L'uso di un multi-comparto dinamico singolo enzima Phantom per gli Studi di hyperpolarized Risonanza Magnetica Agents

L'obiettivo generale di questa procedura è misurare la conversione del piruvato iperpolarizzato in lattato mediante imaging a risonanza magnetica o MRI in un ambiente phantom controllato. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo della MRI iperpolarizzata, come la capacità di un sistema di rilevare la conversione chimica del piruvato mediante risonanza magnetica. Il vantaggio principale di questa tecnica è che la conversione chimica del piruvato avviene in modo simile al metabolismo in vivo, ma è più controllabile e ripetibile rispetto ai sistemi viventi.

Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla diagnosi del cancro poiché l'ambiente del fantoccio simula la conversione aumentata del piruvato in lattato, fenomeno comune nella maggior parte dei tumori. Sebbene questo metodo possa fornire informazioni utili sul cancro, può essere applicato anche ad altre tipologie di imaging metabolico, come il metabolismo cardiaco. In generale, le persone nuove rispetto a questa tecnica potrebbero incontrare difficoltà a causa dei brevi vincoli temporali intrinseci ai mezzi iperpolarizzati.

La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale poiché i passaggi di dissoluzione ed espulsione sono difficili da apprendere, in quanto devono avvenire rapidamente e devono essere eseguiti con precisione. In un campione per un sistema di polarizzazione nucleare dinamica o DNP, pipettare 0,3 microlitri della soluzione di gadoteridolo e 13 milligrammi della soluzione di acido piruvico. Mescolare brevemente questa miscela nel campione utilizzando la punta di una pipetta.

Iniziare il processo di inserimento del campione facendo clic sul pulsante inserisci campione sulla console del sistema DNP. Nella procedura guidata del campione selezionare campione normale e fare clic su avanti. Mantenendo il bicchiere del campione in posizione verticale, posizionare delicatamente la bacchetta di inserimento sopra la parte superiore del bicchiere del campione.

Quando richiesto, aprire il sistema DNP e inserire il campione nel supporto a temperatura variabile utilizzando l'asta di inserimento. Tirare lo stantuffo all'estremità dell'asta di inserimento per rilasciare il campione all'interno del supporto a temperatura variabile. Rimuovere l'asta di inserimento dal sistema e fare clic sul pulsante successivo sulla console del sistema DNP.

Quindi avviare la polarizzazione facendo clic sul pulsante polarizza campione sulla console del sistema DNP. Nel software RINMR digitare HYPERSENSENMR per accedere al software di monitoraggio della polarizzazione. Impostare la configurazione di accumulo su uno e premere invio.

Quindi fare clic su "solid build up". Dopo aver impostato il percorso e il nome del file di salvataggio, selezionare il profilo per il carbonio 13 nella scheda a discesa sulla console del sistema DNP. Fare clic su Avanti.

Selezionare la casella per abilitare il campionamento durante l'accumulo. Impostare il tempo di campionamento a 300 secondi e fare clic su termina. Infine, misurare 3,85 grammi del mezzo di dissoluzione, sia per volume con una siringa da cinque millilitri, sia per peso utilizzando una bilancia.

Posizionare il fantoccio al centro del magnete, assicurando un facile accesso alle linee di iniezione. Verificare che sia presente un contenitore per raccogliere il liquido che fuoriuscirà attraverso la linea di scarico. Preparare la miscela enzimatica ad alta attività mescolando 240 microlitri di soluzione di NADH, 125 microlitri di soluzione di LDH e 335 microlitri di tampone.

Mantenere la soluzione in una siringa da tre millilitri che può essere collegata alla linea di iniezione. Preparare quindi la miscela enzimatica a bassa attività mescolando 240 microlitri di soluzione di NADH, 75 microlitri di soluzione di LDH e 385 microlitri di tampone. Mantenere questa miscela in una siringa separata da tre millilitri che può essere collegata alla linea di iniezione.

Per eseguire il posizionamento iniziale, caricare una nuova scansione localizzatrice. Oscillare la bobina del protone selezionando Acq/Reco. Visualizzare e aprire la piattaforma di regolazione.

Sul pannello di regolazione selezionare Wobble Adjust e fare clic su ppen. Impostare la larghezza di scansione a dieci megahertz e fare clic su set up. Dopo un momento, la taratura e l'adattamento delle bobine per i protoni dovrebbero apparire nella finestra di acquisizione.

Oscillare la bobina del carbonio modificando l'elemento della bobina in 13C o nell'elemento due e impostando la larghezza di sweep a cinque megahertz. Dopo un momento, la sintonizzazione e l'adattamento della bobina del carbonio dovrebbero apparire nella finestra di acquisizione e, se sintonizzati correttamente, premere stop. Per tornare al controllo della scansione, premere apply, quindi back e infine premere continue per iniziare la scansione.

È fondamentale che la scansione in questo passaggio sia completamente configurata prima di iniziare la dissoluzione. Una volta avviata la dissoluzione, non deve essere interrotta e ci sarà poco tempo per regolare i parametri della sequenza prima che il piruvato iperpolarizzato venga somministrato. Caricare una nuova scansione di imaging spettroscopico radio eco-planare.

Impostare lo spessore della fetta a 30 millimetri in modo da coprire l'intera camera di reazione. Impostare la modalità di funzionamento su carbonio 13 selezionando la scheda di sistema e modificando la modalità operativa in trasmissione-ricezione 13C. Una volta che il piruvato ha raggiunto una polarizzazione superiore al 90%, le soluzioni e il fantoccio sono pronti e l'acquisizione è configurata.

Fare clic sul pulsante di avvio della dissoluzione sulla console del sistema DNP. Quando richiesto, spostare l'asta di dissoluzione nella sua posizione operativa e iniettare il mezzo di dissoluzione. Chiudere il sistema DNP e fare clic sul pulsante di completamento sulla console del sistema DNP.

È importante che l'iniezione del piruvato e dell'enzima avvenga in modo uniforme. Ciò garantirà che la miscela enzimatica venga adeguatamente mescolata e consegnata alla camera del fantoccio prima del completamento della conversione chimica. Quando il sistema DNP eroga il piruvato iperpolarizzato, aspirare 500 microlitri della soluzione di piruvato in ciascuna delle siringhe contenenti soluzioni con concentrazione elevata e ridotta di enzima.

Iniettare lentamente ciascuna siringa in una linea di iniezione. L'acquisizione può essere avviata prima dell'iniezione o immediatamente dopo, a seconda del protocollo di scansione utilizzato. Al termine della dissoluzione, spostare il bastoncino di dissoluzione nella posizione di riposo quando richiesto, quindi fare clic su fine.

Di seguito sono mostrati i risultati rappresentativi di una sequenza di imaging spettrale radio echo planar. L'immagine del piruvato mostra un forte segnale del piruvato in entrambe le camere. L'immagine del lattato mostra un segnale del lattato più debole, ma comunque localizzato nelle camere.

Il rapporto segnale tra lattato iperpolarizzato e piruvato può essere utilizzato per stimare l'attività enzimatica in ogni camera. I rapporti segnale in ogni camera corrispondono all'attività enzimatica presente. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in un'ora.

Nel tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare di avere pronta la miscela del fantoccio e la sequenza di imaging prima di iniziare il processo di dissoluzione. Seguendo questa procedura, altri agenti iperpolarizzati e enzimi possono essere utilizzati per rispondere a ulteriori domande, come ad esempio quanto bene una sequenza possa visualizzare altre reazioni chimiche. Questa tecnica apre la strada ai ricercatori nel campo della risonanza magnetica iperpolarizzata per esplorare le prestazioni delle sequenze utilizzando fantocci riproducibili.

Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come preparare una miscela enzimatica per facilitare la conversione del piruvato iperpolarizzato in lattato e di come polarizzare il piruvato arricchito con carbonio 13 per l'imaging. Non dimenticare che lavorare con campi magnetici intensi può essere estremamente pericoloso e che precauzioni come l'accesso controllato alla stanza di scansione devono essere sempre adottate.