Name: 過分極 13 C代謝磁気共鳴分光法とイメージング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 43 s
Description: 学ぶ 動的核分極を用いた過分極¹³C代謝磁気共鳴分光法とイメージング。前立腺癌細胞における乳酸脱水素酵素活性のリアルタイム測定と代謝プロセスの可視化を実現する革新的アプローチです。

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E.K.は、ミュンヘン工科大学の生物工学研究科（GSB）の支援に感謝しています。この研究は、SFB Collaborative Research Center 824, "Imaging for Selection, Monitoring, and Individualization of Cancer Therapies"のドイツ研究財団(DFG)の支援を受けたものです。

Rolf F. Schulte と Marion I. Menzel は、GE Global Research に勤務しています。

過分極プローブと13 CMRSIは、in vitroおよびin vivoでリアルタイムでの代謝をモニターするための有望な方法です。 1つの非常に重要な側面は、この実験的なプロセスを採用した場合は、特にインビトロ実験にについて、適切な標準化です。まず、試料の調製は、各実験において、超偏極物質の同じ濃度を達成するように適切にかつ一貫して行われる必要があります。これは、過分極すべきサンプルとバッファの両方の計量精密を必要とします。濃度が正しくない場合、溶液の最終pHは、T 1及び細胞の応答に影響を与えることができ、正確ではありません。また、できるだけ均一に細胞を処理することが重要です。細胞は常に、細胞が非常に高い濃に保持される時間の長さを最小限にするために、細胞回収およびその後の実験の間に最小の遅延が存在するように調製されるべきですentrationと低容量。このような異なる準備時間や温度などの細胞調製プロトコルの変動は、得られたデータの大幅な変動が生じる可能性があります。細胞とサンプルの混合はまた、標準化され...

現在、癌の広範囲の腫瘍病期分類、再病期決定、治療応答のモニタリング、及び再発の検出のために最も広く使用されている臨床的方法は、[18 F] -FDG PETです。 1しかし、最近、いくつかの新規および代替的なアプローチが出現しています。これらの方法の一つは、13 CMRSIです。この技術は、リアルタイムで、インビトロまたはインビボでの代謝を評価するために、低侵襲MRI続いて生物学的サンプル中に13 C-分子の導入を含みます。それにもかかわらず、そのような[18 F] -FDG PET又はコンピュータ断層撮影のような他の方法と比較して13 CMRSIの最大の課題は、低い信号対雑音比です。 NMR信号は、分極レベル、総人口の2つのエネルギー状態のスピン半核集団差の比（ 図1A）に正比例します。偏光は目の製品です。電子原子核の磁気回転比（γ）と温度に対する印加磁界の強さ。 1 H核の典型的な分極は、比較的低い信号対雑音比を与える3 Tに0.005％、0.001％程度です。今日の最先端のMRIのみによる生体試料中の1 Hの高い豊かさと1 H（γの1H = 42.576 MHzで/ T）の高い磁気回転比に成功したイメージング方法でした。しかし、炭素などの他の核を、観察、より厳しいあります。唯一の安定した、磁気的に活性な炭素同位体、13 Cは、すべての炭素原子のわずか1.1％を占めます。また、13 C（γ13C = 10.705 MHzで/ T）の磁気回転比は低い検出効率につながる、1 Hのそれよりも4倍低いです。要約すると、低い13 Cの存在量および低いγ13Cは熱13 C測定値が1の感度の0.0176％に達成させin vivoでの H-NMR測定。 動的核分極 13 C測定の比較的低い感度を克服するための方法は、DNPです。もともとはアルバートW.オーバーハウザーによって1953年に金属について説明しました。彼の記事では、彼は述べた： "伝導電子の電子スピン共鳴が飽和している場合、核はその磁気回転比は、電子スピンのことであった場合、彼らは次のようになり、同じ程度に偏光されることが示されている。「2その後その年、カーバーとスリクターは、実験的にオーバーハウザーの仮説3を確認しました 。 1958年、Abragamとプロクターは、液体中の電子のためにこの効果を説明し、それを名前の「固体効果。」 4 K以下の温度で、電子スピン分極は、ほぼ100％に達し、核スピン分極（ 図1B）4以下の大きさより3桁高いです。 T電子の磁気回転比（γE = 28024.944 MHzの/ T）は、核磁気回転比よりも三桁であるため、彼が発生します。電子は、対応する電子に近い周波数でマイクロ波照射を使用して、核スピンへスピンから、このようなオーバーハウザー効果、固体効果、クロス効果、及び熱混合効果として電子と原子核との間の弱い相互作用は、偏光の転送を可能にします常磁性共鳴（EPR）周波数5,6。 DNPの理論は、さらにより多くの電子および熱混合が関与するために開発されました。それにもかかわらず、現在までに、DNPの統一定量的な理論的な説明は7,8を公開されていません。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54751/54751fig1.jpg"> 図1：動的核分極および過分極を理解します。スピン人口のA）は概略比較熱平衡偏光状態と過分極状態インチB）偏光は、温度に依存しています。電子（E - ）の偏光は100％1.4 KでDNPの下に到達した電子から10 5倍までの彼らの偏光を増加させる13 C核に分極の転送を可能にします。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54751/54751fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 13 C NMRを用いて、生物学的システムの研究にDNPを導入するために、その後の迅速なサンプルの溶解を開発する必要がありました。オーバーハウザーの仮説、月H. Ardenkjaer-ラーセンら後の50年。最小限の過分極損失6で液体状態に過分極凍結サンプルをもたらす技術的に困難な問題を解決しました。解散DNPは13 CMRSと呼ばれる新しい研究分野を開きました私は、種々の疾患状態9,10を調査し、特徴づけるための新しい方法を提供します。不対電子のように安定したキャリア、トリチルラジカルトリス（8-カルボキシ-2,2,6,6-テトラ（ヒドロキシエチル）-benzo- [1,2-4,5]ビス - （1,3） -dithiole -4-イル）メチルナトリウム塩（OX063）または（2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-イル）オキシル（TEMPO）は、通常使用されます。これらは、所望の13 C標識された分子と混合し、対応するEPR周波数に近い周波数でマイクロ波照射に曝露されます。この技術を用いて、13 C核の分極を37〜11％まで増加させることができます。これは、熱平衡偏光11,12に比べて10 5倍の偏光強化につながります。しかし、マイクロ波照射が停止され、及び/又は13 C-分子は液体状態に転送されるとすぐように、偏光を偏光された13 C核の縦緩和時間（T 1）で減衰します。このように、迅速な溶解技術の発明または実験測定までの時間を短縮し、後続の技術（ すなわち、注射）は、生物学的なアプリケーション13のために重要です。 候補分子が成功した13 CMRSIの研究のために満たすために必要な三つの主要な要件があります。まず、目的の13 C核が十分に長いT 1（&gt; 10秒）を有していなければなりません。 13 C-標識の選択は非常に重要です。最良の候補核が結合を介して 1 H-核と直接接触を持つ炭素です。元の物質と有意に異なる化学シフト下流代謝産物を生じ、3 T 1回-それはまた、急速に2内に代謝される必要があります。空間分布は、トランスを可能にする電子と13 Cとの間の距離を減少するように試料混合物は、固体状態で場合非晶質ガラスを形成しなければなりません偏光のFER。候補分子は、自然に非晶質ガラスを形成しない場合、それは、例えばグリセロールまたはジメチルスルホキシド14として、ガラス化剤中に高度に可溶性である必要があります。これらの要件は、候補分子が比較的少数で生じます。しかし、適切な分子の発見に成功した後、過分極のための作業プロトコルを開発することが9,14,15技術的に挑戦することができます。 36、[2- 13 C]ピルビン酸37、[1- 13 C]ピルビン酸エチル38、[1- 13 C -近年では、いくつかの基板には、[1- 13 C]ピルビン酸12,16として、正常に偏しています]乳酸39、[1- 13 C]フマル酸40から43、13 C-重炭酸塩36,44,45、[1- 13 C]酢酸ナトリウム43,46 - 49、13 C-尿素6,36,50,51 、[5- 13 C] glutamineの15,52,53、[1- 13 C]グルタミン酸53,54、[1- 13 C] 2-オキソグルタル酸55、[1- 13 C]アラニン、およびその他14,56。過分極に特に興味深く、一般的に使用される基板は、[1- 13 C]ピルビン酸塩です。広く種々の疾患14,17,22における細胞のエネルギー代謝を調査するために前臨床試験で使用されています。 [1- 13 C]ピルビン酸は続いて代謝される前に、細胞膜を横切る比較的長いT 1および迅速な輸送を含む成功した超偏極のためのすべての要件を満たしています。 [1- 13 C]ピルビン酸と前臨床研究は、現在、診療所57に翻訳されています。 ピルビン酸の代謝 よく、癌細胞のDNAおよびそれらの代謝経路の変化の突然変異との間に直接的なリンクがあることが知られています。すでに1920年代、オットーウォーバーグdiscov60 -健康な組織58に比べて、腫瘍中の乳酸のグルコース生産の増加代謝があることをered。続いて、このようなペントース - リン酸経路、トリカルボン酸回路、酸化的リン酸化、ならびにヌクレオチドおよび脂質の合成のような他の代謝経路における種々の交替は、記載されています。 ピルビン酸は、解糖の最終産物です。腫瘍では、LDH 61によって触媒嫌気的解糖を受け、補酵素ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドの還元形態と反応し （NADH）、乳酸塩および補酵素（NAD +）の酸化型になります。あるいは、ピルビン酸は、アラニントランスアミナーゼ（ALT）によって触媒されるアラニンを形成するグルタミン酸転移反応を受けます。両方の反応は容易に可逆的です。ピルビン酸は、また、二酸化炭素およびアセチルCoA、rにピルビン酸デヒドロゲナーゼ（PDH）により触媒される脱炭酸を受けこの段階で不可逆的な反応をepresenting。これらの反応速度での交代は、腫瘍代謝17,21,22,25,62にリンクすることができます。代謝経路を図2にまとめます。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54751/54751fig1.jpg"> 図2：ピルビン酸の主要代謝反応のダイアグラム。ピルビン酸/乳酸変換はLDHにより触媒される、ピルビン酸/アラニンの変換はALTによって触媒されます。ピルビン酸は、不可逆的にPDHによって、およびCO 2 -アセチルCoAに変換され、CO 2は重炭酸塩80とのpH依存性平衡状態にあります。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54751/54751fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 過分極[1- 13 C]ピルビン酸塩及びその代謝産物の検出は、以前にラットにおいて実証されている彼芸術37,63 - 65、肝臓66、筋肉、および腎臓62,67。ある研究では、正常と絶食ラットの肝臓66との間に乳酸からアラニンへの比率に有意差を示し、肝癌68,69に非常に上昇し、過分極[1- 13 C]乳酸レベルを示しました。腫瘍の悪性度を切除した腫瘍の組織学的悪性度と高い相関を示す過分極乳酸レベルで、過分極[1- 13 C]ピルビン酸22を用いて、マウス前立腺（TRAMP）のトランスジェニック腺癌において同定することができるという証拠があります。 ALTによってピルビン酸から触媒アラニンはまた、ラットの肝細胞癌23に有用なマーカーとして提案されています。 ピルビン酸、乳酸の代謝フラックスを測定するモニタリング虚血63,65,70のための細胞傷害性化学療法17,40、標的薬による治療への応答として使用されてきました&lt;SUP&gt; 24,25,41、または動物モデルでの放射線治療26。また、神経膠芽腫および乳癌のマウスモデル25におけるホスファチジルイノシトール3-キナーゼ（PI3K）阻害剤LY294002応答の検出のために使用されてきました。脳腫瘍26および前立腺癌24,71におけるピルビン酸代謝の変化はまた、治療後に観察されています。 前立腺癌 前立腺癌は、世界中の72人の男性に死刑に関連する高齢男性と第二の主要癌における主要な癌です。現在まで、信頼性の高い、非侵襲的な方法は、患者の厳格な検出およびステージングを有効にするための新規な代謝イメージング技術のための緊急の必要性を強調し、前立腺癌73,74の早期診断および特徴付けのために用意されていません。前立腺癌は、患者における13 CMRSIと組み合わせた溶解DNPの可能性を実証するためのモデルとして使用されました57です。この作業は、[1- 13 C]ピルビン酸および前立腺癌のイメージングのための13 CMRSIを採用した最初の臨床試験で継続し、それは最近（NCT01229618）を完了したしました。 この作品の背後にある動機は、細胞を用いた前臨床設定で13 CMRSI法の適用をより詳細に、より広い聴衆のために説明することでした。 PC3前立腺癌細胞株のin vitroでの [1- 13 C]乳酸に[1- 13 C]ピルビン酸のLDH触媒による代謝を測定し、我々は、in vitro試験で溶解DNPの適用可能性を実証し、重要なステップに対応し、実験中の課題。

<table><tbody><tr><td>HyperSense DNP 偏光子</td><td>オックスフォード・インスツルメンツ</td><td></td><td>3.35 T 前臨床 DNP 超偏光子</td></tr><tr><td>GE/Agilent MR901</td><td>GE Healthcare/Agilent Technologies</td><td></td><td>7 T 前臨床 MRI スキャナー、実験用に設計された小口径 onrodent</td></tr><tr><td>Spinsolve Carbon</td><td>Magritek</td><td></td><td>1 T NMR 分光計、永久磁石付き</td></tr><tr><td>酸化重水素</td><td>Sigma Aldrich</td><td>7789-20-0</td><td></td></tr>リン酸<tr><td>ナトリウム二塩基性</td><td>Sigma Aldrich</td><td>7558-79-4</td><td></td></tr>リン酸<tr><td>ナトリウム一塩基性</td><td>Sigma Aldrich</td><td>7558-80-7</td><td></td></tr>水<tr><td>酸化ナトリウム</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1310-73-2</td><td></td></tr>エ<tr><td>デト酸二ナトリウム</td><td>Sigma Aldrich</td><td>6381-92-6</td><td></td></tr>ピル<tr><td>ビン酸-13C1</td><td>Cambridge Isotopes Laboratories</td><td>CLM-8077-1</td><td></td></tr><tr><td>Dotarem (0.5 mmol/L)</td><td>ゲルベ</td><td></td><td>・ガドテレ酸メグルミン&nbsp;&nbsp;</td></tr><tr><td>トリス(8-カルボキシ-2,2,6,6-テトラ-(ヒドロキシエチル)-ベンゾ-[1,2&ndash;4,5]-ビス-(1,3)-ジチオール-4-イル)-メチルナトリウム塩 (OX063)</td><td>GE Healthcare</td><td></td><td>trityl radical used as a sourse of free electron</td></tr><tr><td>PC3 cell line</td><td>ATCC</td><td>CRL1435</td><td></td></tr><tr><td>F-12K medium&nbsp;</td><td>ATCC</td><td>30-2004</td><td></td></tr><tr><td>ウシ胎児血清</td><td>ATCC</td><td>SCRR-30-2020</td><td></td></tr><tr><td>トリプシン-EDTA 溶液、1x</td><td>ATCC</td><td>30-2101</td><td></td></tr><tr><td>サンプルプラスチックカップ</td><td>オックスフォード・インスツルメンツ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>トリパンブルー</td><td>バイオ・ラッド</td><td>145-0013-MSDS</td><td></td></tr></tbody></table>

過分極 13 c代謝磁気共鳴分光法とイメージング

Hyperpolarized 13C Metabolic Magnetic Resonance Spectroscopy and Imaging

過去数十年間では、腫瘍の病期分類、再病期決定、治療応答のモニタリング、および種々の癌の再発を検出するための新しい方法は、18 F-フルオロ（[18 Fと最先端の陽電子放射断層撮影法に関連して出現しています] -FDG PET）。 13 C核磁気共鳴分光イメージング（13 CMRSI）は、 インビボ及びリアルタイムでの代謝のモニタリングを可能にする低侵襲イメージング法です。 13 C核磁気共鳴（NMR）に基づく他の方法と同様に、それが原因13 C及び低天然存在度の比較的低い磁気回転比で低熱分極とそれに続く低い信号対雑音比の挑戦に直面しています生物学的サンプル。これらの制限を克服することにより、後続のサンプルの溶解との動的核分極（DNP）は、最近、一般に有効測定するNMR及び磁気共鳴イメージング（MRI）システムを使用してい様々な生物学的システムでは、研究、および画像鍵代謝経路。過去10年間に、広く細胞のエネルギー代謝を調査するために、インビトロ 、前臨床に使用される、および、より最近では、臨床試験されている、13 CMRSIある[1- 13 C]ピルビンで使用特に興味深く有望な分子癌および他の疾患インチこの記事では、我々は3.35 T前臨床DNPの超偏極を用いて、溶解DNPの技術の概要を説明し、in vitro試験におけるその使用法を示します。過分極のための同様のプロトコルは、同様のインビボ研究においてほとんどの部分に適用することができます。そうするために、我々は、乳酸脱水素酵素（LDH）を使用し、13 CMRSIを使用して、in vitroでの前立腺癌細胞株、PC3、中[1- 13 C]乳酸に[1- 13 C]ピルビン酸の代謝反応を触媒しました。

「マイクロ波スイープ」の結果は、図3に示されています。これは、[1- 13 C]ピルビン酸サンプルのための最適なマイクロ波の周波数がローカル3.35-Tの超偏極のための94.156 GHzであることを示しています。以下のすべての過分極実験（N = 14）は、100ミリワットの電力で、このマイクロ波周波数を使用して実施しました。マイクロ波照射は、90％より高い固体過分極につながる、60〜80分間適用しました。結果を図4に示されています。過分極[13 C]ピルビン酸塩は、5×10 6（N = 2）、10 個 （N = 2）、2×10 7（N = 1）、3×10 7（N = 2）、4×と混合し10 7（N = 1）、6×10 7（N = 2）、8×10 7（N = 2）、及び10 8（N = 1）、前立腺癌細胞株PC3の。 <p class="jov...

動的な核分極とその後のサンプル溶解により、生体システムにおける代謝のリアルタイム研究が可能になりました。過分極[1-13C]ピルビン酸は、in vitroで前立腺癌細胞株の乳酸デヒドロゲナーゼ活性を研究するために使用されました。

過分極 13 C代謝磁気共鳴分光法とイメージング

In the past decades, new methods for tumor staging, restaging, treatment response monitoring, and recurrence detection of a variety of cancers have ...

この手順の全体的な目標は、動的核分極を使用して炭素13標識分子を過分極し、in vitroで炭素13磁気共鳴、レトロスコピックイメージングを使用してそれらのエニズム変換を測定することです。この方法は、炭素の共鳴信号を10, 000〜100, 000倍に増加させ、層状化合物をそれらの代謝産物と区別し、イメージングによって体内に局在化させることを可能にします。この方法の主な利点は、たとえばVR技術と比較して、生体内の自然に存在する物質の代謝をリアルタイムで表示できることです。また、この方法は、がんの代謝とin vitroでの代謝についての洞察を提供することができます。また、動物モデルや人間の患者にも適用できます。この技術の適用は、腫瘍の局在化を超えています。代謝性腫瘍のサブタイプを見つけて区別し、最先端の技術と並行して治療を監視するために使用できます。手順を開始するには、まずガドテレ酸メグルミンの1ミリモル溶液と濃縮された1炭素13ピルビン酸溶液を準備します。トリチルラジカルOX063を混合物に添加して最終濃度を15ミリモルにし、完全に溶解します。DNP Polarizerソフトウェアで、[Cool Down]をクリックして、可変温度インサート(VTI)の温度を1.4ケルビン未満に下げます。VTIが冷えたら、カーボン13ラベル付きサンプル溶液の約8マイクロリットルをプラスチックサンプルカップに入れます。カップをサンプル挿入ロッドに取り付けます。ソフトウェアで、[サンプルの挿入]をクリックします'通常のサンプルを選択'次に「次へ」これにより、サンプルホルダーが上がり、VTIへのインレットバルブが開き、サンプルの挿入が可能になります。プロンプトで、挿入ロッドを使用してサンプルカップをVTIに押し込みます。サンプルカップを取り外し、挿入ロッドを慎重に引き出します。サンプルがロッドから切り離され、閉鎖手順中にVTIから押し出されなかったことを確認します。「次へ」をクリックしてバルブを閉じ、サンプルカップを液体ヘリウムに下げてから、「完了」をクリックして最適な分極周波数を見つけるには、まずRINMRソフトウェアを起動します。設定画面で「Select Sample」をクリックし、「Do Micro Sweep」でデータを保存するファイルを作成します。DNP Polarizerソフトウェアに切り替えます。[キャリブレーション]タブを選択し、マイクロ波スイープパラメータを設定してから、マイクロ波スイーププロセスを開始します。マイクロ波掃引が終了したら、測定された信号振幅の最大値で周波数をメモします。RINMRソフトウェアに戻り、[Solid Build Up]を選択します次に、DNP Polarizerソフトウェアで[偏光]をクリックします最適なマイクロ波周波数と電力を入力します。「次へ」をクリックします「偏光蓄積モニタリングを有効にする」をクリックし、「完了」をクリックして、サンプルを十分な時間分極し、95%以上の偏光を達成します。偏光中は、収集フラスコを過偏光子サンプル排気管に接続し、分光器の近くに置きます。110度のRFパルスを3秒間隔で照射する13カーボンスキャンシリーズを搭載した1テスラNMR分光計をセットアップします。ピルビン酸分極中に、細胞培養の準備を開始します。細胞培養フラスコから細胞培地を取り出します。約10ミリリットルのリン酸緩衝生理食塩水で細胞を洗浄します。培養フラスコに5ミリリットルのトリプシンを追加します。培養物を摂氏37度で3〜5分間インキュベートし、次いで、10%のウシ胎児血清を容量で含有する約5ミリリットルのF12K培地でトリプシンを不活性化する。次に、所望の数の細胞を含む細胞懸濁液の量をプラスチック製の遠心分離チューブに移します。細胞サンプルを1200 Gで5分間遠心分離します。上清を廃棄し、パレットを10%FCSを含む十分なF12K媒体に再懸濁して、最終容量800マイクロリットルを達成します。懸濁液を1.5ミリリットルの微量遠心チューブに移し、温水で満たされたプラスチック容器にチューブを入れます。炭素13磁気共鳴分光法によるデータ収集を開始するには、細胞サンプルを調製し、ピルビン酸分極が95%を超えたら、DNP Polarizerソフトウェアの「Run Dissolution」をクリックします。溶解チャンバーの上部バルブを介して溶解剤の適量をロードします。溶解スティックをアクティブ位置に動かします。「Next」をクリックして確認し、DNP Polarizerソフトウェアの「Finish」をクリックして、溶出プロセスを初期化します。溶解プロセスが終了するまで待ちます。細胞サンプルの800マイクロリットルに200マイクロリットルの過分極ピルビン酸溶液を追加します。ピペットでよく混ぜてから、約600マイクロリットルの混合物を5mmのNMRチューブに入れます。NMRチューブを分光器にセットし、「Run」をクリックして測定を開始します。次に、付属のサンプルカップに付いている溶解スティックをクリーニング位置に移動し、DNP Polarizerソフトウェアの[完了]をクリックします。Carbon 13磁気共鳴イメージングを開始するには、過分極プロセスを開始した後、細胞番号が10以上の800マイクロリットルの再懸濁細胞サンプルを3ミリリットルのシリンジに移します。シリンジを長いカテーテルに接続し、シリンジをMRIスキャンベッドに置きます。カテーテルがMRIスキャナーの外部に到達するのに十分な長さであることを確認してください。シリンジの隣に、10%ガドテレ酸メグルミンを含む10モルの炭素13尿素を含むキャリブレーションファントムを配置します。カーボン13チューンRFレシーバーコイルをシリンジに置きます。スキャンベッドをスキャナーに挿入して、対象物がMRIスキャナーのアイソセンターにあるようにします。接続フラスコを過偏光子サンプル排気管に接続し、カテーテルの端の近くに置きます。標準の 3 平面ローカリゼーションシーケンスを実行し、必要に応じてシリンジの位置を調整します。次に、シリンジの局在をカバーするプロトンT2強調解剖学的配列をセットアップして実行します。得られた解剖学的画像から、Carbon 13ファントムを含む関心領域の5つの連続スライスを選択します。carbon 13 分光キャリブレーション取得を設定し、パルスシーケンスライブラリから 2D ブロックシーガートキャリブレーションシーケンスを選択します。パルスシーケンスをスキャナーにダウンロードし、分光プレスキャンを実行します。スペクトル振幅プロットで、carbon 13キャリブレーションファントムピークをスキャナー周波数の中心に設定します。レシーバーのゲインを最大に設定し、[スキャン]をクリックしてキャリブレーションシーケンスを実行します。報告された送信ゲインと中心周波数を記録します。次に、選択した解剖学的スライスのカーボン 13 ケミカルシフトイメージング取得を設定します。2Dエコー平面分光イメージングシーケンスを選択し、パルスシーケンスをスキャナーにダウンロードします。分光プリスキャンを実行し、キャリブレーション値に基づいて中心周波数と送信ゲインを調整して、MRI分光計のセットアップを完了します。ピルビン酸が95%の偏光に達したら、DNP Polarizerソフトウェアの「Run Dissolution」をクリックし、溶出剤をロードします。溶解スティックをアクティブ位置に動かします。「次へ」をクリックし、次に「完了」溶解した過分極サンプルが収集フラスコに到達したら、約1ミリリットルの過分極溶液をシリンジに引き込み、200マイクロリットルが細胞サンプルに到達するようにカテーテルに注入します。「スキャン」をクリックして、実験データの取得を開始します。データ収集が終了したら、付属のサンプルカップに付いている溶解スティックを洗浄位置に移動し、DNP NMRソフトウェアの[完了]をクリックします。ピルビン酸から乳酸への代謝交換速度は、過分極乳酸とピルビン酸の炭素13 NMR分光法信号強度を周波数と時間に関して監視することにより、前立腺癌PC3細胞で研究されました。乳酸動態値は、単純比モデルと2サイト交換微分モデルによって評価され、細胞数に正規化されました。どちらのモデルでも、細胞数の増加に伴って乳酸産生が減少する傾向が観察されました。これは、細胞濃度が高く、サンプルの粘度が高いことに起因します。細胞数の2倍から10倍から7倍未満のサンプルは、乳酸のシグナル対ノイズ比が非常に小さいため、標準偏差値が大きいため、有益なデータを得るためには、サンプルに少なくともその数の細胞が含まれている必要があることを示しています。空間的局在化は、特定の周波数領域について炭素13画像を取得することができる優れたスペクトル分解能を備えたMRIによって達成されました。空間分布は、生データから決定されました。カーボン13画像は、以前に取得したプロトン画像と共レジストレーションすることもできます。この実験をマスターし、適切に実行すれば、60分以内に行うことができます。このビデオを見れば、動的核分極法を用いて目的の分子の過分極を行う方法や、簡単なNMR分光法や細胞イメージング実験を行う方法について、十分に理解できるはずです。この手順を試みるときは、非常に速くすることが重要です。過分極したサンプルが偏光子を離れた後、得られたNMRシグナルは2分以内にすべて失われることを忘れないでください。結論として、溶解DNPはさまざまなアプリケーションに使用できます。これには、糖尿病などの疾患の研究や、さまざまな種類のがんの代謝変化の調査だけでなく、組織のpHの測定も含まれます。

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Cancer Research

がん研究

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この記事は、一次運動皮質代謝に対する両側刺激の影響を調査するために、経頭蓋直流刺激(tDCS)と陽子磁気共鳴分光法(1H-MRS)測定を組み合わせるための基本的なプロトコルを説明することを目的としています。...

一次運動野代謝に及ぼすバイ半球経頭蓋電気刺激効果の測定のためのツールと​​しての磁気共鳴分光法の利用

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溶解動的核分極(DNP)による感度向上により、NMRやMRIによる代謝過程をリアルタイムで追跡することができます。研究用酵素反応用に設計された専用の溶解DNPセットアップの特性と性能について説明します。...

NMRによるリアルタイム酵素反応速度測定のための溶解動的核分極計装

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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

新しい電子常磁性共鳴（EPR）法、高速走査EPR（RS-EPR）は、従来の連続波（CW）技術に優れており、in vivoイメージングのための新しい会場を開き、2Dスペクトル空間イメージングのために実証されています。結果は、250 MHzで実証されていますが、技術は、任意の周波数においても適用可能です。...

高速走査電子常磁性共鳴イメージング生理学的に重要なパラメータのための新しい道を開きます。<em&gt;インビボ</em

我々は、高速フィールドサイクル緩和測定を用いて、動的核偏光によって過偏光する13C濃縮化合物のスピン格子緩和時間の磁場依存性を測定するプロトコルを提示する。具体的には[1-13...

過偏光のスピン格子緩和磁場依存性の測定[1-13C]ピルビン酸

過分極した 13C標識代謝物を連続灌流モードで単離灌流マウス心臓に投与するための実験セットアップについて説明します。専用の 13C-NMR取得アプローチにより、代謝酵素活性をリアルタイムで定量でき、マルチパラメトリック...

単離灌流マウス心臓における過分極[1-13 C]ピルビン酸および13C/31P NMR分光法による心臓代謝の調査(英語)

この原稿では、過分極Xenon-129化学シフト飽和回復法(CSSR)を使用して肺ガス交換を追跡し、見かけ上の肺胞中隔壁の厚さを評価し、表面と体積の比率を測定するための詳細なプロトコルを示しています。この方法は、肺疾患の診断と監視の可能性を秘めています。...

過分極キセノン分光法による肺の構造と機能の定量的測定

このプロトコルは、カスタムメイドのバイオリアクターシステムと過分極¹³C...

過分極 13C NMRを用いた生細胞のリアルタイム代謝検出

学ぶ 動的核分極を用いた過分極¹³C代謝磁気共鳴分光法とイメージング。前立腺癌細胞における乳酸脱水素酵素活性のリアルタイム測定と代謝プロセスの可視化を実現する革新的アプローチです。

過分極¹³ C代謝磁気共鳴分光法とイメージング

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