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

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。