Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-13T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 57 s
Description: 学ぶ過偏化溶液のスピン格子緩和時間測定法。高速磁場循環緩和測定法を用いて[1-13C]ピルビン酸の低磁場での緩和時間を高精度で推定し、MRIスキャナーへの輸送中の偏光損失を評価する。

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著者らは、オンタリオ州がん研究所、イメージング翻訳プログラム、カナダ自然科学工学研究評議会にこの研究に資金を提供してくれたことに感謝したいと思います。また、アルバート・チェン、GEヘルスケア、トロント、カナダ、ジャンニ・フェランテ、ステラーs.r.l.、イタリア、ウィリアム・マンダー、オックスフォード・インスツルメンツ、英国との有益な議論を認めるのも好きです。

<ol><li>Golman, K., Zandt, R. I., Lerche, M., Pehrson, R., Ardenkjaer-Larsen, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metabolic+imaging+by+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+imaging+for+in+vivo+tumor+diagnosis%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Metabolic imaging by hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging for in vivo tumor diagnosis.</a> Cancer Research. 66 (22), 10855-10860 (2006).</li>
<li>Witney, T. H., Brindle, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+tumour+cell+metabolism+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemical+Society+Transactions%22%5BJournal%5D)">Imaging tumour cell metabolism using hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy.</a> Biochemical Society Transactions. 38 (5), 1220-1224 (2010).</li>
<li>Kurhanewicz, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+cancer+metabolism+by+imaging+hyperpolarized+nuclei%3A+prospects+for+translation+to+clinical+research%5BTitle%5D)+AND+%22Neoplasia%22%5BJournal%5D)">Analysis of cancer metabolism by imaging hyperpolarized nuclei: prospects for translation to clinical research.</a> Neoplasia. 13 (2), 81-97 (2011).</li>
<li>Golman, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiac+metabolism+measured+noninvasively+by+hyperpolarized+13C+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Cardiac metabolism measured noninvasively by hyperpolarized 13C MRI.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 59 (5), 1005-1013 (2008).</li>
<li>Golman, K., in 't Zandt, R., Thaning, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Science+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Real-time metabolic imaging.</a> Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 103 (30), 11270-11275 (2006).</li>
<li>Day, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+response+of+rat+C6+glioma+tumors+to+radiotherapy+using+hyperpolarized+%5B1-+13C%5Dpyruvate+and+13C+magnetic+resonance+spectroscopic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Detecting response of rat C6 glioma tumors to radiotherapy using hyperpolarized [1- 13C]pyruvate and 13C magnetic resonance spectroscopic imaging.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 65 (2), 557-563 (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 (7197), 940-943 (2008).</li>
<li>Wilson, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-compound+polarization+by+DNP+allows+simultaneous+assessment+of+multiple+enzymatic+activities+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">Multi-compound polarization by DNP allows simultaneous assessment of multiple enzymatic activities in vivo.</a> Journal of Magnetic Resonance. 205 (1), 141-147 (2010).</li>
<li>Gallagher, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Production+of+hyperpolarized+%5B1%2C4-13C2%5Dmalate+from+%5B1%2C4-13C2%5Dfumarate+is+a+marker+of+cell+necrosis+and+treatment+response+in+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Science+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Production of hyperpolarized [1,4-13C2]malate from [1,4-13C2]fumarate is a marker of cell necrosis and treatment response in tumors.</a> Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 106 (47), 19801-19806 (2009).</li>
<li>Chen, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility+of+using+hyperpolarized+%5B1-13C%5Dlactate+as+a+substrate+for+in+vivo+metabolic+13C+MRSI+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Feasibility of using hyperpolarized [1-13C]lactate as a substrate for in vivo metabolic 13C MRSI studies.</a> Magnetic Resonance Imaging. 26 (6), 721-726 (2008).</li>
<li>Gallagher, F. A., Kettunen, M. I., Day, S. E., Lerche, M., Brindle, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((13C+MR+spectroscopy+measurements+of+glutaminase+activity+in+human+hepatocellular+carcinoma+cells+using+hyperpolarized+13C-labeled+glutamine%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">13C MR spectroscopy measurements of glutaminase activity in human hepatocellular carcinoma cells using hyperpolarized 13C-labeled glutamine.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 60 (2), 253-257 (2008).</li>
<li>Ardenkjaer-Larsen, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increase+in+signal-to-noise+ratio+of+%3E+10%2C000+times+in+liquid-state+NMR%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Increase in signal-to-noise ratio of > 10,000 times in liquid-state NMR.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (18), 10158-10163 (2003).</li>
<li>Ishii, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+MRI+of+the+pulmonary+vasculature+and+parenchyma%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C MRI of the pulmonary vasculature and parenchyma.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 57 (3), 459-463 (2007).</li>
<li>Lau, A. Z., Chen, A. P., Cunningham, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+Bloch-Siegert+B%281%29+mapping+and+multislice+imaging+of+hyperpolarized+%281%29%283%29C+pyruvate+and+bicarbonate+in+the+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Integrated Bloch-Siegert B(1) mapping and multislice imaging of hyperpolarized (1)(3)C pyruvate and bicarbonate in the heart.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 67 (1), 62-71 (2012).</li>
<li>Lau, A. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+multislice+imaging+of+hyperpolarized+13C+pyruvate+and+bicarbonate+in+the+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Rapid multislice imaging of hyperpolarized 13C pyruvate and bicarbonate in the heart.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 64 (5), 1323-1331 (2010).</li>
<li>Golman, K., Ardenkjaer-Larsen, J. H., Petersson, J. S., Mansson, S., Leunbach, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+imaging+with+endogenous+substances%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Molecular imaging with endogenous substances.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (18), 10435-10439 (2003).</li>
<li>Johansson, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cerebral+perfusion+assessment+by+bolus+tracking+using+hyperpolarized+13C%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Cerebral perfusion assessment by bolus tracking using hyperpolarized 13C.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 51 (3), 464-472 (2004).</li>
<li>Johansson, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perfusion+assessment+with+bolus+differentiation%3A+a+technique+applicable+to+hyperpolarized+tracers%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Perfusion assessment with bolus differentiation: a technique applicable to hyperpolarized tracers.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 52 (5), 1043-1051 (2004).</li>
<li>Albers, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+lactate%2C+pyruvate%2C+and+alanine%3A+noninvasive+biomarkers+for+prostate+cancer+detection+and+grading%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C lactate, pyruvate, and alanine: noninvasive biomarkers for prostate cancer detection and grading.</a> Cancer Research. 68 (20), 8607-8615 (2008).</li>
<li>Chen, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+C-13+spectroscopic+imaging+of+the+TRAMP+mouse+at+3T-initial+experience%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized C-13 spectroscopic imaging of the TRAMP mouse at 3T-initial experience.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 58 (6), 1099-1106 (2007).</li>
<li>Lupo, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+hyperpolarized+dynamic+13C+lactate+imaging+in+a+transgenic+mouse+model+of+prostate+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Analysis of hyperpolarized dynamic 13C lactate imaging in a transgenic mouse model of prostate cancer.</a> Magnetic Resonance Imaging. 28 (2), 153-162 (2010).</li>
<li>von Morze, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+of+blood+flow+using+hyperpolarized+%5B%2813%29C%5Durea+in+preclinical+cancer+models%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Imaging of blood flow using hyperpolarized [(13)C]urea in preclinical cancer models.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 33 (3), 692-697 (2011).</li>
<li>Brindle, K. M., Bohndiek, S. E., Gallagher, F. A., Kettunen, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tumor+imaging+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Tumor imaging using hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 66 (2), 505-519 (2011).</li>
<li>Park, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+early+response+to+temozolomide+treatment+in+brain+tumors+using+hyperpolarized+13C+MR+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Detection of early response to temozolomide treatment in brain tumors using hyperpolarized 13C MR metabolic imaging.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 33 (6), 1284-1290 (2011).</li>
<li>Bohndiek, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+tumor+response+to+a+vascular+disrupting+agent+by+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Cancer+Therapeutics%22%5BJournal%5D)">Detection of tumor response to a vascular disrupting agent by hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy.</a> Molecular Cancer Therapeutics. 9 (12), 3278-3288 (2010).</li>
<li>Witney, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+treatment+response+in+a+model+of+human+breast+adenocarcinoma+using+hyperpolarised+%5B1-13C%5Dpyruvate+and+%5B1%2C4-13C2%5Dfumarate%5BTitle%5D)+AND+%22British+Journal+of+Cancer%22%5BJournal%5D)">Detecting treatment response in a model of human breast adenocarcinoma using hyperpolarised [1-13C]pyruvate and [1,4-13C2]fumarate.</a> British Journal of Cancer. 103 (9), 1400-1406 (2010).</li>
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<li>Redfield, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shuttling+device+for+high-resolution+measurements+of+relaxation+and+related+phenomena+in+solution+at+low+field%2C+using+a+shared+commercial+500+MHz+NMR+instrument%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Shuttling device for high-resolution measurements of relaxation and related phenomena in solution at low field, using a shared commercial 500 MHz NMR instrument.</a> Magnetic Resonance in Chemistry. 41 (10), 753-768 (2003).</li>
<li>Grosse, S., Gubaydullin, F., Scheelken, H., Vieth, H. -M., Yurkovskaya, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Field+cycling+by+fast+NMR+probe+transfer%3A+Design+and+application+in+field-dependent+CIDNP+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">Field cycling by fast NMR probe transfer: Design and application in field-dependent CIDNP experiments.</a> Applied Magnetic Resonance. 17 (2), 211-225 (1999).</li>
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<li>Anoardo, E., Galli, G., Ferrante, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast-field-cycling+NMR%3A+Applications+and+instrumentation%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">Fast-field-cycling NMR: Applications and instrumentation.</a> Applied Magnetic Resonance. 20 (3), 365-404 (2001).</li>
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<li>Martínez-Santiesteban, F. M., Dang, T. P., Lim, H., Chen, A. P., Scholl, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((T1+nuclear+magnetic+relaxation+dispersion+of+hyperpolarized+sodium+and+cesium+hydrogencarbonate-13C%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+Biomedicine%22%5BJournal%5D)">T1 nuclear magnetic relaxation dispersion of hyperpolarized sodium and cesium hydrogencarbonate-13C.</a> NMR in Biomedicine. 30 (9), 3749(2017).</li>
</ol>

著者は開示を持っていません。

信号集録を強化するためにDNPを使用することは、動物注射に使用されるものと同様に、限られた濃度で13C核から利用可能な不十分な磁気共鳴信号に対する技術的な解決策であるが、他の実験的課題を提示する。図7に示す各緩和測定は、再測定のために溶解後に再偏光することができないため、独自に調製されたサンプルの測定値を表す。これは必然的に、サンプルの計量時のサンプル調製のわずかな違いによる実験的変動、またはサンプルの不完全な抽出やサンプルの徹底的な混合など、溶解プロセス自体の変動に起因する。溶解メディアと。この変動性は、弛緩測定後の各ピルビン酸溶液のpHを測定することによって部分的に評価されてもよい。DNP装置に挿入する前にストックピルビン酸/ラジカル混合物および溶解培地を慎重に計量してミリグラムよりも優れているにもかかわらず、我々の実験ではpHsは5.5から8.3の範囲であった。pH範囲7.6~8.0以外のT1データを拒否することを選択しました。
上述したように、各試料の固...

磁気共鳴分光イメージング(MRSI)は、分光イメージングによって検出された代謝産物の空間マップを生成することができますが、その実用的な使用は、多くの場合、その比較的低い感度によって制限されます。生体内磁気共鳴イメージングおよび分光法のこの低感度は、体温と合理的な磁場強度で達成可能な核磁化の小さな程度に由来します。しかし、この制限は、動的核偏光(DNP)を使用して液体基板のインインビトロ磁化を大幅に強化し、その後MRSI1,2を用いて生体内代謝をプローブするために注入することによって克服することができる。,3,4.DNPは、非ゼロ核スピンでほとんどの核の磁化を高めることができるとピルビン酸5、6、重炭酸塩などの13 C濃縮化合物の生体内MRSI感度を高めるために使用されています7、8、噴酸塩9、乳酸塩10、グルタミン11、およびマグニチュード12の4つ以上の注文によって他。その用途は、血管疾患13、14、15、臓器灌流13、16、17、18、癌のイメージングを含む検出1,19,20,21,22, 腫瘍ステージング23,24, および治療応答の定量化2,6,23歳,24歳,25名,26.
遅いスピン格子リラクゼーションは、MRSIを用いる生体内検出に不可欠です。スピンラティスリラクゼーション時間(T1秒)は、溶液中の小分子内のジャイロ磁気比が低い核に対して数十秒の順に可能です。いくつかの物理的要因は、核スピン転移とその環境(格子)との間のエネルギーの移動に影響を与え、磁場強度、温度、および分子立体構造27を含む緩和につながる。二極緩和は、陽子が直接付着していない炭素位置の分子において減少し、溶解媒体の重水素化により、分子間二極緩和をさらに低減することができます。残念ながら、過熱溶媒は生体内のリラクゼーションに拡張する能力が限られています。カルボニルまたはカルボキシリン酸(ピルビン酸など)の弛緩の増加は、化学シフトの対向性により高い磁場強度で起こりうる。偏光後の溶解中の流体経路からの常磁性不純物の存在は、急速な緩和を引き起こす可能性があり、キレートを使用して避けるか、または排除する必要があります。
低いフィールドでの13のC含有化合物の緩和のためのデータはほとんど存在しません, スピン格子の緩和が大幅に高速になる可能性があります.しかし、過偏光造影剤は通常、地球の近くまたは地球のDNP装置から分配されるので、生体内イメージングに使用される薬剤の調製時にリラクゼーションを理解するために、低いフィールドでT1を測定することが重要です。フィールド。13C濃縮基板濃度、溶液pH、バッファーおよび温度などの追加の物理的要因も緩和に影響を与え、その結果、薬剤の製剤に影響を及ぼす。これらの要因はすべて、DNP溶解プロセスを最適化する上で重要なパラメータの決定、およびDNP装置からイメージング磁石へのサンプルの輸送中に発生する信号損失の大きさの計算に不可欠です。
核磁気共鳴分散(NMRD)測定、すなわち、T1測定は、磁場の機能として、典型的にはNMR分光計を用いて取得される。これらの測定値を取得するために、サンプルが最初に分光計からシャトルされ、磁石28、29、30のフリンジフィールドでの位置によって決定されるいくつかのフィールドでリラックスするシャトル方法を使用することができます。そして、その残りの磁石を測定するために、急速にNMR磁石に戻って転送されます。このプロセスを磁場の同じ点で繰り返すことによって、緩和の期間が長くなるので、緩和曲線を得ることができ、T1を推定するために分析することができる。
我々は、高速フィールドサイクリングリラクセメトリー31、32、33として知られている代替技術を使用して、NMRDデータを取得します。我々は、過偏光13C核を含む溶液のT1測定のための市販のフィールドサイクリングリラクセタメーター(材料の表を参照)を変更しました。シャトル方式と比較して、このリラクソメーターは、より小さい磁場(0.25 mT~1T)でNMRDデータを系統的に取得することができます。これは、磁場内のサンプル位置ではなく、磁場自体を急速に変化させることです。したがって、サンプルは、高い電界強度で磁化し、より低いフィールド強度で「リラックス」し、次いで、固定フィールド(およびLarmor周波数)での自由誘導減衰を獲得して測定し、信号を最大化することができる。これは、測定中にサンプル温度を制御することができ、NMRプローブは、磁場範囲全体にわたって自動集録を促進する各リラクゼーションフィールドで調整する必要がないことを意味します。
低磁界における過偏光溶液の分配と輸送の効果に焦点を当て、高速を用いて超偏光13C-ピルビン酸のスピン格子緩和時間を測定する詳細な方法論を提示する。0.237 mT ~0.705 Tの範囲の磁場に対するフィールドサイクリング緩和量。この方法論を用いた主な結果は、ラジカル濃度および溶解pHなどの他の要因が有する[1-13 C]ピルビン酸ナトリウムおよび13C濃縮ナトリウムおよびセシウム重炭酸塩35について以前に提示されている。研究も行っています。

<table><tbody><tr><td>[1-13C]ピルビン酸</td><td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA</td><td>677175</td><td></td></tr><tr><td>10mm NMR Tube</td><td>Norell, Inc., Morganton NC, USA</td><td>1001-8</td><td></td></tr><tr><td>脱イオン水</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩二水和物 (EDTA)</td><td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA</td><td>E5134</td><td></td></tr><tr><td>HyperSense Dynamic核偏光子</td><td>オックスフォード・インスツルメンツ(Oxford Instruments)、アビンドン、英国</td><td></td><td>DNP偏光子全体を制御および監視するために使用される「DNP-NMR偏光子」ソフトウェア、固体偏光レベルを監視するために使用される「RINMR」、固体偏光レベルを監視するRINMRソフトウェアとDNPソフトウェアを通信するために使用される「HyperTerminal」が含まれます。また、独自のRINMRソフトウェア</td></tr><tr><td>MATLAB R2017b</td><td>MathWorks、Natick、MA</td><td></td>と連携して液体状態の分極を監視するためのMQCベンチトップ分光計も含まれています <td>時間の経過に伴う磁化崩壊の非線形フィッティングと過分極ピルビン酸のT1 NMRD分析のためのスクリプトが含まれています。</td></tr><tr><td>OX063 Triarylmethyl radical</td><td>Oxford Instruments, Abingdon, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>pH meter - SympHony</td><td>VWR International, Mississauga, ON., Canada</td><td>SB70P</td><td></td></tr><tr><td>ProHance</td><td>Bracco Diagnostics Inc.</td><td></td><td>ガドテリドール、Gd-HP-DO3A</td></tr><tr><td>純粋なエタノール (100% 純粋)</td><td>市販のアルコール、トロント、オンタリオ州、カナダ</td><td>P016EAAN</td><td></td></tr><tr><td>シムコイル</td><td></td><td></td><td>自社開発の</td></tr><tr><td>塩化ナトリウム</td><td>Sigma-Aldrich、ミズーリ州セントルイス、米国</td><td>S7653</td><td></td></tr><tr><td>水酸化ナトリウム</td><td>Sigma-Aldrich、セントルイス、ミズーリ州、米国</td><td>S8045&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>SpinMaster FFC2000 1T C/DC</td><td>Stelar s.r.l., Mede (PV) Italy</td><td></td><td>実験パラメータの設定、RFコイルのチューニングとマッチングのモニタリング、異なるパルスシーケンスのロード、フリップ角度のキャリブレーション、データ収集、カーブフィッティングなどの機能に使用されるソフトウェア「AcqNMR」が含まれています。また、デプスゲージ、一部のウェイト、デプスストッパーも含まれています。</td></tr><tr><td>Trizmaプリセットクリスタル(pH 7.6)</td><td>Sigma-Aldrich、St. Louis、MO、USA</td><td>T7943</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Measuring the Spin-Lattice Relaxation Magnetic Field Dependence of Hyperpolarized [1-13C]pyruvate

過偏光13C濃縮化合物の生体内イメージング用途における基本的な限界は、有限スピン格子緩和時間である。バッファー組成、溶液 pH、温度、磁場など、さまざまな要因が緩和率に影響します。この最後の点では、スピン格子緩和時間は臨床分野の強さで測定することができますが、これらの化合物が偏光子から分配され、MRIに輸送される低い分野では、リラクゼーションはさらに速く、測定が困難です。輸送中に失われた磁化量をより深く理解するために、高速電界循環リラクセメトリーを用し、13C核の磁気共鳴検出を~0.75Tで用し、核磁気共鳴分散を測定した。過偏光[1-13 C]ピルビン酸のスピン格子緩和時間。溶解動的核偏光は、80mmol/Lおよび生理学的pH(〜7.8)の濃度でピルビン酸の過分極サンプルを生成するために使用された。これらの溶液は、サンプル磁化の緩和を校正された小さなフリップ角度(3°-5°)を使用して時間の関数として測定できるように、高速フィールドサイクリングリラクソメーターに迅速に転送されました。ピルビン酸のC-1のT1分散をマッピングするために、0.237 mTから0.705Tの範囲の異なる緩和フィールドのデータを記録した。この情報を基に、前述の磁場範囲内の超偏光基板のスピン格子緩和を推定する経験式を決定した。これらの結果は、輸送中に失われる磁化量を予測し、信号損失を最小限に抑えるための実験設計を改善するために使用することができます。

図2は、ピルビン酸に対する高解像度フルレンジマイクロ波スイープの例を示す。提示された場合、最適なマイクロ波周波数は94.128 GHzに対応し、図インサートで強調表示されている。当社のDNPシステムは、通常、1MHzのステップサイズ、最大600sの偏光時間、および最大100mWの電力で93.750 GHzから94.241 GHzの範囲で動作することができます。周波数の全範囲は、新しい基板に対してのみ調査されます。しかし、13C-ピルビン酸のこれまでの経験に基づいて、最適な周波数は約94.127 GHzであると予想されます。したがって、94.117 GHz から 94.137 GHz のスキャン範囲は、ステップ サイズが 1 MHz で、サンプリング時間が 50 mW の場合は 300 s が通常使用されます。
図3の左の列は、パルスを決定するために直線的に変化するRFパルス持続時間の関数として一連の信号測定を獲得することを含む[1-13 C]...

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 C]ピルビン酸でこれを実証しましたが、プロトコルは他の過分極基板に拡張することができます。

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

The fundamental limit to in vivo imaging applications of hyperpolarized 13C-enriched compounds is their finite spin-lattice relaxation times. Various ...

超偏光装置からMRIスキャナーへの輸送中の過分極溶液の偏光損失を推定し、異なる磁場を通過します。我々の技術は、低磁場における過偏光溶液のスピン格子緩和時間を高精度に推定します。この方法は、動的核分極に限定されず、パラ水素誘導偏光を含む他の偏光法のスピン格子緩和時間を推定するために使用することができる。この手法を実行する場合は、過分極サンプルが一定期間交差またはゼロフィールド領域にとどまらないようにしてください。1-13Cピルビン酸に溶解したトリリルメチルラジカルの1リットル当たり15ミリモルからなる、インビボ研究に広く使用される炭素13濃縮ピルビン酸溶液の1ミリリットルを調製する。ダイナミックな核偏光子ソフトウェアインターフェイスで、クールダウンボタンをクリックして、可変温度インサートの温度を1.4ケルビンに下げます。DNPが所望の温度に達したら、サンプルカップにストック溶液の10マイクロリットルをロードします。砲塔のドアを開け、このタスクのために特別に設計された挿入杖を使用して、VTIにカップを挿入します。杖を素早く抽出し、カップが解放されていることを確認します。次に、砲塔のドアを閉め、VTIの温度を1.4ケルビンに戻します。一方、DNPは、ストック溶液のハイパーポーラライゼーションに最適な無線周波数を見つけるためにマイクロ波スイープを実行するように準備します。マイクロ波スイープの終わりに、サンプルを回収します。次に、システムをアイドル状態に設定し、最大偏光が達成された最適な周波数を記録します。この最適な周波数は、最大偏光を提供する偏光周波数として定義されます。この周波数は、ピルビン酸のその特定のストック溶液から得られるすべてのアリコートを過分極化するために使用される。テキストプロトコルに記載されているように250ミリリットルのストック溶解媒体を調製し、金属イオン汚染を隔離するために1リットル当たり100ミリグラムの濃度でEDTAを加える。また、脱イオン水に溶解した1リットル当たり100ミリグラムのEDTAからなる500ミリリットルのストック洗浄液を調製する。この洗浄液の約10ミリリットルは、DNPの溶解経路を洗浄するために各分極後に使用されます。DNPメインウィンドウでクールダウンボタンを選択して、1-13Cピルビン酸サンプルを過分極化する準備でDNP装置を1.4ケルビンに冷却します。サンプルカップに調製したピルビン酸ストック溶液の30ミリグラムを計量します。目的の VTI 温度が得られたら、[サンプルの挿入] をクリックし、[通常のサンプル] を選択して、[次へ] をクリックします。画面に表示される安全上の注意に従って、このタスクのために特別に設計された長い杖を使用して冷たいDNP装置にカップを挿入します。カップが挿入されたら、杖を取り外し、DNPドアを閉めます。DNP ソフトウェア インターフェイスで、[次へ] をクリックし、[完了] をクリックします。温度が1.4ケルビンに戻るまで待ってから、偏光サンプルボタンをクリックします。新しいポップアップウィンドウで、マイクロ波スイープから取得した周波数値を設定します。同じウィンドウで、電力を50ミリワットに、サンプリング時間を300秒に設定します。[次へ] をクリックし、[ビルド アップ監視を有効にする] チェック ボックスをオンにして、[完了] をクリックします。固体磁化の蓄積が最大の95%以上に達するまで偏光する。目的の偏光が達成されたら、[溶解を実行]をクリックします。[方法] で [ピルビン酸検定] を選択し、[次へ] をクリックします。画面の指示に従って、DNPタレットドアを開きます。溶解媒体の約4.55ミリリットルで装置の上部に加熱および加圧チャンバーをロードします。これは7.75のpHおよび37°Cの温度で溶解時にピルビン酸のリットル当たり80ミリモルの濃度を作り出す。回復した杖を正しい位置に配置し、砲塔のドアを閉めます。DNP ソフトウェア インターフェイスで、[次へ] をクリックし、[完了] をクリックします。その時点で、溶解媒体は、圧力が10バールに達するまで過熱される。10バーの圧力が達成されると、凍結および過分極のピルビン酸が液体ヘリウム浴から自動的に持ち上げられ、すぐに混合され、過熱溶解媒体で解凍される。混合物は、その後、梨の形のフラスコに毛細血管チューブを介して排出されます。過分極ピルビン酸と溶解培地混合物が排出される間、均質な混合物を確保するためにフラスコを絶えず旋回する。すべての混合物が排出されたら、1.1ミリリットルの液体を注射器に素早く引き込みます。混合物を事前に温めた10ミリリットルの直径のNMRチューブに移し、急速にフィールドサイクリングリラクソメーターに輸送します。すぐにクリーンな溶解媒体を使用してDNP流体経路を洗浄し、その後にエタノールを洗浄します。その後、カップを取り出し、流体経路を通してヘリウムガスを吹き抜き、残りの洗浄液を除去し、酸素の経路をパージする。すべてのガラス製品をきれいにします。各測定後、ベンチトップ分光計からサンプルのpHを記録します。また、フィールドサイクリングのリラックスメーターにサンプルのpHを記録します。溶解する前に、リラックスメーターのフリップ角度を計算する必要があり、リラックスメーターを設定し、過分極溶液の測定の準備ができなければなりません。T-1測定を行う場合は、外付けシムコイルが取り付けられ、通電していることを確認してください。計測器ソフトウェアで、[メインパー]タブを選択します。次に、実験ラベルの横にあるセルをクリックし、ポップアップウィンドウを下にスクロールしてパルスシーケンス HPUB/S を選択します。次に、取得パラメータを設定します。無線周波数減衰を 25 デシベル、最大 T1 を 3 ~ 5 秒の間の値に設定し、0.2 秒に切り替える時間、0 秒にリサイクル遅延、および緩和フィールドをメガヘルツの目的の緩和フィールドに設定します。次に、[取得パラメータ]タブを選択し、[基本]サブタブを選択します。Nucleus ラベルの横にあるセルをクリックし、ポップアップウィンドウを下にスクロールして「carbon-13」を選択します。次に、システム周波数を 8 メガヘルツに設定し、スイープ幅を 1 メガヘルツに、ブロック サイズを 652 に、フィルター帯域幅を 50,000 ヘルツに設定します。次に、構成サブタブを選択します。90度パルス幅時間を以前に決定した値に、受信機は25マイクロ秒に、取得遅延時間を25マイクロ秒に設定します。パルスサブタブを選択し、5度にRFパルス反転角度を設定します。次に、[寸法数]サブタブを選択し、ブロック数を100に設定します。待って、データ取得を開始するために過分極溶液を受け取る準備をしなさい。サンプルをリラクソメーターに挿入する直前に、サンプルをヌル磁場に挿入しないように、コンソールからパルスシーケンスを手動で開始します。このため、データ分析時には、最初の自由誘導減衰(FID)を無視することが重要です。偏光の損失を引き起こすNULL磁場を避けるために、サンプルをリラクソメーターに導入する前にデータ取得を開始することが重要です。取得が完了したら、[保存] ボタンをクリックしてデータを保存します。解析ソフトを用いて、各FID信号の大きさを統合し、サンプル磁化からなるデータ系列を時間の関数として生成します。ピルビン酸に対する高解像度のフルレンジマイクロ波スイープの例を示す。提示されたケースでは、最適なマイクロ波周波数は94.128ギガヘルツに対応します。ここに示されているのは、過分極磁化がサンプリングされる際の典型的な一連の減衰FIDです。過分極1-13Cピルビン酸の緩和曲線は、前図のデータから得られた。曲線上の各青い点は、FID の下の領域を表します。T1 値の 53.9 プラスマイナス 0.6 秒は、励振に使用される反転角度の効果を含む減衰曲線データに対する信号方程式の非線形最小二乗フィットによって得られました。摂氏37度で0.237ミリテスラから0.705テスラの範囲にわたる26の測定すべてに対するT1の結果が示されています。所定の緩和場における各T1測定は、DNP装置から独立した超分極溶解である。実線は式を表し、破線は 95% 信頼バンドを表します。その結果、C-1核の緩和時間は地球の磁場で46.9秒であり、3テスラの65秒と比較して、28%の減少を表す28%の減少を表し、サンプルを挿入する直前に取得を開始してNULL磁場および偏光の潜在的損失を回避することが重要である。この方法に続いて、サンプル手順は、過分極溶液のスピン格子緩和時間を延長するために重水素溶解培地と共に使用することができる。

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

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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

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