Risonanza magnetica polmonare iperpolarizzata 129Xe e spettroscopia in topi ventilati meccanicamente

Mariah  L. Costa; Joseph W. Plummer; Abdullah S. Bdaiwi; Brice J. Albert; Elizabeth M. Fugate; Peter J. Niedbalski; Diana M. Lindquist; Zackary I. Cleveland

doi:10.3791/66924

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Articolo metodologico

Risonanza magnetica polmonare iperpolarizzata ¹²⁹Xe e spettroscopia in topi ventilati meccanicamente

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DOI:

10.3791/66924

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11 ottobre 2024

Mariah L. Costa¹^,²^,³ , Joseph W. Plummer¹^,² , Abdullah S. Bdaiwi¹ , Brice J. Albert⁴ , Elizabeth M. Fugate³ , Peter J. Niedbalski⁵^,⁶^,⁷ , Diana M. Lindquist³^,⁸ , Zackary I. Cleveland¹^,²^,³^,⁸^,⁹

¹Center for Pulmonary Imaging Research, Division of Pulmonary Medicine, Cincinnati Children's Hospital Medical Center, ²Department of Biomedical Engineering, University of Cincinnati, ³Imaging Research Center, Department of Radiology, Cincinnati Children's Hospital Medical Center, ⁴Analytical Technology Group, Aurorium, ⁵Division of Pulmonary, Critical Care, and Sleep Medicine, Department of Internal Medicine, University of Kansas Medical Center, ⁶Department of Bioengineering, University of Kansas, ⁷Hoglund Biomedical Imaging Center, University of Kansas Medical Center, ⁸Department of Pediatrics, University of Cincinnati, ⁹Division of Pulmonary Medicine, Cincinnati Children's Hospital Medical Center

In questo articolo

Sommario

La risonanza magnetica allo xeno iperpolarizzata può quantificare la microstruttura polmonare regionale (dimensioni dello spazio aereo) e la fisiologia (ventilazione e scambio di gas) nella ricerca traslazionale e nell'assistenza clinica. Sebbene impegnativo, può fornire informazioni polmonari comparabili negli studi preclinici. Questo protocollo descrive l'infrastruttura e le procedure necessarie per eseguire la risonanza magnetica polmonare allo xeno di routine nei topi.

Abstract

Lo xenon-129 iperpolarizzato (HP) (¹²⁹Xe) è un agente di contrasto per risonanza magnetica (MRI) inalato con proprietà spettrali e fisiche uniche che possono essere sfruttate per quantificare la fisiologia polmonare, tra cui la ventilazione, la diffusione limitata (dimensione dello spazio alveolare-aereo) e lo scambio gassoso. Nell'uomo, è stato utilizzato per valutare la gravità e la progressione della malattia in una varietà di disturbi polmonari ed è approvato per l'uso clinico negli Stati Uniti e nel Regno Unito. Al di là delle sue applicazioni cliniche, la capacità della risonanza magnetica ¹²⁹Xe di valutare in modo non invasivo la fisiopatologia polmonare e fornire informazioni spazialmente risolte è preziosa per la ricerca preclinica. Tra i modelli animali, i topi sono i più utilizzati a causa dell'accessibilità dei modelli di malattia geneticamente modificati. In questo caso, la risonanza magnetica ¹²⁹Xe è promettente come tecnica minimamente invasiva, priva di radiazioni e sensibile per monitorare longitudinalmente la progressione della malattia polmonare e la risposta alla terapia (ad esempio, nella scoperta di farmaci). Questa tecnica può estendersi alle applicazioni precliniche incorporando un apparecchio di respirazione libera attivato dalla risonanza magnetica o un ventilatore meccanico per erogare gas. Qui, descriviamo i passaggi e forniamo liste di controllo per garantire una solida raccolta e analisi dei dati, tra cui la creazione di un fantoccio di gas xeno polarizzato termicamente per il controllo di qualità, l'ottimizzazione della polarizzazione, la gestione degli animali (sedazione, intubazione, ventilazione e cura dei topi) e i protocolli per la ventilazione, la diffusione limitata e i dati di scambio gassoso. Mentre la risonanza magnetica preclinica ¹²⁹Xe può essere applicata in vari modelli animali (ad esempio, ratti, suini, pecore), questo protocollo si concentra sui topi a causa delle sfide poste dalla loro piccola anatomia, che sono bilanciate dalla loro convenienza e dalla disponibilità di molti modelli di malattia.

Introduzione

Sebbene i disturbi polmonari rimangano le principali cause di morbilità e mortalità a livello^globale1, nell'ultimo decennio si sono registrati notevoli miglioramenti negli esiti dei pazienti. Questi miglioramenti sono guidati in parte da due fattori. In primo luogo, gli studi clinici di Fase III ora danno priorità ai cambiamenti nella funzione polmonare come endpoint piuttosto che alla mortalità, accelerando gli studi farmacologici 2,3,4,5. In secondo luogo, i progressi nei modelli animali migliorati hanno fornito in....