Name: שימוש פנטום אנזים יחיד דינמי רב-תא ללימודים של סוכני תהודה מגנטית Hyperpolarized (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: למדו מדידת המרת פירובט מותמר ללקטט באמצעות MRI בסביבת פנטום מבוקרת. שיטה זו מאפשרת חקר תהליכים מטבוליים רלוונטיים לאבחון סרטן ומחלות נוספות.

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

עבודה זו נתמכה על ידי מענק CPRIT (RP140021-P5) וכן בפרס אימון מחקר ג&#39;וליה ג&#39;ונס מתיוס Cancer Research Scholar CPRIT (RP140106, CMW).

הערה: (עיצוב פנטום) שני 3 מיליליטר תאי היו במכונה מתוך Ultem מצויד צינורות צצים (OD 1.5875 מ&quot;מ 0.762 מ&quot;מ ID) להזרקה ופליטה. לשכות הונחו צינור צנטריפוגות 50 מ&quot;ל מלא מים (איור 1). כדי למנוע חללי אות נוצרו על ידי בועות, לתאים והתורים היו מראש מלאים מים ללא יונים (DH 2 O). 1. פתרון כנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 1 פתרון חיץ L (81.3 מ&quot;מ טריס pH 7.6, 203.3 מ&quot;מ NaCl). תשקלי 11.38 גבישים מוגדרים מראש גרם Trizma pH 7.6 ו 11.88 גרם NaCl ו להתמוסס 1 ליטר של DH 2 O. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן 50 פתרון המ&quot;מ NADH. תשקול 17.8 מ&quot;ג של dinucleotide אדנין β-nicotinamide (NADH), מופחת מלח dipotassium ו להתמוסס 280 μl של פתרון החיץ שהוכן בצעד אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן 250 U / ml אנזימי פתרון. תשקלו 78.75 יחידות פעילות של לקטט דהידרוגנאז (LDH) ו להתמוסס 315 חיץ μl מסעיףTEP אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכינו תערובת פירובט. תשקלי 21.4 מ&quot;ג Ox063 trityl הרדיקלי מתמוססים 1.26 גרם (~ 1 מ&quot;ל) [1 13 C] פירובט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן התקשורת פירוק (40 מ&quot;מ טריס pH 7.6, 40 mM NaOH, 0.27 mM EDTA ו -50 מ&quot;מ NaCl). תשקלי 5.96 גרם של pH גבישים מוגדרים מראש Trizma 7.6, 1.6 גרם של NaOH, 0.1 גרם מייבשים מלח disodium ethylenediaminetetraacetic חומצה (EDTA) ו -2.9 גרם NaCl ו להתמוסס 1 L DH 2 O. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 01:10 פתרון gadoteridol (50 מ&quot;מ). מערבבים 1 μl של gadoteridol ב 9 μl של DH 2 O. הכנת 8 M [13 C] אוריאה. תשקול 1.465 5 [13 C] אוריאה מתמוססת 3 מיליליטר DH 2 O. </li></ol> 2. הכנת Hyperpolarized פירובט <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתוך כוס מדגם עבור קיטוב גרעיני דינמי (DNP) מערכת, פיפטה 0.3 μl של פתרון gadoteridol ו -13 מ&quot;ג (~ 10 μl) של הפתרון פירובט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקצרה מערבבים את התערובת בתוך הכוס המדגם עם קצה פיפטה. &lt;/ Li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס לדוגמא למערכת DNP. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא את הדלת למערכת DNP סגורה. תוכלו להתחיל את תהליך הכניסה המדגם על ידי לחיצה על כפתור מדגם להוסיף על קונסולת מערכת DNP. על אשף המדגם לבחור מדגם ולחץ נורמלים הבאה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמירה על כוס המדגם אנכית בעדינות למקם את מוט הכניסה מעל החלק העליון של הכוס המדגמת. כשיתבקש, לפתוח את מערכת DNP והכנס את הכוס לתוך כנס הטמפרטורה משתנה (VTI) באמצעות מוט הכניסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משוך על הבוכנה בסוף מוט הכניסה המדגמת לשחרר המדגם במדד הטמפרטורה משתנה. הסר את מוט הכניסה מדגם מהמערכת ולחץ על הכפתור הבא על מסוף מערכת DNP. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליזום את הקיטוב. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על כפתור ה הקיטוב התחלה על קונסולת מערכת DNP. בשנות ה .HYPERSENSENMR סוג התוכנה RINMR להשיק הקיטוב תוכנת ניטור. הגדר להצטבר התצורה 1 ולחצו אנטר. לאחר מכן לחץ מוצק לבנות up. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את המיקום והשם של הקובץ ולשמור. בחר את הפרופיל ל -13-C הנפתחת לשוני מסוף מערכת DNP ולחץ הבא. סמן את התיבה כדי לדגום בזמן המירוץ, זמן מדגם מוגדר 300 שניות ולחץ על סיום. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את 3.85 גרם (~ 4 מ&quot;ל) של התקשורת פירוק או לפי נפח עם מזרק 5 מ&quot;ל או לפי משקל באמצעות סולם. </li></ol> 3. הכנה של פנטום האנזים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלאו צינור microcentrifuge עם ~ 3 מ&quot;ל [13 C] פתרון אוריאה ולמקם אותו בצינור צנטריפוגות 50 מ&quot;ל. מלאו את צינור צנטריפוגות 50 מ&quot;ל עם DH 2 O. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טרום למלא את שני תאי אנזים ואת הקווים עם DH 2 O על ידי הזרקה ~ 3 מיליליטר DH 2 O לתוך קווי ההזרקה של הפנטום, מקפידה לשטוף כל בועות נוצרות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הרפאים במרכז המגנט עם גישה קלה לקווי ההזרקה. ודא שיש כמה מיכל לתפוס את הנוזל כי יפרוק אל t<html> הוא קו הפליטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תערובת האנזים פעילות גבוהה (17.14 מ&quot;מ NADH, 44.57 LDH U / ml). מערבבים יחד 240 פתרון NADH μl, 125 μl פתרון LDH ו -335 חיץ μl ולשמור על מזרק 3 מ&quot;ל שניתן המצורפת בקו ההזרקה. הערה: לאחר בשילוב עם 500 μl של 40 פירובט מ&quot;מ ממערכת DNP, היקף פאנטום הסופי יהיה 1.2 מ&quot;ל עם ריכוזים של 16.7 מ&quot;מ פירובט, 10 מ&quot;מ NADH, ו -26 U / L LDH בתמיסה שנאגרו טריס עם pH ~ 7.5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תערובת האנזים פעילות נמוכה (17.14 מ&quot;מ NADH 26.79 U / ml LDH) מערבבים יחד 240 פתרון NADH μl, 75 μl פתרון LDH ו 385 חיץ μl ולשמור בתוך מזרק מ&quot;ל 3 נפרדת היכולה להיות מחוברים בקו ההזרקה. הערה: לאחר בשילוב עם 500 μl של 40 פירובט מ&quot;מ ממערכת DNP נפח פאנטום הסופי יהיה 1.2 מ&quot;ל עם ריכוזים של 16.7 מ&quot;מ פירובט, 10 מ&quot;מ NADH, ו 15,625 U / L LDH בתמיסה שנאגרו טריס עם pH ~ 7.5 . </li></ol><html> jove_title &quot;&gt; 4. להפעיל את כל אבטחת איכות (QA) וסריקות מיצוב <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מיצוב ראשוני. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען סריקת מיצוב FLASH חדשה במצב מבצע [1 ח] במצב נפח TX / RX. שינוי להגדיר ממדים 2: כלי בקרה ספקטרומטר -&gt; GS ערוך -&gt; מידות התקנה -&gt; 2. לחצו GSP על הפיקוח ספקטרומטר ולעבור רפאים עד שמרכזה המגנט. לחץ STOP ואז הרפובליקנים לחץ על Control ספקטרומטר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סריקת פיילוט. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען סריקת מיצוב TriPiolt חדשה במצב מבצע [1 ח] במצב נפח TX / RX. התפקיד Slice: בקרת סריקה -&gt; Slice בארון כלים&gt; להעביר פרוסות (להחזיק M לחץ על מקש וגרור; פרוסה בחר להעביר את מחוון החבילה הפרוסה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנענע 1 H קויל: כלי בקרה ספקטרומטר -&gt; ACQ -&gt; לנענע. Tune ומתאימים 1 H סליל מאחורי STOP מגנט ולחץ. תוך כדי לחיצה על כל מקש SHIFT הרמזור על חלון בקרת הסריקה. </li></ol></li></ol>class = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. הגדרת רדיאלי הד מישורי Spectral Imaging סריקה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען הדמיה ספקטרוסקופיות מישוריים הד חדש רדיאלי (radEPSI) סריקה במצב פעולה [13 C] במצב נפח TX / RX. התפקיד Slice: כלי Slice בשלט הסריקה ופרוס לזוז (להחזיק M לחץ על מקש וגרור; פרוסה בחר להעביר את מחוון החבילה הפרוסה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנענע 13 C סליל ידי לחיצת כלי בקרת ספקטרומטר -&gt; ACQ -&gt; לנענע. קבע את הרווח מהמקלט 1,000-2,000 על ספקטרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את בדיקת המערכת הסופית. בהתאם רצף, להתבונן אות פחמן 13 מהאולם אוראה פרוטוקול הסקאוט. הערה: פעולה זו מבטיחה כי המערכת מוגדרת כראוי לפני תחילת תהליך פירוק בלתי הפיך. </li></ol> 6. פירוק הפעלה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר פירובט השיג&gt; 90% קיטוב (~ 1 שעה), פתרונות הפנטום מוכנים והסריקה מוגדרת ללחוץ על כפתור הפירוק לרוץ על סאי DNPגזע המסוף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר יתבקש להעביר את מקל הפירוק למצב ההפעלה שלה ולהזריק תקשורת פירוק. סגור את מערכת DNP ולחץ על הכפתור סיים על קונסולת מערכת DNP. זז מקל פירוק חזרה נחתי עמדה כשתתבקש מכן לחץ על סיום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כשהמערכת DNP מספק את פירובט hyperpolarized (~ 2 דקות לאחר תחילת חימום) לסגת 500 μl של פתרון פירובט לתוך כל המזרקים פתרון ריכוז האנזים גבוה ונמוך. לאט (~ 10 שניות) להזריק מזרק אחד לתוך בקו ההזרקה. הערה: סריקה, הייתה יכולה להתרחש לפני ההזרקה או בכל עת עד 3 דקות לאחר ההזרקה בהתאם לפרוטוקול סריקה בשימוש. </li></ol> עיבוד תמונה 7. הערה: זה פנטום מתוכנן לשימוש עם אסטרטגיות הדמיה רבות. ראה 2 איור, כדוגמה את אופן הצגת תמונות rad-EPSI עובדו באמצעות Matlab. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען נתונים גולמיים מקובץ fid. Reshape הנתונים כדי להתאים את מספר התחזיות, קריא נקודות, הדים וחשבון עבור נתונים המאוחסנים כזוגות אמיתיים ומדומים. הפרד את נקודות הד זוגיים ואי-זוגיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התמרת גם ההדים אפילו או מוזר לאורך ממדים הד. ראייה לזהות את התדרים עבור פירובט ומיניקות. לשם פשטות הערך המוחלט של הספקטרום היה בשימוש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפרד בין הלהקה המטבוליט ו התמרת לאורך כיוון לקודד בתדירות להניב sinograms מבודד לכל המטבוליט. ראדון הופכים להפוך את sinograms הנפרד לייצר תמונה או של לקטט או פירובט. </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>

פרסום מאמר וידאו זה נתמך על ידי תאגיד Bruker.

הדמיה בזמן אמת של מטבוליטים hyperpolarized יש אתגרים ייחודיים רבים עבור עיצוב רצף, אימות, ובקרת איכות. היכולת לפתור ההטרוגניות spatiotemporal רפאים מציעה פוטנציאל קליני משמעותי, אבל מונע שיטות QA ואימות הקשורים MRI קונבנציונלי. רצפי הדמיה מורכבים או אלגוריתמי שיקום יכולים להיות תלות עדינה אשר הופכת אותם קשה לאפיין או לאמת מחוץ ניסוי ההדמיה. ההטרוגניות ביולוגית חששות מעשיים אחרים להגביל את השימוש in vivo ו במודלים חוץ גופית לאפיין או לאמת רצפים, חומרה או ...

ההשפעה הקלינית של תהודה מגנטית hyperpolarized (MRI) של 13 תרכובות C שכותרתו תלויה באופן מכריע ביכולתה למדוד את שיעורי המרה כימיים באמצעות הדמית ספקטרוסקופיות ספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית בזמן אמת 1-5. במהלך רצף פיתוח ואימות, המרה כימית דינמי מושגת באמצעות כלל in vivo או במודלים במבחנה 6-9 המציעים מלא שחזור מוגבלים. לבדיקה חזקה והבטיח איכות, מערכת מבוקרת יותר השומרת על ההמרה הכימית אנדמית מדידה זו תהיה בחירה מועדפת. אנו להתוות שיטה להשיג המרה זו באופן לשחזור באמצעות רפאי אנזים יחידים דינמיים. רוב המחקרים עם hyperpolarized 13 סוכני C להתמקד הדמית מצעי hyperpolarized בסביבה ביולוגית מתפקדת. זוהי הבחירה הברורה אם המטרה היא ללמוד ביולוגיאל מעבדת או לקבוע פוטנציאל להשפעה על טיפול קליני. עם זאת, אם אפיון של כמה אלגוריתם עיבוד מדידת מערכת או נתונים רצויים, מודלים ביולוגיים יש חסרונות רבים כגון השתנות במרחב ובזמן טמונה 10. עם זאת, רוחות רפאים סטטי קונבנציונליות חסרות את המרה הכימית שמניעה את העניין הקליני הראשוני MRI של מצעי hyperpolarized, ולא ניתן להשתמש בם כדי לאפיין זיהוי של שיעורי המרה או פרמטרים דינמיים אחרים 11. שימוש במערכת אנזים אחד אנו יכולים לספק המרה כימית לשליטה לשחזור, המאפשר בדיקה קפדנית של אסטרטגיות הדמיה דינמיות. מערכת זו מופנית חוקרים מטעמו מפתחים אסטרטגיות הדמיה מצעים hyperpolarized ומאחלים לאפיין ביצועים להשוואה נגד גישות חלופיות. אם מדידות סטטי הן נקודת הסיום הרצויה ואז סטטי 13 המטבוליט-הנקרא C פנטומי wiיהיה להספיק 11. בצד השני אם אפיון ביולוגי מורכב יותר הוא קריטי השיטה (משלוח, וצפיפות תאית, וכו &#39;) ולאחר מכן מודלים ביולוגיים בפועל יהיו צורך 12-14. מערכת זו היא אידיאלית עבור הערכה של אסטרטגיות הדמיה כי מטרתנו היא לספק מדד כמותי של שיעורי המרה כימית לכאורה.

<table><tbody><tr><td>BioSpect 7T</td><td>Bruker</td><td>BioSpec 70/30 USR</td><td>7 טסלה סורק MRI פרה-קליני</td></tr><tr><td>HyperSense</td><td>Oxford Instruments</td><td>Hypersense DNP Polarizer</td><td>Dynamic Nuclear Polarizer לסוכני MRI</td></tr><tr><td>1-13C-חומצה פירווית</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>677175</td><td>פחמן 13 חומצה פירובית מסודרת</td></tr><tr><td>טריטיל רדיקל</td><td>GE Healthcare</td><td>OX063</td><td>רדיקלים חופשיים המשמשים בקיטוב גרעיני דינמי</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>Ethylenediaminetetraacetic acid</td></tr><tr><td>LDH</td><td>Worthingthon</td><td>LS002755</td><td>Lactate Dehydrogenase משריר הארנב</td></tr><tr><td>NADH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N4505</td><td>&beta;-ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד, מלח דיפוטסיום מופחת</td></tr><tr><td>Trizma</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T7943</td><td>Trizma גבישים מוגדרים מראש</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S7653</td><td></td></tr></tbody></table>

שימוש פנטום אנזים יחיד דינמי רב-תא ללימודים של סוכני תהודה מגנטית hyperpolarized

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

הדמיה של מצעים hyperpolarized ידי תהודה מגנטית נראה מבטיח קליני גדול להערכת תהליכים ביוכימיים קריטיים בזמן אמת. עקב אילוצי יסוד שקבעו מדינת hyperpolarized, טכניקות הדמיה ושחזור אקזוטיות נמצאות בשימוש נפוץ. מערכת מעשית לאפיון של שיטות הדמיה דינמית, רב-ספקטרלי נדרש אנושות. מערכת כזו חייבת reproducibly לשחזר את הדינמיקה הכימית הרלוונטית של רקמות נורמליות ופתולוגיים. מצע השימוש הנרחב ביותר עד כה הוא hyperpolarized [1- 13 C] -pyruvate להערכת מטבוליזם הסרטן. אנו מתארים מערכת פנטום אנזים מבוסס שמתווך ההמרה של פירובט כדי לקטט. התגובה היא יזמה על ידי הזרקה של סוכן hyperpolarized לתאים מרובים בתוך הרפאים, שכל אחד מהם מכיל ריכוזים שונים של חומרים כימיים כי לשלוט על קצב התגובה. תאים מרובים נחוצים על מנת להבטיח כי הר&quot;ירצפים גינג בנאמנות ללכוד את ההטרוגניות המרחבית המטבולית של רקמת גוף. מערכת זו תסייע הפיתוח ותיקוף אסטרטגיות הדמיה מתקדמות על ידי מתן דינמיקה כימית שאינן זמינים מרווחות רפאים קונבנציונליים, כמו גם מלא שחזור זה לא אפשרי in vivo.

תמונות 2D Slice-סלקטיבית נרכשו באמצעות רצף תמונת מצב radEPSI. תמונות המטבוליט שוחזרו באמצעות הקרנה הסתננה. התמונות המטבוליט היו מיושרים היטב עם תמונות פרוטון, כפי שניתן לראות באיור 2. בשנת hyperpolarized מערכת זו אות לקטט יכול להיווצר רק מהמרת האנזימטית של פירובט hyperpolarized. באיור 4, לתא התחתון, עם ריכוז LDH גבוה, יש לקטט חזק אות פירובט חלשה לעומת לתא העליון. באמצעות אותות המטבוליט יחסית כמו הערכה של ריכוז האנז...

פנטום דינמי רב-תאים משמש לדמות ביולוגיה מעניינת למחקרים מטבוליים באמצעות סוכני תהודה מגנטים היפר-פולריזציה.

שימוש פנטום אנזים יחיד דינמי רב-תא ללימודים של סוכני תהודה מגנטית Hyperpolarized

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

המטרה הכוללת של הליך זה היא למדוד את ההמרה של פירובט בהיפר-פולריזציה ללקטט באמצעות דימות תהודה מגנטית או MRI בסביבת פנטום מבוקרת. שיטה זו יכולה לסייע במתן תשובות לשאלות מפתח בתחום ה-MRI בהיפר-פולריזציה, כגון יכולתו של מערכת לזהות המרה כימית של פירובט באמצעות תהודה מגנטית. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שההמרה הכימית של פירובט מתבצעת באופן דומה למטבוליזם in vivo, אך היא ניתנת לשליטה ולשחזור רב יותר מאשר במערכות חיות.להשלכות של טכניקה זו יש השלכות על אבחון סרטן, מכיוון שההמרה המוגברת של pyruvate ל-lactate, הנפוצה ברוב סוגי הסרטן, מדומית על ידי סביבת הפנטום. למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי סרטן, ניתן ליישמה גם בדימויים מטבוליים אחרים, כגון מטבוליזם של הלב. באופן כללי, אנשים שאינם מכירים את השיטה עשויים להתקשות, מכיוון שהמגבלות הזמניות הגלומות במדיה היפר-פולריזית הן קצרות.הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית, שכן שלבי ההמסה והפליטה קשים ללמידה מכיוון שהם חייבים להתרחש במהירות ולבצעם בדיוק רב. יש להעביר בעזרת פיפט לתוך כוס דגימה עבור מערכת קיטוב גרעיני דינמי (DNP) כ-0.3 µL של תמיסת הגדוטרידול ו-13 mg של תמיסת חומצה פירובית. יש לערבב בקצרה תערובת זו בתוך כוס הדגימה באמצעות קצה של פיפט.התחילו את תהליך הכנסת הדגימה על ידי לחיצה על כפתור הכנסת הדגימה (insert sample) בקונסולת מערכת ה-DNP. באשף הדגימות בחרו בדגימה רגילה (normal sample) ולחצו על הבא (next). תוך שמירה על כוס הדגימה במצב אנכי, הניחו בעדינות את מוט ההכנסה מעל חלקו העליון של כוס הדגימה.כאשר תתבקשו, פתחו את מערכת ה-DNP והכניסו את הכוס אל תוך התושבת בעלת הטמפרטורה המשתנה באמצעות מוט ההכנסה. משכו את הבוכנה בקצה מוט הכנסת הדגימה כדי לשחרר את הדגימה אל תוך התושבת בעלת הטמפרטורה המשתנה. הוציאו את מוט הכנסת הדגימה מהמערכת ולחצו על כפתור ה-next בקונסולת מערכת ה-DNP.לאחר מכן, התחל את הקוטב化 על ידי לחיצה על כפתור ה-polarise sample בקונסולת מערכת ה-DNP. בתוכנת ה-RINMR הקלד HYPERSENSENMR כדי לעבור לתוכנת ניטור הקוטב化. הגדר את ה-build up configuration ל-one ולחץ על enter.לאחר מכן לחצו על solid build up. לאחר קביעת המיקום והשם של קובץ השמירה, בחרו בפרופיל עבור carbon 13 בתפריט הנפתח בלוח הבקרה של מערכת ה-DNP. לחצו על next.סמנו את תיבת הסימון כדי לאפשר דגימה במהלך שלב ה-build up. הגדירו את זמן הדגימה ל-300 שניות ולחצו על finish up. לבסוף, מדדו 3.85 גרם של תמיסות ההמסה, או לפי נפח באמצעות מזרק של 5 מיליליטר או לפי משקל באמצעות מאזניים.מקמו את הפנטום במרכז המגנט עם גישה נוחה לקווי ההזרקה. ודאו שקיים מכל לאיסוף הנוזל שיפלוט לקו הפליטה. הכינו את תערובת האנזים בעלת הפעילות הגבוהה על ידי ערבוב של 240 µL של תמיסת NADH, 125 µL של תמיסת LDH ו-335 µL של בופר.שמרו את התמיסה במזרק של 3 ml שניתן לחבר לקו ההזרקה. לאחר מכן, הכינו את תערובת האנזימים בעלת הפעילות הנמוכה על ידי ערבוב של 240 µL של תמיסת NADH, 75 µL של תמיסת LDH ו-385 µL של בופר. שמרו תערובת זו במזרק נפרד של 3 ml שניתן לחבר לקו ההזרקה.כדי לבצע מיקום ראשוני, טענו סריקת לוקליזציה (localizer scan) חדשה. בצעו תנועות קטנות (Wobble) לסליל הפרוטונים על ידי בחירה ב-Acq/Reco. הציגו ופתחו את פלטפורמת הכיוונון.בפאנל הכיוונון (adjustment panel) בחרו ב-Wobble Adjust ולחצו על Open. הגדירו את רוחב הסריקה (sweep width) ל-10 MHz ולחצו על set up. לאחר רגע, כיוון התהודה וההתאמה (tuning and matching) של סלילי הפרוטונים אמורים להופיע בחלון הרכישה (acquisition window).בצעו Wobble לסליל הפחמן על ידי שינוי רכיב הסליל ל-13C או לרכיב שני, והגדרת רוחב הסריקה (sweep width) לחמישה megahertz. לאחר רגע, הכוונה (tuning) וההתאמה (matching) של סלילי הפחמן אמורות להופיע בחלון הרכישה; אם הכוונה תקינה, לחצו על stop. כדי לחזור לבקרת הסריקה, לחצו על apply, לאחר מכן על back, ולבסוף לחצו על continue כדי להתחיל את הסריקה.חיוני שהסריקה בשלב זה תוגדר במלואה לפני תחילת ההמסה. לאחר שההמסה החלה, אין להפסיקה, ויהיה זמן קצר מאוד להתאמת פרמטרי הרצף לפני הזרקת ה-pyruvate ההיפר-פולרי.הגדירו את עובי הפרוסה ל-30 millimeters כדי לכסות את כל תא התגובה. הגדירו את מצב הפעולה ל-carbon 13 על ידי בחירה בלשונית המערכת ושינוי מצב הפעולה ל-13C transmit receive. ברגע שהפירובט הגיע לרמת קיטוב של יותר מ-90%, התמיסות והפנטום מוכנים והסריקה מוגדרת.לחצו על כפתור הפעלת ההמסה (run dissolution) בקונסולת מערכת ה-DNP. כאשר תופיע הבקשה, העבירו את מקל ההמסה למצב העבודה והזריקו את מדיום ההמסה. סגרו את מערכת ה-DNP ולחצו על כפתור הסיום (finished) בקונסולת מערכת ה-DNP.חשוב שהזרקת הפירובאט והאנזים תבוצע בצורה חלקה. הדבר יבטיח שתערובת האנזים תערבב כראוי ותסופק לתא הפנטום לפני השלמת ההמרה הכימית. כאשר מערכת ה-DNP מספקת את שאיבת הפירובאט ההיפר-פולרי, מוזרקים 500 µL של תמיסת הפירובאט לתוך כל אחת ממזרקי התמיסות בריכוז אנזים גבוה ונמוך.הזריקו לאט כל מזרק לתוך קו הזרקה. ניתן להתחיל את הסריקה לפני ההזרקה או מיד אחריה, בהתאם לפרוטוקול הסריקה שבו משתמשים. לאחר השלמת ההמסה, החזירו את מוט ההמסה לעמדת המנוחה כאשר תתבקשו לכך, ולאחר מכן לחצו על סיום.תוצאות מייצגות של רצף דימוי ספקטרלי מסוג radio echo planar מוצגות כאן. תמונת הפירובט מראה אות פירובט חזק בשני הפרוזדורים. תמונת הלכתאט מראה אות לכתאט חלש יותר, אך הוא עדיין ממוקם בפרוזדורים.ניתן להשתמש ביחס האות של לקטט ופירובט בהיפר-פולריזציה כדי להעריך את הפעילות האנזימטית בכל תא. יחסי האות בכל תא תואמים לפעילות האנזימטית הקיימת. לאחר רכישת המיומנות, ניתן לבצע טכניקה זו בתוך שעה אחת.בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לזכור להכין את תערובת הפנטום ואת רצף הדמיה לפני תחילת תהליך ההמסה. בהמשך לפרוצדורה זו, ניתן להשתמש בסוכנים ואנזימים היפר-פולריים אחרים כדי לענות על שאלות נוספות, כגון מידת היכולת של רצף מסוים להדמות תגובות כימיות אחרות. טכניקה זו סוללת את הדרך עבור חוקרים בתחום ה-MRI ההיפר-פולרי לבחון את ביצועי הרצף באמצעות פנטומים הניתנים לשחזור.לאחר צפייה בסרטון זה, תגמירו להבין כיצד להכין תערובת אנזימים כדי להקל על המרת פירובט בהיפר-פולריזציה ללקטט, וכיצד לבצע פולריזציה של פירובט מועשר ב-carbon 13 לצורך דימות. זכרו שעבודה עם שדות מגנטיים חזקים עלולה להיות מסוכנת ביותר, ויש לנקוט תמיד באמצעי זהירות, כגון הגבלה של הגישה לחדר הסריקה.

use-multi-compartment-dynamic-single-enzyme-phantom-for-studies

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

הייצור של קסנון hyperpolarized באמצעות ספין חילופים אופטיים שאיבה (סאופ) מתואר. שיטה זו מניבה ~ 10,000 שיפור של פי קיטוב הספין הגרעיני של Xe-129 ויש יישומים בספקטרוסקופיה תהודה המגנטית הגרעיניות והדמיה. דוגמאות למצב גזים וניסויי פתרון מדינה מקבלות.

קסנון hyperpolarized לNMR ו-MRI יישומים

מחלות Neuromuscular לעתים קרובות מפגינה שונה ובזמן, פתולוגיה הטרוגנית, ורב-פן מרחבית. מטרת פרוטוקול זה היא לאפיין הפתולוגיה הזאת בשיטות הדמיה בתהודה מגנטית לא פולשנית.

דימות תהודה מגנטית כמותי של מחלת שריר שלד

שיפור הרגישות המסופק על ידי קיטוב גרעיני דינמי של פירוק (DNP) מאפשר מעקב אחר תהליכים מטבוליים בזמן אמת על ידי NMR ו-MRI. נדונים המאפיינים והביצועים של מערך DNP ייעודי לפירוק המיועד לחקר תגובות אנזימטיות.

פירוק דינמי גרעיני קיטוב Instrumentation מדידות קצב התגובה האנזימטית בזמן אמת על ידי התמ&quot;ג

תהודה מגנטית אלקטרונית חדשה (EPR) שיטה, מהירה סריקה EPR (RS-EPR), מודגם הדמיה מרחבית רפאים 2D אשר עדיפה על גל מתמשך המסורתית (CW) טכניקה ופותח מקומות חדשים בתחום ההדמיה vivo. תוצאות הם הפגינו ב 250 MHz, אבל הטכניקה ישימה בתדירות כלשהי.

ראפיד סריקת אלקטרונים פאראמגנטיים תהודה פותחת אפיקים חדשים עבור פרמטרים חשובים מבחינת פיזיולוגית ההדמיה<em&gt; In vivo</em

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.

Hyperpolarized 13 ספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית מטבולית C והדמיה

מטרת עבודה זו היא לתאר את פרוטוקול ליצירת פאנטום שומן-מים מעשי יכול להיות מותאם אישית כדי לייצר מטוסי פאנטום עם אחוזי שומן שונים ואמצעי אחסון.

שומן-מים פאנטום עבור אימות תהודה מגנטית: פרוטוקול מדרגיים וגמישים

אנו מציגים פרוטוקול כדי למדוד את התלות בשדה המגנטי של זמן ההרפיה של רשת הסחרור של 13C-תרכובות מועשר, היפרקוטביות באמצעות פולריזציה גרעינית דינמית, תוך שימוש במהירות מהירה על אופניים בשדה. באופן ספציפי, הדגמנו את זה עם הפירובט [1-13ג], אבל הפרוטוקול יכול להיות מורחב לשני מצעים היפרקוטב אחרים.

מדידת רשת ספין-סריג הרפיה השדה המגנטי של היפרקוטב [1-13ג] פיבט

אנו מתארים מערך ניסיוני לניהול מטבוליטים היפרפולריים 13בעלי תווית C במצב זילוח רציף ללב עכבר מבודד ומחורר. גישה ייעודית לרכישת 13C-NMR אפשרה לכמת את פעילות האנזים המטבולי בזמן אמת, וניתוח מולטי-פרמטרי של 31P-NMR איפשר לקבוע את תכולת ה-ATP וה-pH של הרקמה.

חקירת חילוף החומרים הלבבי בלב עכבר מבודד עם היפרפולריזציה [1-13C] פירובט וספקטרוסקופיית NMR 13C/31P

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לקבלת תמונות תהודה מגנטית באיכות גבוהה מסוג קסנון היפרפולרי, המכסה חומרה, תוכנה, רכישת נתונים, בחירת רצפים, ניהול נתונים, ניצול מרחב k וניתוח רעשים.

פתרון בעיות ואבטחת איכות בדימות תהודה מגנטית קסנון היפר-מקוטב: כלים לרכישת תמונה באיכות גבוהה

פרוטוקול זה משלב מערכת ביו-ריאקטור שנבנתה בהתאמה אישית עם ספקטרוסקופיה של ¹³C NMR היפרפולרית כדי למדוד מטבוליזם פירובט בזמן אמת בתאים חיים, ולשפר את יכולת השחזור והדיוק הקינטי עבור מחקרים מטבוליים ויישומי סינון תרופות.

זיהוי מטבולי בזמן אמת בתאים חיים באמצעות תמ"ג היפרפולרי 13C

למדו מדידת המרת פירובט מותמר ללקטט באמצעות MRI בסביבת פנטום מבוקרת. שיטה זו מאפשרת חקר תהליכים מטבוליים רלוונטיים לאבחון סרטן ומחלות נוספות.

שימוש פנטום אנזים יחיד דינמי רב-תא ללימודים של סוכני תהודה מגנטית Hyperpolarized

גלה סרטונים נוספים