過分極磁気共鳴剤の研究のための多区画動的単一酵素ファントムの使用

Summary

多コンパートメントの動的ファントムは、過分極磁石共鳴剤を使用した代謝研究のためのいくつかの興味深い生物学をシミュレートするために使用されます。

Abstract

磁気共鳴による過分極基質のイメージングは​​、リアルタイムでの重要な生化学的プロセスの評価のための偉大な臨床約束を示しています。過分極状態によって課される基本的な制約のために、エキゾチックなイメージングおよび再建技術が一般的に使用されています。ダイナミック、マルチスペクトルイメージング法の特性評価のための実用的なシステムは、批判的に必要とされています。このようなシステムは、再現性正常および病的な組織の関連する化学ダイナミクスを再現する必要があります。これまでで最も広く利用されている基板は、がん代謝の評価のための[1- ¹³ C]ピルビン酸を過分極されています。私たちは、乳酸へのピルビン酸への変換を媒介する酵素ベースファントムシステムを説明します。反応は、反応速度を制​​御する試薬の濃度を変え含ま各々が、ファントム内の複数の室に過分極剤の注入によって開始されます。複数の区画は、IMAを確保するために必要です銀杏の配列は、忠実に組織の空間的および代謝不均一性をキャプチャします。このシステムは、 生体内では不可能である化学従来のファントムからは入手できませんダイナミクスだけでなく、制御と再現性を提供することにより、高度なイメージング戦略の開発と検証を支援します。

Introduction

¹³ C標識化合物の過分極磁気共鳴画像（MRI）の臨床的影響は、リアルタイム磁気共鳴分光法及び分光イメージング^1-5を介して化学変換率を測定する能力に決定的に依存します。配列開発および検証中に、動的な化学変換は、一般に、 インビボまたは制限された制御および再現性を提供するin vitroモデル^6-9 にすることによって達成されます。堅牢なテストと品質保証のために、この測定に流行して化学変換を維持し、より制御システムが好ましいであろう。我々は、動的単一の酵素のファントムを用いて、再現可能な方法で、この変換を達成するための方法を概説します。

過分極¹³ C剤とほとんどの研究は、機能生物学的環境で、超偏極基板を画像化に焦点を当てます。目標は、生物学を研究することである場合、これは当然の選択でありますアル・プロセスまたは臨床ケアへの影響の可能性を決定します。いくつかの測定システムまたはデータ処理アルゴリズムの特性が所望される場合には、生物学的モデルは、固有の空間的および時間的可変¹⁰のような多数の欠点を有します。しかしながら、従来の静的なファントムは、過分極基質のMRIの主要な臨床的関心を駆動化学変換を欠き、かつ変換率または他の動的パラメータ¹¹の検出を特徴付けるために使用することができません。単一....

Protocol

注：（ファントムデザイン）2 3ミリリットル室はウルテムから機械加工、射出と排気用のPEEKチューブ（1.5875ミリメートル外径および0.762ミリメートルのID）を装着しました。チャンバは水（ 図1）を充填した50mLの遠心分離管に入れました。気泡によって作成された信号の空隙を回避するために、チャンバおよびラインは、脱イオン水（のdH ₂ O）を充填した事前ました。

1.溶液の調製

1. 1 L緩衝液（81.3 mMトリスpHは7.6、203.3のNaCl）を準備します。うち11.38グラムのTrizmaプリセット結晶pHは7.6と11.88グラムのNaClを計り、 _の dH ₂ Oの1 Lに溶解します
2. 50 mMのNADH溶液を調製します。 β-ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH）、還元ジカリウム塩の17.8ミリグラムを秤量し、ステップ1で調製した緩衝液の280μlの溶解。
3. 250 U / mlの酵素溶液を調製します。乳酸デヒドロゲナーゼ（LDH）の78.75活性単位を秤量およびSから315μlの緩衝液中に溶解TEP 1。
4. ピルビン酸ミックスを調製します。 21.4 mgのOx063トリチルラジカルを秤量し、1.26グラム（〜1ミリリットル）[1- ¹³ C]ピルビン....

Results

スライス選択2D画像は、スナップショットradEPSIシーケンスを用いて取得しました。代謝物の画像はフィルタ逆投影を使用して再構築しました。代謝産物の画像が良く、図2に見られるように、プロトン画像と整列させた。このシステムでは過分極乳酸塩の信号のみが過分極ピルビン酸塩の酵素的変換から生成することができます。 図4は 、下部チャンバにおいて、より高いLDH濃度で上部チャンバーに比べて強い乳酸弱いピルビン酸塩信号を有しています。酵素濃度の推定値として相対的代謝産物の信号を使用するピルベート比乳酸は、下部チャンバ内の1.47倍です。下部と上部区画との間の実際の酵素濃度比は、信号比（ 図4）を有する粗い一致する1.66倍でした。

時間経過の画像は、遺伝子ましたIDEALシーケンス（ 図3）を使用して評価しました。代謝物の画像お.......

Discussion

過分極代謝産物のリアルタイムイメージングシーケンスの設計、検証、および品質管理のための多くの固有の課題を有しています。時空間およびスペクトル不均一性を解決する能力はかなりの臨床的可能性を提供していますが、従来のMRIに関連したQAおよび検証方法を排除します。複雑な撮像シーケンスまたは再構成アルゴリズムは、撮像実験の外側を特徴付けるか検証するためにそれらが困難に微妙な依存関係を持つことができます。生物学的な不均一性および他の実用的な問題は、特徴付ける、または配列、ハードウェアまたはデータ処理アルゴリズムを検証するためのin vivoおよびin vitroモデルでの使用を制限します。

複数の空間の区画及び動的化学進化とは、 生体内ではなく、制御された方法で撮像過分極基質と関連した重要な機能を再現することが可能です。ハイとローの酵素活性の領域はreproduciを提供します定性的および定量的イメージングバイオマーカーの評価のためのBLEダイナミックコントラスト。空間的な変動は、幾何学的な歪み、ミスア.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
BioSpect 7T	Bruker	BioSpec 70/30 USR	7 Tesla 前臨床MRIスキャナー
HyperSense	オックスフォード・インスツルメンツ	Hypersense DNP 偏光子	MRI剤用動的核偏光子
1-13C-ピルビン酸	Sigma Aldrich	677175	Carbon 13 labelled neat pyruvic acid
Trityl Radical	GE Healthcare	OX063	動的核分極で使用されるフリーラジカル
NaOH	Sigma Aldrich	S8045
EDTA	Sigma Aldrich	E6758	エチレンジアミン四酢酸
LDH	Worthingthon	LS002755	ウサギの筋肉からの乳酸デヒドロゲナーゼ
NADH	Sigma Aldrich	N4505	β-ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、還元ジカリウム塩
Trizma	Sigma Aldrich	T7943	Trizmaプリセットクリスタル
NaCl	Sigma Aldrich	S7653