Method Article

과분극 자기 공명 에이전트의 연구 다중 구획 동적 단일 효소 팬텀의 사용

DOI:

10.3791/53607

⸱

April 15th, 2016

 ,  ,  , 
1Imaging Physics, University of Texas M.D. Anderson Cancer Center, 2Advanced Imaging Research Center, University of Texas Southwestern Medical Center

In This Article

Summary

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다중 구획 동적 팬텀은 hyperpolarized magnet resonance agents를 사용하여 대사 연구를 위한 일부 관심 생물학을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.

Abstract

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자기 공명에 의해 분극 기판의 영상은 실시간으로 중요한 생화학 적 과정의 평가를위한 훌륭한 임상 약속을 보여줍니다. 때문에 분극 상태에 의해 부과 된 근본적인 제약, 이국적인 이미징 및 재건 기술이 일반적으로 사용된다. 동적 멀티 스펙트럼 영상 방법의 특성에 대한 실제적인 시스템이 매우 필요하다. 이러한 시스템은 재현성 정상 및 병적 조직의 중요한 화학적 동역학 요점을 되풀이한다. 현재까지 가장 널리 사용되는 기판은 암 대사 평가 [1-13 C] -pyruvate 분극된다. 우리는 젖산을 피루브산의 전환을 매개하는 효소 기반 가상 시스템을 설명한다. 반응은 반응 속도를 조절 시약의 농도를 변화 각각 포함 팬텀 내의 다중 챔버 내로 과분극 제의 주입에 의해 초기화된다. 여러 구획이되도록하는 데 필요한 심상카 서열을 충실하게 조직의 공간 및 신진 대사 이질성을 캡처합니다. 이 시스템은 생체 내에서 할 수 없습니다 화학적 기존의 팬텀에서 사용할 수없는 역학뿐만 아니라 제어 및 재현성을 제공하여 고급 이미징 전략의 개발과 검증에 도움이됩니다.

Introduction

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13 C - 표지 화합물의 과분극 자기 공명 영상 (MRI)의 임상 효과는 실시간 자기 공명 분광법과 분광 화상 1-5 화학 전환율을 측정 할 수있는 능력에 매우 의존한다. 서열 개발 및 검증 동안 동적 화성는 일반적으로 생체 내에서 또는 제한된 제어와 재현성을 제공하는 시험 관내 모델 6-9을 통해 달성된다. 강력한 시험 및 품질 보증이 측정 발병 화성을 보존 더 제어 시스템이 바람직 할 것이다. 우리는 단일 동적 효소 팬텀을 이용하여 재생 가능한 방식으로 상기 전환을 달성하는 방법을 설명합니다.

과분극 (13) C 에이전트와 대부분의 연구가 작동하는 생물학적 환경에서 분극 기판 이미징에 초점을 맞 춥니 다. 목표는 생물학을 공부하는 경우는 명백한 선택이다알은 처리 또는 임상 치료에 미치는 영향에 대한 가능성을 결정합니다. 일부 측정 시스템 또는 데이터 처리 알고리즘의 특성이 요구되는 경우, 생물학적 모델은 고유 한 공간 및 시간 변동 (10)로서 다수의 결점을 갖는다. 그러나, 종래의 정적 팬텀 과분극 기판 MRI에서 일차 임상 적 이익을 구동 화성이 부족하고, 전환율 또는 다른 동적 파라미터 (1....

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Protocol

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참고 : (팬텀 설계) 두 3 ㎖ 챔버 Ultem의에서 가공 및 사출 및 배기 용 PEEK 튜브 (1.5875 mm 외경과 0.762 mm의 ID)를 장착 하였다. 챔버 물 (그림 1) 가득 50 ML의 원심 분리 관에 넣었다. 거품에 의해 생성 된 신호 공극을 방지하기 위해, 챔버와 라인은 탈 이온수 (DH 2 O) 사전 충전 하였다.

1. 솔루션 준비

  1. 1 L의 완충액 (81.3 mM 트리스 pH가 7.6, 203.3 밀리미터의 NaCl)를 준비한다. 아웃 11.38 g 후, Trizma 사전 결정의 pH 7.6와 11.88 g의 NaCl을 달아 DH 2 O 1 L에 용해
  2. 50 mM의 NADH 솔루션을 준비합니다. β - 니코틴 아마이드 아데닌 다이 뉴클레오타이드 (NADH), 감소 된 칼륨 염 17.8 밀리그램을 달아 단계에서 제조 된 완충액 280 μL에 용해.
  3. 250 U / ml의 효소 솔루션을 준비합니다. 락 테이트 탈수소 효소 (LDH)의 활성 78.75 단위를 계량 및 S로부터 315 ㎕의 버퍼에 녹여하나를 TEP.
  4. 피루브산 믹스를 준비합니다. 21.4 mg의 Ox063 트리 틸 라디칼....

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Results

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슬라이스 선택 2D 이미지 스냅 샷 radEPSI 시퀀스를 사용하여 획득 하였다. 대사 이미지는 다시 여과 투사를 사용하여 재구성 하였다. 도 2에 도시 된 바와 같이 대사 화상이 아니라, 양성자 이미지 정렬 하였다.이 시스템 과분극 락트산 신호에서만 분극 피루브산의 효소 적 전환으로부터 생성 될 수있다. LDH 높은 농도도 4 하부 챔버에서 강한 락트산 상부 챔버에 비해 약한 피루브산 신호를 갖는다. 효소 농도의 추정으로 피루 베이트 비 젖산을 상대 대사 신호를 이용하여 하부 챔버에서 1.47 배 높다. 하부 및 상부 구획 간의 실제 효소 농도비는 신호 비율 (도 4)와 대략 일치한다 1.66 배이었다.

시간 코스 이미지는 유전자했다이상적인 순서 (그림 .......

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Discussion

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과분극 대사 산물의 실시간 영상 시퀀스 설계, 검증 및 품질 관리를위한 많은 고유 한 문제가있다. 시공간 스펙트럼 이질성을 해결하는 능력은 상당한 임상 잠재력을 제공하지만 기존의 MRI와 관련된 품질 보증 및 검증 방법을 배제한다. 복합 촬상 서열 또는 재구성 알고리즘들이 어려운 특징 또는 이미징 실험의 외측을 검증 렌더링 미묘한 종속성을 가질 수있다. 생물학적 얼룩이 다른 실질적인 문제 특성화 또는 서열, 하드웨어, 데이터 프로세싱 알고리즘을 검증하는 생체 내 및 생체 외 모델의 사용을 제한한다.

다수의 공간 구획 동적 화학 진화, 생체 그러나 제어 된 방식으로 촬상 과분극 기판과 관련된 중요한 기능 요점을 되풀이 할 수있다. 높고 낮은 효소 활성 영역을 제공 reproduci정성 및 정량 이미징 바이오 마커의 평가를위한 상상력 동적 대비. 공간의 변화는 기하학적 왜곡, 정렬 불량 및 오류의 다른 일반적인 소스가 제대로 회계 .......

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Disclosures

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이 비디오 문서의 공개는 브루 커 법인에 의해 지원됩니다.

Acknowledgements

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이 작품은 CPRIT 부여 (RP140021-P5)과 줄리아 존스 매튜스 암 연구 학자 CPRIT 연구 훈련 상 (RP140106, CMW)에 의해 지원되었다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
BioSpect 7TBrukerBioSpec 70/30 USR7 Tesla 전임상 MRI 스캐너
HyperSense옥스포드 기기Hypersense DNP 편광자MRI 에이전트용 동적 핵 편광자
1-13C-Pyrvic AcidSigma Aldrich677175Carbon 13 라벨이 있는 깔끔한 피루브산
Trityl RadicalGE HealthcareOX063동적 핵 편광에 사용되는 자유 라디칼
NaOH시그마 AldrichS8045
EDTA시그마 AldrichE6758에틸렌 디아민 테트라 아세트산
LDHWorthingthonLS002755 토끼 근육에서 젖산 탈수소 효소
NADH시그마 AldrichN4505β-니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드, 환원 디칼륨 염
트리즈마시그마 알드리치T7943트리즈마 프리셋 크리스탈
NaCl시그마 알드리치S7653

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Merritt, M. E., et al. Hyperpolarized 13C allows a direct measure of flux through a single enzyme-catalyzed step by NMR. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104. 104, 19773-19777 (2007).
  2. Rodrigues, T. B., et al.

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Tags

Hyperpolarized PyruvateEnzyme Phantom SystemMagnetic Resonance ImagingCarbon 13 ImagingPyruvate to Lactate ConversionMulti compartment PhantomDynamic Nuclear PolarizationEnzyme Mixture PreparationChemical Dynamics SimulationImaging Sequence Validation

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