Name: Hyperpolarized 13 ספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית מטבולית C והדמיה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 43 s
Description: למד ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית של פחמן-13 מותמר בקיטוב גרעיני דינמי לחקר מטבוליזם בסרטן הערמונית. שיטה זו מאפשרת מעקב בזמן אמת אחרי פעילות האנזים לקטט דהידרוגנאז בתאי PC3.

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

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".

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

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...

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. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54751/54751fig1.jpg"> 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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54751/54751fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 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 (&gt; 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. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54751/54751fig1.jpg"> 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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54751/54751fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 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 &lt;sup&gt; 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.

<table><tbody><tr><td>HyperSense DNP Polariser</td><td>Oxford Instruments</td><td></td><td>3.35 T היפרפולרייזר DNP פרה-קליני</td></tr><tr><td>GE/Agilent MR901</td><td>GE Healthcare/Agilent Technologies</td><td></td><td>7 T סורק MRI פרה-קליני, עם קדח קטן המיועד לניסויים על מכרסמים</td></tr><tr><td>Spinsolve Carbon</td><td>Magritek</td><td></td><td>1 T ספקטרומטר NMR עם מגנט קבוע</td></tr><tr><td>תחמוצת דאוטריום</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>7789-20-0</td><td></td></tr><tr><td>נתרן פוספט דו-בסיסי</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>7558-79-4</td><td></td></tr><tr><td>נתרן פוספט מונבייסי</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>7558-80-7</td><td></td></tr><tr><td>נתרן הידרוקסיד</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>1310-73-2</td><td></td></tr><tr><td>דיסודיום אדטט</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>6381-92-6</td><td></td></tr><tr><td>חומצה פירובית - 13C1</td><td>מעבדות איזוטופים של קיימברידג'</td><td>CLM-8077-1</td><td></td></tr><tr><td>Dotarem (0.5 mmol/L)</td><td>Guerbet</td><td></td><td>gadoterate meglumine&nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td>טריס (8-קרבוקסי-2,2,6,6-טטרה-(הידרוקסיאתיל)-בנזו-[1,2&ndash; 4,5]-ביס-(1,3)-דיתיול-4-יל)-מלח נתרן מתיל (OX063)</td><td>GE Healthcare</td><td></td><td>טריטיל רדיקל המשמש כמקור של</td></tr><tr><td>קו תאי PC3</td> אלקטרונים חופשיים <td>ATCC</td><td>CRL1435</td><td></td></tr><tr><td>F-12K בינוני&nbsp;</td><td>ATCC</td><td>30-2004</td><td></td></tr><tr><td>סרום בקר עוברי</td><td>ATCC</td><td>SCRR-30-2020</td><td></td></tr><tr><td>תמיסת טריפסין-EDTA, 1x</td><td>ATCC</td><td>30-2101</td><td></td></tr><tr><td>פלסטיק לדוגמא מכשירי</td><td>אוקספורד טריפן</td><td></td><td></td></tr><tr><td>כחול</td><td>Bio-Rad</td><td>145-0013-MSDS</td><td></td></tr></tbody></table>

hyperpolarized 13 ספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית מטבולית c והדמיה

Hyperpolarized 13C Metabolic Magnetic Resonance Spectroscopy and Imaging

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&quot;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.

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</...

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

In the past decades, new methods for tumor staging, restaging, treatment response monitoring, and recurrence detection of a variety of cancers have ...

המטרה הכוללת של הליך זה היא לבצע היפרפולזציה של מולקולות המסומנות בפחמן 13 באמצעות קיטוב גרעיני דינמי, ולמדוד את ההמרה האניזמטית שלהן באמצעות תהודה מגנטית של פחמן 13, הדמיה רטרוסקופית, במבחנה. שיטה זו מגדילה את אות התהודה של הפחמן פי 10,000 עד 100,000, ומאפשרת להבחין בין התרכובות השכבתיות לבין התוצרים המטבוליים שלהן, ולהתמקם בגוף על ידי הדמיה. היתרון העיקרי של שיטה זו, בהשוואה למשל, לטכניקות VR, הוא שהיא מספקת מבט על חילוף החומרים של חומרים טבעיים באורגניזמים חיים בזמן אמת.כמו כן, שיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי חילוף החומרים של סרטן וכפי שהוא במבחנה. ניתן ליישם אותו גם על מודלים של בעלי חיים ומטופלים אנושיים. היישום של טכניקה זו עולה על לוקליזציה של הגידול.ניתן להשתמש בו כדי למצוא ולהבחין בין תת-סוגים של גידולים מטבוליים, ולעקוב אחר הטיפול לצד טכניקות מתקדמות. כדי להתחיל בהליך, הכינו תחילה תמיסה של מילי-מולרית אחת של גדוטראט מגלומין, ופירובט מרוכז 13 פחמן אחד. הוסף לתערובת טריטיל רדיקל OX063 כדי להשיג ריכוז סופי של 15 מילימולרית ולהמיס אותה לחלוטין.בתוכנת DNP Polarizer, לחץ על Cool Down'כדי להפחית את הטמפרטורה של תוספת הטמפרטורה המשתנה, או VTI, מתחת ל-1.4 קלווין. לאחר שה-VTI התקרר, הניחו כשמונה מיקרוליטר מתמיסת הדגימה המסומנת בפחמן 13 בכוס דגימת פלסטיק. חבר את הכוס למוט הכנסת הדגימה.בתוכנה, לחץ על הכנס מדגם'בחר מדגם רגיל'ולאחר מכן הבא'זה מעלה את מחזיק המדגם ופותח את שסתומי הכניסה ל-VTI, ומאפשר הכנסת דגימה. בהנחיה, השתמש במוט ההחדרה כדי לדחוף את הדגימה לתוך ה-VTI. נתק את הדגימה ומשוך בזהירות את מוט ההחדרה.ודא שהדגימה נותקה מהמוט ולא נדחפה החוצה מה-VTI במהלך הליך הסגירה. לחץ על הבא'כדי לסגור את השסתומים ולהוריד את הדגימה להליום הנוזלי, ולאחר מכן לחץ על סיום'כדי למצוא תדר קיטוב אופטימלי, הפעל תחילה את תוכנת RINMR. במסך התצורה, לחץ על בחר מדגם'ובצע מיקרו ניקוי'צור את הקובץ שבו יאוחסנו הנתונים.חזור לתוכנת DNP Polarizer. בחר בכרטיסייה כיול, הגדר את הפרמטרים של טאטוא המיקרוגל ולאחר מכן התחל את תהליך ניקוי המיקרוגל. לאחר סיום טאטוא המיקרוגל, שימו לב לתדר עם משרעת אות נמדדת מקסימלית.חזור לתוכנת RINMR ובחר Solid Build Up'לאחר מכן, בתוכנת DNP Polarizer, לחץ על Polarization'הזן את תדר המיקרוגל האופטימלי ואת ההספק. לחץ על הבא'אפשר ניטור הצטברות קיטוב' ולחץ על סיום'קטב את הדגימה למשך זמן מספיק כדי להשיג קיטוב של מעל 95%. במהלך הקיטוב, חבר בקבוק איסוף לצינור הפליטה של דגימת ההיפרפולרייזר, והנח אותו ליד הספקטרומטר.הגדר ספקטרומטר NMR של טסלה אחת עם סדרת סריקת פחמן 13 של פולסי RF של 110 מעלות במרווחים של שלוש שניות. במהלך קיטוב פירובט, התחל בהכנת תרבית תאים. הסר את מדיום התא מצלוחיות תרבית התאים.שטפו את התאים עם כ -10 מיליליטר מי מלח עם חוצץ פוספט. הוסף חמישה מיליליטר טריפסין לבקבוק התרבות. דגרו על התרבית למשך שלוש עד חמש דקות בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן השביתו את הטריפסין עם כחמישה מיליליטר של מדיום F12K המכיל 10% סרום עגל עוברי בנפח.לאחר מכן, העבירו את נפח תרחיף התאים המכיל את מספר התאים הרצוי לצינור צנטריפוגה מפלסטיק. צנטריפוגה את דגימת התא ב-1200 גרם למשך חמש דקות. השליכו את ה-supernatant ותלו מחדש את המזרן במדיום F12K מספיק עם 10% FCS כדי להשיג נפח סופי של 800 מיקרוליטר.העבירו את המתלה לצינור מיקרו-צנטריפוגה בנפח 1.5 מיליליטר, והניחו את הצינור במיכל פלסטיק מלא במים חמים. כדי להתחיל באיסוף נתונים באמצעות ספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית פחמן 13, לאחר הכנת דגימת התא וקיטוב הפירובט גדול מ-95 אחוזים, לחץ על הפעל פירוק בתוכנת DNP Polarizer. טען את נפח הפירוק של חומר הפירוק דרך השסתום העליון של תא הפירוק.העבר את מקל הפירוק למצב פעיל. אשר על ידי לחיצה על הבא'לאחר שדגימת התא מוכנה לניסוי, לחץ על סיום' בתוכנת DNP Polarizer כדי לאתחל את תהליך הפירוק. המתן עד לסיום תהליך הפירוק.הוסף 200 מיקרוליטר מתמיסת הפירובט ההיפרפולרית ל-800 מיקרוליטר של דגימת התא. מערבבים היטב עם פיפטה, ואז מניחים כ -600 מיקרוליטר מהתערובת בצינור NMR של חמישה מילימטרים. טען את צינור ה-NMR לתוך הספקטרומטר ולחץ על הפעל כדי להתחיל במדידה.לאחר מכן, העבר את מקל ההמסה עם הדגימה המצורפת למצב הניקוי ולחץ על סיום בתוכנת DNP Polarizer. כדי להתחיל בהדמיית תהודה מגנטית של פחמן 13, לאחר תחילת תהליך ההיפרפולריזציה, העבירו 800 מיקרוליטר של דגימת תאים מושעים מחדש עם מספר תאים של לפחות 10 לשמינית למזרק של שלושה מיליליטר. חבר את המזרק לצנתר ארוך והנח את המזרק על מצע סריקת MRI.ודא שהקטטר ארוך מספיק כדי להגיע מחוץ לסורק ה-MRI. הניחו פנטום כיול, המכיל עשרה פחמן מולארי 13 אוריאה עם 10% גדוטראט מגלומין ליד המזרק. הנח סליל מקלט RF מכוון פחמן 13 על המזרק.הכנס את מיטת הסריקה לסורק כך שהאובייקט המעניין יהיה באיזוסנטר של סורק ה-MRI. חבר את בקבוק החיבור לצינור הפליטה של דגימת ההיפרפולרייזר והנח אותו קרוב לקצה הצנתר. הפעל רצף לוקליזציה סטנדרטי של שלושה מישורים והתאם את מיקום המזרק במידת הצורך.לאחר מכן, הגדר והפעל רצף אנטומי משוקלל פרוטון T2 המכסה את לוקליזציה של המזרק. מהתמונות האנטומיות המתקבלות, בחר חמש פרוסות רציפות של אזור העניין, כולל פנטום הפחמן 13. הגדר רכישת כיול ספקטרוסקופי של פחמן 13, ובחר את רצף הכיול של בלוק דו-ממדי מספריית רצף הדופק.הורד את רצף הדופק לסורק והפעל סריקה מוקדמת ספקטרוסקופית. בתרשים גודל הספקטרום, הגדר את שיא הפנטום של כיול הפחמן 13 למרכז תדר הסורק. הגדר את רווחי המקלט למקסימום ולחץ על סריקה' כדי להפעיל את רצף הכיול.רשום את רווח השידור המדווח ואת התדר המרכזי. לאחר מכן, הגדר רכישת הדמיה של הסטה כימית של פחמן 13 עבור הפרוסות האנטומיות שנבחרו. בחר את רצף ההדמיה הספקטרוסקופי הדו-ממדי והורד את רצף הדופק לסורק.הפעל את הסריקה המוקדמת הספקטרוסקופית, והתאם את התדר המרכזי ואת רווח השידור על סמך ערכי הכיול כדי לסיים את הגדרת ספקטרומטר ה-MRI. ברגע שהפירובט מגיע לקיטוב של 95%, לחץ על הפעל פירוק בתוכנת DNP Polarizer וטען את סוכן הפירוק. העבר את מקל הפירוק למצב פעיל.לחץ על הבא ולאחר מכן על סיום'כאשר הדגימה ההיפר-פולרית המומסת מגיעה לבקבוק האיסוף, שאב כ-1 מיליליטר מהתמיסה ההיפר-פולרית לתוך מזרק, והזריק אותה לתוך הצנתר כך ש-200 מיקרוליטר יגיעו לדגימת התא. לחץ על סריקהכדי להתחיל ברכישת נתוני הניסוי. לאחר סיום איסוף הנתונים, העבר את מקל ההמסה עם הדגימה המצורפת למצב הניקוי, ולחץ על סיום בתוכנת DNP NMR.קצב החליפין המטבולי של פירובט ללקטט נחקר בתאי PC3 של קרצינומה של הערמונית על ידי ניטור עוצמות האות של ספקטרוסקופיה של פחמן 13 NMR של לקטט ופירובט היפרפולריזציה ביחס לתדירות וזמן. הערכים הקינטיים של הלקטט הוערכו על ידי מודל יחס פשוט ועל ידי מודל דיפרנציאלי של חילופי שני אתרים, ונורמלו למספר התאים. בשני המודלים נצפתה מגמה של ירידה בייצור הלקטט עם מספר גדל והולך של תאים.זה מיוחס לריכוזי תאים גבוהים יותר וצמיגות גדולה יותר של הדגימה. דגימות עם ספירת תאים מתחת לשניים כפול עשר לשבע מראות יחס אות לקטט לרעש קטן מאוד ולכן ערכי סטיית תקן גדולים המצביעים על כך שדגימות צריכות להכיל לפחות את מספר התאים הזה כדי לקבל נתונים אינפורמטיביים. לוקליזציה מרחבית הושגה באמצעות MRI עם רזולוציה ספקטרלית טובה המאפשרת לרכוש תמונות פחמן 13 עבור אזורי תדר ספציפיים.ההתפלגות המרחבית נקבעה מהנתונים הגולמיים. תמונת הפחמן 13 יכולה גם להיות רשומה במשותף עם תמונת הפרוטונים שנרכשה בעבר. לאחר שליטה וביצוע נכון, ניתן לבצע ניסוי זה תוך פחות מ-60 דקות.לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע היפרפולריזציה של מולקולה רצויה באמצעות טכניקת הקיטוב הגרעיני הדינמי וכיצד לבצע ספקטרוסקופיה פשוטה של NMR וניסויי הדמיית תאים. בעת ניסיון הליך זה, חשוב להיות מהיר מאוד. לאחר שהדגימה ההיפר-פולרית עוזבת את המקטב, זכור שאתה מאבד את כל אות ה-NMR שצברת תוך פחות משתי דקות.לסיכום, ניתן להשתמש ב-DNP לפירוק עבור מגוון יישומים. זה כולל חקר מחלות כמו סוכרת, או התבוננות בשינויים מטבוליים של סוגים שונים של סרטן, אך גם מדידת pH של רקמות.

hyperpolarized-13c-metabolic-magnetic-resonance-spectroscopy

Research

JoVE Journal

Cancer Research

מחקר סרטן

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

מאמר זה נועד לתאר פרוטוקול בסיסי לשילוב גירוי זרם ישר טרנס-גולגולתי (tDCS) עם מדידות ספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית פרוטונים (1H-MRS) כדי לחקור את ההשפעות של גירוי דו-צדדי על חילוף החומרים של קליפת המוח המוטורית הראשונית.

השימוש בספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית ככלי למדידה של השפעות דו חצי מוח Transcranial חשמלי גירוי על יסודי Motor Cortex מטבוליזם

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

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

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

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

כתב היד מציג פרוטוקול מפורט לשימוש בשחזור רוויה כימית מסוג קסנון 129 היפרפולרי (CSSR) כדי לעקוב אחר חילופי גזים ריאתיים, להעריך את עובי דופן המחיצה הנאדית הנראית לעין ולמדוד את יחס פני השטח לנפח. לשיטה פוטנציאל לאבחן ולנטר מחלות ריאה.

מדידה כמותית של מבנה ותפקוד הריאה המתקבלת מספקטרוסקופיית קסנון היפרפולרית

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

למד ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית של פחמן-13 מותמר בקיטוב גרעיני דינמי לחקר מטבוליזם בסרטן הערמונית. שיטה זו מאפשרת מעקב בזמן אמת אחרי פעילות האנזים לקטט דהידרוגנאז בתאי PC3.

Hyperpolarized¹³ ספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית מטבולית C והדמיה

גלה סרטונים נוספים