Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: 学ぶ多区画動的ファントムを用いた過分極ピルビン酸から乳酸への変換測定法。制御された環境で磁気共鳴イメージングにより代謝プロセスを可視化し、がん診断や心臓代謝研究への応用可能性を示します。

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この作品は、CPRITグラント（RP140021-P5）とジュリア・ジョーンズ・マシューズがん研究奨学生CPRIT研究研修賞（RP140106、CMW）によってサポートされていました。

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<ol><li> 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</li><li> 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。 </li><li> 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。 </li><li>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]ピルビン酸に溶解します。 </li><li>溶解媒体を準備します（40 mMトリスpHは7.6、40mMのNaOHを、0.27 mMのEDTAおよび50mMのNaCl）。トリズマプリセット結晶性pH 7.6の5.96グラム、NaOHを1.6グラム、0.1グラムエチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩の水和物（EDTA）および2.9グラムのNaClを秤量し、1 LののdH 2 Oに溶解します</li><li> 1時10ガドテリドール溶液（50 mm）を準備します。 dH 2 Oの9μlのガドテリドール1μlのミックス8 M [13 C]尿素の調製。 1.465 5 [13 C]尿素を秤量し、3ミリリットルのdH 2 Oに溶解します</li></ol>過分極ピルビン酸の調製<ol><li>動的核分極（DNP）システム、ピペットガドテリドール液の0.3μlのピルビン酸溶液の13ミリグラム（〜10μl）をするためのサンプルカップで。 </li><li>簡単に言うとピペットチップでサンプルカップにこの混合物を攪拌。&lt;/李&gt; <li> DNPシステムにサンプルを挿入します。 <ol><li> DNPシステムへの扉を確認してください閉じています。 DNPシステム・コンソールに挿入サンプルボタンをクリックすることにより、サンプルの挿入プロセスを開始します。サンプル・ウィザードでは次の通常のサンプルを選択し、を押します。 </li><li>サンプルカップを維持する垂直優しくサンプルカップの上に挿入ロッドを配置します。プロンプトが表示されたら、DNPシステムを開き、挿入ロッドを使用して、温度可変インサート（VTI）にカップを挿入します。 </li><li>温度可変インデックスにサンプルを解放するために、サンプル挿入ロッドの終わりにプランジャーに引き出します。システムからのサンプル挿入ロッドを取り外し、DNPシステム・コンソールに次のボタンをクリックします。 </li></ol></li><li>偏光を開始します。 <ol><li> DNPシステムのコンソール上でスタート分極ボタンをクリックします。偏光監視ソフトウェアを起動するRINMRソフトウェアで型.HYPERSENSENMR。 1に設定を構築し、Enterキーを押します設定します。次に、固体のビルド]をクリックしますuのP。 </li><li>保存ファイルの場所と名前を設定します。 DNPシステムのコンソール上のタブのドロップダウンで13-C用のプロファイルを選択し、次へ]をクリックします。 300秒に、ビルドアップ時に設定サンプル時間をサンプリングし、[完了]をクリックするチェックボックスをオンにします。 </li></ol></li><li> 3.85グラムを測定する（〜4ミリリットル）溶解媒体のいずれかの5ミリリットルの注射器との体積やスケールを使用して重量。 </li></ol>酵素ファントムの調製<ol><li> 〜3ミリリットル[13 C]尿素水溶液でマイクロ遠心チューブを記入し、50ミリリットルの遠心分離管に入れてください。 dH 2 Oで50mlの遠心分離管を埋めます</li><li>形成された泡を洗い流すように注意しながら、ファントムの注入ラインへ〜3ミリリットルのdH 2 Oを注入することによって、2つの酵素室とのdH 2 Oを持つ行を事前に記入してください。 </li><li>注入ラインに簡単にアクセス磁石の中心にファントムを置きます。トンに出ベントます液体をキャッチするためにいくつかのコンテナがあることを確認してください<html>排気ラインを彼。 </li><li>高活性の酵素混合物（17.14 mMのNADH、44.57 U / mLのLDH）を準備します。一緒に240μlのNADH溶液を、125μlのLDH溶液および335μlの緩衝液を混合し、注入ラインに結合させることができる3ミリリットル注射器に保ちます。 注：DNPシステムからの40mMピルビン酸500μlのと合わせたら、最終的なファントム量は16.7 mMのピルビン酸、10 mMのNADHの​​濃度が1.2ミリリットルであること、およびpHを有するトリス緩衝溶液中で26 U / LのLDHます〜 7.5。 </li><li>低活性酵素混合物（17.14 mMのNADH 26.79 U / mLのLDH）を一緒に240μlのNADH溶液を、75μlのLDH溶液および385μlの緩衝液を混合し、注入ラインに取り付けることができる別個の3ミリリットル注射器に保管を準備します。 注：DNPシステムからの40mMピルビン酸500μlのと合わせたら、最終的なファントムのボリュームは16.7 mMのピルビン酸、10 mMのNADHの​​濃度が1.2ミリリットルであること、およびpH約7.5でトリス緩衝溶液中で15.625 U / LのLDHます。 </li></ol>jove_title &quot;&gt; 4。任意の品質保証（QA）とポジショニングスキャンを実行します。 <ol><li>最初のポジショニング。 <ol><li>動作モード[1 H] TX / RXボリュームモードで新規FLASH位置決めスキャンをロードします。 2に設定さ寸法を変更します。分光計コントロールツールを - &gt;編集GS - &gt;セットアップ寸法 - &gt; 2.分光器制御に関するGSPと磁石の中央までのファントムを移動します。分光器制御上を押してSTOPを押しGOP。 </li></ol></li><li>パイロットスキャン。 <ol><li>動作モード[1 H] TX / RXボリュームモードで新規TriPiolt位置決めスキャンをロードします。位置スライス：スキャン制御 - &gt;スライス工具類 - &gt;は（;スライスパッケージスライダーで移動するには、スライスを選択し、Mキーをクリックしてドラッグを保持）スライスを移動します。 </li><li>ウォブル1 Hコイル：分光計コントロールツール- &gt; ACQ - &gt;ぐらつき。磁石と押してSTOP背後にある1 Hコイルをチューニングし、一致します。シフトキーを押しにスキャンコントロールウィンドウ上のトラフィックの光を保持したまま。 </li></ol></li></ol><pクラス= &quot;jove_title&quot;&gt; 5。ラジアルエコープラナー分光イメージングスキャンの設定<ol><li>動作モードの[13 C] TX / RXボリュームモードをスキャンし、新しいラジアルエコープラナー分光イメージング（radEPSI）をロードします。位置スライス：スライスツールスキャン制御上のスライスを移動（Mキークリックとドラッグを保持し、スライスパッケージスライダーで移動するには、スライスを選択します）。 </li><li>分光計コントロールツールをクリックしてウォブル13 Cコイル- &gt; ACQ - &gt;ぐらつき。スペクトロメーター上で1,000〜2,000に受信ゲインを設定します。 </li><li>最終的なシステムチェックを実行します。配列に依存して、スカウトプロトコルにおける尿素室から炭素13の信号を観察します。 注：これは、システムが不可逆的な溶解プロセスを開始する前に適切に設定されることを保証します。 </li></ol> 6.ファイル名を指定して実行解散<ol><li>ピルビン酸は、&gt; 90％の偏光（〜1時間）を達成した場合には、ソリューションおよびファントムは準備ができている、とスキャンがDNP SY上で実行溶解ボタンをクリックして構成されていますコンソールを食い止めます。 </li><li>その動作位置への溶解スティックを移動し、溶解媒体を注入するプロンプトが表示されたら。 DNPシステムを閉じ、DNPシステム・コンソールに完成したボタンをクリックします。 [完了]をクリックし、プロンプトが表示されたら休止位置に戻す溶解スティックを移動します。 </li><li> （加熱開始後〜2分）DNPシステムは、過分極ピルビン酸を配信する場合、それぞれ高いおよび低い酵素濃度溶液をシリンジにピルビン酸溶液500μlを撤回。ゆっくりと（〜10秒）注​​入ラインにそれぞれ注射器を注入します。 注：スキャンは、注射前に、またはいつでも使用するスキャンプロトコルに応じて3分後に注射まで開始されている可能性があります。 </li></ol> 7.画像処理注：このファントムは、多くのイメージング戦略で使用するために設計されました。 RAD-EPSIの画像はMATLABを使用して処理した方法の例として、 図2を参照してください。 <ol><li> FIDファイルから生データをロードします。 Resha実部と虚ペアとして格納されたデータのためのポイント、エコーやアカウントを読み出し、突起の数と一致するデータをPE。偶数と奇数エコーポイントを分離。 </li><li>フーリエ変換は、エコー次元に沿って偶数か奇数エコーのいずれかを変換します。視覚ピルビン酸および乳酸のための周波数帯域を特定します。簡単にするために、スペクトルの絶対値を用いました。 </li><li>各代謝産物のバンドを分離し、フーリエ変換は、各代謝物のために孤立したサイノグラムを生成する周波数エンコード方向に沿って変換します。逆ラドンは、乳酸やピルビン酸のいずれかの画像を生成するために別個のサイノグラムを変換します。 </li></ol>

<ol><li>Merritt, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+allows+a+direct+measure+of+flux+through+a+single+enzyme-catalyzed+step+by+NMR%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America+104%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C allows a direct measure of flux through a single enzyme-catalyzed step by NMR.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104. 104, 19773-19777 (2007).</li>
<li>Rodrigues, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+of+tumor+glycolysis+using+hyperpolarized+13C-labeled+glucose%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+medicine%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging of tumor glycolysis using hyperpolarized 13C-labeled glucose.</a> Nature medicine. 20, 93-97 (2014).</li>
<li>Day, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+tumor+response+to+treatment+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+imaging+and+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+medicine%22%5BJournal%5D)">Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy.</a> Nature medicine. 13, 1382-1387 (2007).</li>
<li>Keshari, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+dehydroascorbate+as+an+endogenous+redox+sensor+for+in+vivo+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C dehydroascorbate as an endogenous redox sensor for in vivo metabolic imaging.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 18606-18611 (2011).</li>
<li>Gallagher, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+of+pH+in+vivo+using+hyperpolarized+13C-labelled+bicarbonate%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate.</a> Nature. 453, 940-943 (2008).</li>
<li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+tumor+hyperpolarized+%5B1-13C%5D-pyruvate+dynamics+using+time-resolved+multiband+RF+excitation+echo-planar+MRSI%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Investigation of tumor hyperpolarized [1-13C]-pyruvate dynamics using time-resolved multiband RF excitation echo-planar MRSI.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 63, 582-591 (2010).</li>
<li>Cunningham, C. H., Dominguez Viqueira, W., Hurd, R. E., Chen, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+correction+method+for+improved+spatial+correlation+of+hyperpolarized+13C+metabolites+and+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+biomedicine%22%5BJournal%5D)">Frequency correction method for improved spatial correlation of hyperpolarized 13C metabolites and anatomy.</a> NMR in biomedicine. 27, 212-218 (2014).</li>
<li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+dynamic+3D+MR+spectroscopic+imaging+with+compressed+sensing+and+multiband+excitation+pulses+for+hyperpolarized+13C+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Fast dynamic 3D MR spectroscopic imaging with compressed sensing and multiband excitation pulses for hyperpolarized 13C studies.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 65, 610-619 (2011).</li>
<li>Mayer, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+subsecond+spiral+chemical+shift+imaging+to+real-time+multislice+metabolic+imaging+of+the+rat+in+vivo+after+injection+of+hyperpolarized+13C1-pyruvate%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Application of subsecond spiral chemical shift imaging to real-time multislice metabolic imaging of the rat in vivo after injection of hyperpolarized 13C1-pyruvate.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 62, 557-564 (2009).</li>
<li>Walker, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Catalyzing+Phantom+for+Reproducible+Dynamic+Conversion+of+Hyperpolarized+%5B1-C-13%5D-Pyruvate%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+one%22%5BJournal%5D)">A Catalyzing Phantom for Reproducible Dynamic Conversion of Hyperpolarized [1-C-13]-Pyruvate.</a> PloS one. 8, e71274(2013).</li>
<li>Levin, Y. S., Mayer, D., Yen, Y. F., Hurd, R. E., Spielman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+fast+spiral+chemical+shift+imaging+using+least+squares+reconstruction%3A+application+for+hyperpolarized+%2813%29C+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Optimization of fast spiral chemical shift imaging using least squares reconstruction: application for hyperpolarized (13)C metabolic imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 58, 245-252 (2007).</li>
<li>von Morze, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+multiagent+hyperpolarized+%2813%29C+perfusion+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Simultaneous multiagent hyperpolarized (13)C perfusion imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 72, 1599-1609 (2014).</li>
<li>Sogaard, L. V., Schilling, F., Janich, M. A., Menzel, M. I., Ardenkjaer-Larsen, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+measurement+of+apparent+diffusion+coefficients+of+hyperpolarized+%281%29%283%29C-labeled+metabolites%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+biomedicine%22%5BJournal%5D)">In vivo measurement of apparent diffusion coefficients of hyperpolarized (1)(3)C-labeled metabolites.</a> NMR in biomedicine. 27, 561-569 (2014).</li>
<li>Patrick, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+transgene+expression+using+hyperpolarized+13C+urea+and+diffusion-weighted+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Detection of transgene expression using hyperpolarized 13C urea and diffusion-weighted magnetic resonance spectroscopy.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 73, 1401-1406 (2015).</li>
</ol>

このビデオ - 記事の出版は、Bruker社によってサポートされています。

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...

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。単一酵素系を使用して、我々は、動的画像化戦略の厳密な検査を可能にする、制御可能かつ再現可能な化学変換を提供することができます。 このシステムは、超偏極基板用のイメージング戦略を開発し、代替的なアプローチとの比較のための性能を特徴づけるために希望している研究者を対象としています。静的測定は、所望の終点である場合には、静的な13 C-標識さ代謝物ファントムのwi11で十分でしょう。もう一方の端に、より複雑な生物学的特徴付けは、実際の生物学的モデルは12月14日を必要とされる方法（配達、細胞密度、 など ）にとって重要である場合。このシステムは、見かけ上の化学的変換率の定量的尺度を提供することを目的とイメージング戦略の評価のために理想的です。

<table><tbody><tr><td>BioSpect 7T</td><td>Bruker</td><td>BioSpec 70/30 USR</td><td>7 Tesla 前臨床MRIスキャナー</td></tr><tr><td>HyperSense</td><td>オックスフォード・インスツルメンツ</td><td>Hypersense DNP 偏光子</td><td>MRI剤用動的核偏光子</td></tr><tr><td>1-13C-ピルビン酸</td><td>Sigma Aldrich</td><td>677175</td><td>Carbon 13 labelled neat pyruvic acid</td></tr><tr><td>Trityl Radical</td><td>GE Healthcare</td><td>OX063</td><td>動的核分極で使用されるフリーラジカル</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S8045</td><td></td></tr><tr><td>EDTA</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E6758</td><td>エチレンジアミン四酢酸</td></tr><tr><td>LDH</td><td>Worthingthon</td><td>LS002755</td><td>ウサギの筋肉からの乳酸デヒドロゲナーゼ</td></tr><tr><td>NADH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N4505</td><td>&beta;-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</td></tr><tr><td>Trizma</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T7943</td><td>Trizmaプリセットクリスタル</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S7653</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

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。

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...

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。

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

本手順の全体的な目的は、制御されたファントム環境において、磁気共鳴画像法（MRI）を用いて高分極ピルビン酸から乳酸への変換を測定することです。この手法は、磁気共鳴によるピルビン酸の化学的変換を検出するシステムの能力など、高分極MRI分野における重要な疑問への回答に役立ちます。本手法の主な利点は、ピルビン酸の化学的変換が生体内の代謝と同様に進行しつつ、生体システムよりも制御可能性と再現性が高いことです。ほとんどのがんで一般的であるピルビン酸から乳酸への変換亢進がファントム環境でシミュレートされているため、本手法の意義はがんの診断にまで及びます。この方法はがんに関する知見を提供できるだけでなく、心代謝などの他の代謝イメージングにも適用可能です。一般的に、ハイパーポラライズ（過分極）媒体に固有の時間的制約が短いため、本手法に不慣れな方は苦労する可能性があります。溶解と排出の工程は迅速かつ正確に行う必要があるため、習得が困難であり、本手法を視覚的に実演することは極めて重要です。動的核分極（DNP）システムのサンプルカップに、ガドテリドール溶液0.3 µLとピルビン酸溶液13 mgをピペットで分注します。ピペットチップを用いて、サンプルカップ内のこの混合液を軽く攪拌します。DNPシステムコンソールのサンプル挿入ボタンをクリックして、サンプル挿入プロセスを開始します。サンプルウィザードで「normal sample」を選択し、「next」をクリックします。サンプルカップを垂直に保ったまま、挿入ロッドをサンプルカップの上部にゆっくりと配置します。指示が表示されたらDNPシステムを起動し、挿入ロッドを使用してカップを可変温度インサートに挿入します。サンプル挿入ロッド先端のプランジャーを引いて、サンプルを可変温度インサート内に放出します。サンプル挿入ロッドをシステムから取り出し、DNPシステムコンソールの「Next」ボタンをクリックします。次に、DNPシステムコンソールのpolarise sampleボタンをクリックして分極を開始します。RINMRソフトウェアの分極モニタリングソフトウェアにHYPERSENSENMRと入力します。build up configurationを1に設定し、Enterキーを押します。次に、「solid build up」をクリックします。保存ファイルの位置と名前を設定した後、DNPシステムコンソールのドロップダウンタブからcarbon 13のプロファイルを選択します。「次へ」をクリックしてください。ビルドアップ中のサンプリングを有効にするためにチェックボックスをオンにします。サンプル時間を300秒に設定し、finish upをクリックします。最後に、5 mLシリンジを用いて容量で、または天秤を用いて重量で、3.85 gの溶出媒を量り取ります。ファントムをマグネットの中心に配置し、注入ラインに容易にアクセスできるようにします。排気ラインから排出される液体を回収するための容器があることを確認してください。NADH溶液 240 µL、LDH溶液 125 µL、および緩衝液 335 µLを混合し、高活性酵素混合液を調製します。溶液を、注入ラインに取り付け可能な3 mLシリンジに入れて保持します。次に、240 µLのNADH溶液、75 µLのLDH溶液、および385 µLのバッファーを混合し、低活性酵素混合液を調製します。この混合液を、注入ラインに取り付け可能な別の3 mLシリンジに入れて保持します。初期ポジショニングを行うために、新しいローカライザースキャンをロードします。Acq/Recoを選択して、プロトンコイルをウォブルさせてください。調整プラットフォームを表示し、開きます。調整パネルでWobble Adjustを選択し、Openをクリックします。スイープ幅を10 MHzに設定し、Set Upをクリックします。しばらくすると、プロトンコイルのチューニングとマッチングがデータ収集ウィンドウに表示されます。コイルエレメントを13Cまたはエレメント2に変更し、スイープ幅を5 MHzに設定して、カーボンコイルをウォブルさせます。しばらくすると、カーボンコイルのチューニングとマッチングが収集ウィンドウに表示されます。適切に調整されていることを確認し、ストップボタンを押します。スキャンコントロールに戻るには、applyを押し、次にbackを押し、最後にcontinueを押してスキャンを開始します。溶解を開始する前に、このステップにおけるスキャン設定を完全に完了させておくことが極めて重要です。溶解が始まると停止させることはできず、高分極ピルビン酸が送達されるまでにシーケンスパラメータを調整する時間はほとんどありません。新しいラジオエコープランナー分光イメージングスキャンをロードしてください。反応チャンバー全体をカバーするように、スライス厚を30 mmに設定します。システムタブを選択し、動作モードを13C送信受信に変更して、動作モードを炭素13に設定します。ピルビン酸の分極度が90%以上に達すれば、溶液とファントムの準備が完了し、スキャン設定が完了したことになります。DNPシステムのコンソールにある「run dissolution」ボタンをクリックします。指示が表示されたら、溶出スティックを作動位置に移動させ、溶出液を注入します。DNPシステムを閉じ、DNPシステムのコンソールにある「finished」ボタンをクリックします。ピルビン酸と酵素の注入をスムーズに行うことが重要です。これにより、化学的な変換が完了する前に、酵素混合液が適切に混合され、ファントムチャンバーに届けられることが保証されます。DNPシステムが超分極ピルビン酸吸引液を送り出す際、高濃度および低濃度の酵素溶液シリンジのそれぞれに500 µLのピルビン酸溶液が注入されます。各シリンジを注入ラインにゆっくりと注入します。スキャンは、使用するスキャンプロトコルに応じて、注入前または注入直後に開始できます。溶解が完了したら、指示に従って溶解スティックを待機位置に戻し、「完了」をクリックします。ラジオエコープラナー分光イメージングシーケンスの代表的な結果をここに示します。ピルビン酸画像では、両心室に強いピルビン酸信号が認められます。乳酸画像では、乳酸信号はより弱くなっていますが、依然として心室内に局在しています。高分極乳酸とピルビン酸の信号比を用いて、各チャンバー内の酵素活性を推定することができます。各チャンバーにおける信号比は、そこに存在する酵素活性と一致します。この手法に習熟すれば、1時間で完了させることが可能です。この手順を行う際は、溶解プロセスを開始する前に、ファントム混合液と撮像シーケンスを準備しておくことが重要です。この手順に従うことで、他の高分極剤や酵素を使用し、シーケンスが他の化学反応をどの程度適切に撮像できるかといった追加の疑問を検討することが可能です。本手法は、高分極MRI分野の研究者が、再現性のあるファントムを用いてシーケンスの性能を探索するための道を開くものです。このビデオを視聴することで、高分極ピルビン酸から乳酸への変換を促進するための酵素混合液の調製方法、およびイメージングのための炭素13濃縮ピルビン酸の分極方法について十分に理解できるはずです。強磁場での作業は非常に危険を伴う可能性があるため、スキャン室への入退室管理などの予防措置を常に講じることを忘れないでください。

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JoVE Journal

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工学

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