Biomedical applications of hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 55 (4), 285-295 (2009).
  10. Hurd, R. E., Yen, Y. -F., Chen, A., Ardenkjaer-Larsen, J. H. Hyperpolarized 13C metabolic imaging using dissolution dynamic nuclear polarization. J. Magn. Reson. Imaging. 36 (6), 1314-1328 (2012).
  11. Ardenkjaer-Larsen, J. H., Fridlund, B., et al. Increase in signal-to-noise ratio of > 10,000 times in liquid-state NMR. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100 (18), 10158-10163 (2003).
  12. Golman, K., in't Zandt, R., Thaning, M. Real-time metabolic imaging. Proc. Natl. Acad. Sci. 103 (30), 11270-11275 (2006).
  13. Comment, A., Rentsch, J., et al. Producing over 100 ml of highly concentrated hyperpolarized solution by means of dissolution DNP. J. Magn. Reson. 194 (1), 152-155 (2008).
  14. Brindle, K. M., Bohndiek, S. E., Gallagher, F. A., Kettunen, M. I. Tumor imaging using hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy. Magn. Reson. Med. 66 (2), 505-519 (2011).
  15. Gallagher, F. A., Kettunen, M. I., Day, S. E., Lerche, M., Brindle, K. M. 13C MR spectroscopy measurements of glutaminase activity in human hepatocellular carcinoma cells using hyperpolarized 13C-labeled glutamine. Magn. Reson. Med. 60 (2), 253-257 (2008).
  16. Chen, A. P., Albers, M. J., et al. Hyperpolarized C-13 spectroscopic imaging of the TRAMP mouse at 3T-initial experience. Magn. Reson. Med. 58 (6), 1099-1106 (2007).
  17. Day, S. E., Kettunen, M. I., et al. Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy. Nat. Med. 13 (11), 1382-1387 (2007).
  18. Schroeder, M. A., Swietach, P., et al. Measuring intracellular pH in the heart using hyperpolarized carbon dioxide and bicarbonate: a 13C and 31P magnetic resonance spectroscopy study. Cardiovasc. Res. 86 (1), 82-91 (2010).
  19. Hurd, R. E., Yen, Y. -F., Tropp, J., Pfefferbaum, A., Spielman, D. M., Mayer, D. Cerebral dynamics and metabolism of hyperpolarized [1-(13)C]pyruvate using time-resolved MR spectroscopic imaging. J. Cereb. Blood Flow Metab. 30 (13), 1734-1741 (2010).
  20. Golman, K., Zandt, R. I., Lerche, M., Pehrson, R., Ardenkjaer-Larsen, J. H. Metabolic imaging by hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging for in vivo tumor diagnosis. Cancer Res. 66 (22), 10855-10860 (2006).
  21. Park, I., Larson, P. E. Z., et al. Hyperpolarized 13C magnetic resonance metabolic imaging: application to brain tumors. Neuro. Oncol. 12 (2), 133-144 (2010).
  22. Albers, M. J., Bok, R., et al. Hyperpolarized 13C lactate, pyruvate, and alanine: noninvasive biomarkers for prostate cancer detection and grading. Cancer Res. 68 (20), 8607-8615 (2008).
  23. Yen, Y. -F., Le Roux, P., et al. T(2) relaxation times of (13)C metabolites in a rat hepatocellular carcinoma model measured in vivo using (13)C-MRS of hyperpolarized [1-(13)C]pyruvate. NMR Biomed. 23 (4), 414-423 (2010).
  24. Dafni, H., Larson, P. E. Z., et al. Hyperpolarized 13C spectroscopic imaging informs on hypoxia-inducible factor-1 and myc activity downstream of platelet-derived growth factor receptor. Cancer Res. 70 (19), 7400-7410 (2010).
  25. Ward, C. S., Venkatesh, H. S., et al. Noninvasive detection of target modulation following phosphatidylinositol 3-kinase inhibition using hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy. Cancer Res. 70 (4), 1296-1305 (2010).
  26. Day, S. E., Kettunen, M. I., et al. Detecting response of rat C6 glioma tumors to radiotherapy using hyperpolarized [1- 13C]pyruvate and 13C magnetic resonance spectroscopic imaging. Magn. Reson. Med. 65 (2), 557-563 (2011).
  27. Johannesson, H., Macholl, S., Ardenkjaer-Larsen, J. H. Dynamic Nuclear Polarization of [1-13C]pyruvic acid at 4.6 tesla. J. Magn. Reson. 197 (2), 167-175 (2009).
  28. Durst, M., Koellisch, U., et al. Bolus tracking for improved metabolic imaging of hyperpolarised compounds. J. Magn. Reson. 243, 40-46 (2014).
  29. Khegai, O., Schulte, R. F., et al. Apparent rate constant mapping using hyperpolarized [1-(13)C]pyruvate. NMR Biomed. 27 (10), 1256-1265 (2014).
  30. Sogaard, L. V., Schilling, F., Janich, M. A., Menzel, M. I., Ardenkjaer-Larsen, J. H. In vivo measurement of apparent diffusion coefficients of hyperpolarized (1)(3)C-labeled metabolites. NMR Biomed. 27 (5), 561-569 (2014).
  31. Aquaro, G. D., Frijia, F., et al. 3D CMR mapping of metabolism by hyperpolarized 13C-pyruvate in ischemia-reperfusion. JACC. Cardiovasc. Imaging. 6 (6), 743-744 (2013).
  32. Menzel, M. I., Farrell, E. V., et al. Multimodal assessment of in vivo metabolism with hyperpolarized [1-13C]MR spectroscopy and 18F-FDG PET imaging in hepatocellular carcinoma tumor-bearing rats. J. Nucl. Med. 54 (7), 1113-1119 (2013).
  33. Schilling, F., Duwel, S., et al. Diffusion of hyperpolarized (13) C-metabolites in tumor cell spheroids using real-time NMR spectroscopy. NMR Biomed. 26 (5), 557-568 (2013).
  34. Schulte, R. F., Sperl, J. I., et al. Saturation-recovery metabolic-exchange rate imaging with hyperpolarized [1-13C] pyruvate using spectral-spatial excitation. Magn. Reson. Med. 69 (5), 1209-1216 (2013).
  35. Wiesinger, F., Weidl, E., et al. IDEAL spiral CSI for dynamic metabolic MR imaging of hyperpolarized [1-13C]pyruvate. Magn. Reson. Med. 68 (1), 8-16 (2012).
  36. Wilson, D. M., Keshari, K. R., et al. Multi-compound polarization by DNP allows simultaneous assessment of multiple enzymatic activities in vivo. J. Magn. Reson. 205 (1), 141-147 (2010).
  37. Schroeder, M. A., Atherton, H. J., et al. Real-time assessment of Krebs cycle metabolism using hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy. FASEB J. Off. Publ. Fed. Am. Soc. Exp. Biol. 23 (8), 2529-2538 (2009).
  38. Hurd, R. E., Yen, Y. -F., et al. Metabolic imaging in the anesthetized rat brain using hyperpolarized [1-13C] pyruvate and [1-13C] ethyl pyruvate. Magn. Reson. Med. 63 (5), 1137-1143 (2010).
  39. Chen, A. P., Kurhanewicz, J., et al. Feasibility of using hyperpolarized [1-13C]lactate as a substrate for in vivo metabolic 13C MRSI studies. Magn. Reson. Imaging. 26 (6), 721-726 (2008).
  40. Witney, T. H., Kettunen, M. I., et al. Detecting treatment response in a model of human breast adenocarcinoma using hyperpolarised [1-(13)C]pyruvate and. Br. J. Cancer. 103 (9), 1400-1406 (2010).
  41. Bohndiek, S. E., Kettunen, M. I., et al. Detecting tumor response to a vascular disrupting agent using hyperpolarized (13)C magnetic resonance spectroscopy. Mol. Cancer Ther. 9 (12), 3278-3288 (2010).
  42. Gallagher, F. A., Kettunen, M. I., et al. Production of hyperpolarized [1,4-13C2]malate from [1,4-13C2]fumarate is a marker of cell necrosis and treatment response in tumors. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 106 (47), 19801-19806 (2009).
  43. Jensen, P. R., Peitersen, T., et al. Tissue-specific short chain fatty acid metabolism and slow metabolic recovery after ischemia from hyperpolarized NMR in vivo. J. Biol. Chem. 284 (52), 36077-36082 (2009).
  44. Gallagher, F. A., Kettunen, M. I., et al. Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate. Nature. 453 (7197), 940-943 (2008).
  45. Scholz, D. J., Janich, M. A., et al. Quantified pH imaging with hyperpolarized 13C-bicarbonate. Magn. Reson. Med. 73 (6), 2274-2282 (2015).
  46. Koellisch, U., Gringeri, C. V., et al. Metabolic imaging of hyperpolarized [1-(13) C]acetate and [1-(13) C]acetylcarnitine - investigation of the influence of dobutamine induced stress. Magn. Reson. Med. 74 (4), 1011-1018 (2015).
  47. Koellisch, U., Laustsen, C., et al. Investigation of metabolic changes in STZ-induced diabetic rats with hyperpolarized [1-13C]acetate. Physiol. Rep. 3 (8), (2015).
  48. Jensen, P. R., Meier, S., Ardenkjaer-Larsen, J. H., Duus, J. O., Karlsson, M., Lerche, M. H. Detection of low-populated reaction intermediates with hyperpolarized NMR. Chem. Commun. (34), 5168-5170 (2009).
  49. Koelsch, B. L., Keshari, K. R., Peeters, T. H., Larson, P. E. Z., Wilson, D. M., Kurhanewicz, J. Diffusion MR of hyperpolarized 13C molecules in solution. Analyst. 138 (4), 1011-1014 (2013).
  50. Golman, K., Ardenkjaer-Larsen, J. H., Petersson, J. S., Mansson, S., Leunbach, I. Molecular imaging with endogenous substances. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100 (18), 10435-10439 (2003).
  51. von Morze, C., Larson, P. E. Z., et al. Imaging of Blood Flow Using Hyperpolarized [(13)C]Urea in Preclinical Cancer Models. J. Magn. Reson. Imaging. 33 (3), 692-697 (2011).
  52. Chiavazza, E., Kubala, E., et al. Earth's magnetic field enabled scalar coupling relaxation of 13C nuclei bound to fast-relaxing quadrupolar 14N in amide groups. J. Magn. Reson. 227, 35-38 (2013).
  53. Jensen, P. R., Karlsson, M., Meier, S., Duus, J., Lerche, M. H. Hyperpolarized amino acids for in vivo assays of transaminase activity. Chem. - A Eur. J. 15 (39), 10010-10012 (2009).
  54. Gallagher, F. A., Kettunen, M. I., et al. Detection of tumor glutamate metabolism in vivo using 13C magnetic resonance spectroscopy and hyperpolarized [1-13C]glutamate. Magn. Reson. Med. 66 (1), 18-23 (2011).
  55. Chaumeil, M. M., Larson, P. E. Z., et al. Hyperpolarized [1-13C] glutamate: a metabolic imaging biomarker of IDH1 mutational status in glioma. Cancer Res. 74 (16), 4247-4257 (2014).
  56. Keshari, K. R., Wilson, D. M. Chemistry and biochemistry of 13C hyperpolarized magnetic resonance using dynamic nuclear polarization. Chem. Soc. Rev. 43 (5), 1627-1659 (2014).
  57. Nelson, S. J., Kurhanewicz, J., et al. Metabolic Imaging of Patients with Prostate Cancer Using Hyperpolarized [1-13C]Pyruvate. Sci. Transl. Med. 5 (198), (2013).
  58. Warburg, O. On the origin of cancer cells. Science. 123 (3191), 309-314 (1956).
  59. Warburg, O., Wind, F., Negelein, E. {Ü}ber den Stoffwechsel von Tumoren im K{ö}rper. Klin. Wochenschr. 5 (19), 829-832 (1926).
  60. Barnes, A. B., De Paepe, G., et al. High-Field Dynamic Nuclear Polarization for Solid and Solution. Biological NMR. Appl. Magn. Reson. 34 (3-4), 237-263 (2008).
  61. Koukourakis, M. I., Giatromanolaki, A., Sivridis, E., Gatter, K. C., Harris, A. L. Pyruvate dehydrogenase and pyruvate dehydrogenase kinase expression in non small cell lung cancer and tumor-associated stroma. Neoplasia. 7 (1), 1-6 (2005).
  62. Golman, K., Petersson, J. S. Metabolic Imaging and Other Applications of Hyperpolarized 13C1. Acad. Radiol. 13 (8), 932-942 (2016).
  63. Golman, K., Petersson, J. S., et al. Cardiac metabolism measured noninvasively by hyperpolarized 13C MRI. Magn. Reson. Med. 59 (5), 1005-1013 (2008).
  64. Merritt, M. E., Harrison, C., Storey, C., Jeffrey, F. M., Sherry, A. D., Malloy, C. R. Hyperpolarized 13C allows a direct measure of flux through a single enzyme-catalyzed step by NMR. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 104 (50), 19773-19777 (2007).
  65. Merritt, M. E., Harrison, C., Storey, C., Sherry, A. D., Malloy, C. R. Inhibition of carbohydrate oxidation during the first minute of reperfusion after brief ischemia NMR detection of hyperpolarized 13CO2 and H13CO3-. Magn. Reson. Med. 60 (5), 1029-1036 (2008).
  66. Hu, S., Chen, A. P., et al. In vivo carbon-13 dynamic MRS and MRSI of normal and fasted rat liver with hyperpolarized 13C-pyruvate. Mol. imaging Biol. MIB Off. Publ. Acad. Mol. Imaging. 11 (6), 399-407 (2009).
  67. Kohler, S. J., Yen, Y., et al. In vivo 13 carbon metabolic imaging at 3T with hyperpolarized 13C-1-pyruvate. Magn. Reson. Med. 58 (1), 65-69 (2007).
  68. Hu, S., Lustig, M., et al. 3D compressed sensing for highly accelerated hyperpolarized (13)C MRSI with in vivo applications to transgenic mouse models of cancer. Magn. Reson. Med. 63 (2), 312-321 (2010).
  69. Kurhanewicz, J., Vigneron, D. B., et al. Analysis of cancer metabolism by imaging hyperpolarized nuclei: prospects for translation to clinical research. Neoplasia. 13 (2), 81-97 (2011).
  70. Schroeder, M. A., Cochlin, L. E., Heather, L. C., Clarke, K., Radda, G. K., Tyler, D. J. In vivo assessment of pyruvate dehydrogenase flux in the heart using hyperpolarized carbon-13 magnetic resonance. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105 (33), 12051-12056 (2008).
  71. Zierhut, M. L., Yen, Y. -F., et al. Kinetic modeling of hyperpolarized 13C1-pyruvate metabolism in normal rats and TRAMP mice. J. Magn. Reson. 202 (1), 85-92 (2010).
  72. Dennis, L. K., Resnick, M. I. Analysis of recent trends in prostate cancer incidence and mortality. Prostate. 42 (4), 247-252 (2000).
  73. Jambor, I., Borra, R., et al. Functional imaging of localized prostate cancer aggressiveness using 11C-acetate PET/CT and 1H-MR spectroscopy. J. Nucl. Med. 51 (11), 1676-1683 (2010).
  74. Presti, J. C. J., Hricak, H., Narayan, P. A., Shinohara, K., White, S., Carroll, P. R. Local staging of prostatic carcinoma: comparison of transrectal sonography and endorectal MR imaging. AJR. Am. J. Roentgenol. 166 (1), 103-108 (1996).
  75. Schulte, R. F., Sacolick, L., et al. Transmit gain calibration for nonproton MR using the Bloch-Siegert shift. NMR Biomed. 24 (9), 1068-1072 (2011).
  76. Durst, M., Koellisch, U., et al. Comparison of acquisition schemes for hyperpolarised (1)(3)C imaging. NMR Biomed. 28 (6), 715-725 (2015).
  77. Janich, M. A., Menzel, M. I., et al. Effects of pyruvate dose on in vivo metabolism and quantification of hyperpolarized (1)(3)C spectra. NMR Biomed. 25 (1), 142-151 (2012).
  78. Harrison, C., Yang, C., et al. Comparison of kinetic models for analysis of pyruvate-to-lactate exchange by hyperpolarized 13 C NMR. NMR Biomed. 25 (11), 1286-1294 (2012).
  79. Gómez Damián, P. A., Sperl, J. I., et al. Multisite Kinetic Modeling of (13)C Metabolic MR Using [1-(13)C]Pyruvate. Radiol. Res. Pract. 2014, (2014).
  80. Talbot, J. -N., Gutman, F., et al. PET/CT in patients with hepatocellular carcinoma using [(18)F]fluorocholine: preliminary comparison with [(18)F]FDG PET/CT. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 33 (11), 1285-1289 (2006).
  81. Reeder, S. B., Pineda, A. R., et al. Iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation (IDEAL): application with fast spin-echo imaging. Magn. Reson. Med. 54 (3), 636-644 (2005).
  82. Laustsen, C., Ostergaard, J. A., et al. Assessment of early diabetic renal changes with hyperpolarized [1-(13) C]pyruvate. Diabetes. Metab. Res. Rev. 29 (2), 125-129 (2013).
  83. Serrao, E. M., Brindle, K. M. Potential Clinical Roles for Metabolic Imaging with Hyperpolarized [1-(13)C]Pyruvate. Front. Oncol. 6, 59(2016).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

MRSI 13C13DNPPC313CNMR
Hyperpolarized 13 ספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית מטבולית C והדמיה
צור קשר
המלצה לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.