hyperpolarized 13 C metabolica spettroscopia di risonanza magnetica e Imaging

Eugen Kubala; Kim A. Muñoz-Álvarez; Geoffrey Topping; Christian Hundshammer; Benedikt Feuerecker; Pedro A. Gómez; Giorgio Pariani; Franz Schilling; Steffen J. Glaser; Rolf F. Schulte; Marion I. Menzel; Markus Schwaiger

doi:10.3791/54751

Articolo metodologico

hyperpolarized¹³ C metabolica spettroscopia di risonanza magnetica e Imaging

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DOI:

10.3791/54751

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30 dicembre 2016

Eugen Kubala^*¹^,²^,³ , Kim A. Muñoz-Álvarez^*¹ , Geoffrey Topping¹ , Christian Hundshammer¹^,² , Benedikt Feuerecker¹ , Pedro A. Gómez³^,⁴ , Giorgio Pariani¹^,⁵^,⁶ , Franz Schilling¹ , Steffen J. Glaser² , Rolf F. Schulte³ , Marion I. Menzel³ , Markus Schwaiger¹

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

In questo articolo

Sommario

La polarizzazione nucleare dinamica con successiva dissoluzione del campione ha permesso studi in tempo reale del metabolismo nei sistemi biologici. Il [^1-13C]piruvato iperpolarizzato è stato utilizzato per studiare l'attività della lattato deidrogenasi in una linea cellulare di carcinoma prostatico in vitro.

Abstract

Negli ultimi decenni, nuovi metodi per la stadiazione del tumore, ristadiazione, monitoraggio risposta al trattamento, e la rilevazione ricorrenza di una varietà di tumori sono emersi in concomitanza con la tomografia state-of-the-art emissione di positroni con ¹⁸ F-fluorodeossiglucosio ^([18 F ] -FDG PET). ¹³ C spettroscopia imaging a risonanza magnetica ⁽¹³ CMRSI) è un metodo di imaging minimamente invasivo che permette il controllo del metabolismo in vivo ed in tempo reale. Come con qualsiasi altro metodo basato su ¹³ C risonanza magnetica nucleare (NMR), affronta la sfida di bassa polarizzazione termica e una successiva basso rapporto segnale-rumore dovuto alla relativamente basso rapporto giromagnetico di ¹³ C e la sua bassa abbondanza naturale in campioni biologici. Superando questi limiti, la polarizzazione nucleare dinamica (DNP), con conseguente scioglimento del campione ha recentemente permesso comunemente utilizzati sistemi di imaging a risonanza magnetica (MRI) NMR e misurare, Lo studio, e di immagine principali vie metaboliche nei vari sistemi biologici. Una molecola particolarmente interessante e promettente utilizzato in ¹³ CMRSI è [1- ¹³ C] piruvato, che, negli ultimi dieci anni, è stato ampiamente utilizzato in vitro, preclinici, e, più recentemente, studi clinici per indagare il metabolismo energetico cellulare nel cancro e altre malattie. In questo articolo, descriviamo la tecnica di scioglimento DNP utilizzando un 3.35 T preclinico hyperpolarizer DNP e dimostrare il suo utilizzo in studi in vitro. Un protocollo simile per iperpolarizzazione può essere applicato per la maggior parte in studi in vivo pure. Per farlo, abbiamo utilizzato lattato deidrogenasi (LDH) e catalizzato la reazione metabolica di [1- ¹³ C] piruvato in [1- ¹³ C] lattato in una linea di cellule di carcinoma della prostata, PC3, in vitro utilizzando ¹³ CMRSI.

Introduzione

Attualmente, il metodo clinico più utilizzato per la stadiazione del tumore, ristadiazione, monitoraggio risposta al trattamento, e la rilevazione ricorrenza di una vasta gamma di tumori è ^[18 F] -FDG PET. ¹ Tuttavia, recentemente, diversi approcci nuovi e alternativi sono emersi. Uno di questi metodi è ¹³ CMRSI. Questa tecnica prevede l'introduzione del ¹³ C-molecola in un campione biologico, seguita da MRI minimamente invasiva per valutare il metabolismo in vitro o in vivo in tempo reale. Tuttavia, la sfida del ¹³ CMRSI, rispetto agli altri metodi come ^[18 F] -FDG PET o tomografia c....