과분극 (13) C 대사 자기 공명 분광학 및 이미징

요약

후속 샘플 용해를 통한 동적 핵 분극은 생물학적 시스템의 신진대사에 대한 실시간 연구를 가능하게 했습니다. 과분극[^1-13C]피루브산은 in vitro에서 전립선 암종 세포주에서 젖산 탈수소효소 활성을 연구하는 데 사용되었습니다.

초록

지난 수십 년 동안, 종양의 병기, restaging, 치료 반응 모니터링 및 암의 다양한 재발 검출을위한 새로운 방법 ⁽¹⁸⁾ F-fluorodeoxyglucose ^([(18) F와 최첨단 양전자 방출 단층 촬영과 함께 등장 ] -FDG PET). ¹³ C 자기 공명 분광 영상 ⁽¹³ CMRSI)은 생체 내에서 실시간으로 대사의 모니터링을 가능하게하는 최소 침습 촬상 방법이다. ¹³ C 핵 자기 공명 (NMR)에 기초하여 임의의 다른 방법으로 인한 ¹³ C 및 낮은 자연 존재비의 비교적 낮은 회전 자기 비에 저열 분극 후속 낮은 신호대 잡음비의 도전에 직면 생물학적 시료. 이러한 한계를 극복하고, 이후 시료 용해 동적 핵 분극 (DNP)는 최근에 일반적으로 사용할 NMR 측정하는 자기 공명 영상 (MRI) 시스템을 사용한다양한 생물학적 시스템의 연구 및 이미지 주요 대사 경로. ¹³ CMRSI에서 사용되는 특히 흥미롭고 유망한 분자는 지난 10 년 동안 널리 최근 시험 관내, 비 임상 및 위해 사용되어왔다 ^[1-13 C] 프로피온산, 세포 에너지 대사를 조사하는 임상 연구이다 암과 다른 질병이다. 이 글에서, 우리는 3.35 T 전임상 DNP의 분극을 사용하여 용해 DNP의 기술 개요 및 시험관 연구에서의 사용을 보여줍니다. 과분극 대해 유사한 프로토콜뿐만 아니라 생체 내 연구의 대부분에 적용될 수있다. 이를 위해, 우리는 락 테이트 탈수소 효소 (LDH)를 사용하고 ¹³ CMRSI를 사용하여 전립선 암 세포주 ^[1-13 C] 락트산 PC3, 시험관 내에서 ^[1-13 C] 피루브산 대사 반응을 촉매.

서론

현재, 암의 다양한 종양 스테이징 restaging, 치료 반응 모니터링, 반복 검출을위한 가장 널리 사용되는 방법은 임상 ^[18 F] -FDG PET이다. ⁽¹⁾ 그러나, 최근 여러 소설과 다른 접근 방법이 등장했다. 그 방법 중 하나는 ¹³ CMRSI입니다. 이 방법은 시험 관내에서 또는 실시간으로 생체 내에서 신진 대사를 평가하는 최소 침습 MRI 따르는 생물학적 샘플에 ¹³ C 분자의 도입을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 예컨대 ^[18 F] -FDG PET 또는 컴퓨터 단층 촬영 등의 다른 방법에 비해 ¹³ CMRSI의 가장 큰 문제는, 낮은 신호 대 잡음비이다.

핵 자기 공명 신호는 분극 레벨 총인구 두 에너지 상태에서 스핀 ½ 핵 인구 차의 비 (도 1a)에 정비례한다. 편광은 일의 제품입니다핵의 전자 회전 자기 비 (γ) 및 온도에 대한인가 자계 강도. ¹ H 핵의 일반적인 편광은 상대적으로 열악한 신호 대 잡음비를 제공한다 (3) T에서 0.001 % ~ 0.005 %의 순서이다. 오늘날의 최첨단 MRI는 인해 생물학적 시료에서....

프로토콜

1. 샘플 원액 준비

1. 1 밀리몰 / L GadM의 최종 농도를 농축하여 [1- ⁽¹³⁾ C] 피루브산으로 가도 테 린산의 메 글루 민 (GadM, 0.5 몰 / L)를 추가한다. 틸 라디칼 (8- 카르복시 -2,2,6,6- 테트라 (히드 록시 에틸) -benzo- [1,2-4,5] 비스 (1,3-) -dithiole -4- 일) - 추가 - 이 혼합물에 메틸 나트륨 염 (OX063)는 15 밀리몰 / L의 최종 농도를 얻었다. 완전히 용해 될 때까지 소용돌이.
   참고 :이 원액 준비는 3.35-T 임상의 DNP의 분극과 사용을 위해 설계되었습니다. 7 T 임상 분극이 사용될 때 높은 자계에서의 이점을 무시할 수 있기 때문은 가도 테 린산의 메 글루 민은 필요하지 않다. 가돌리늄 계 조영제의 추가도 달성 고체 편광 및 편광 비율을 증가시킨다. 그러나, 액체 상태, 조영제는 T ₁ 완화 시간을 단축시킨다.

2. 세포 배양 성장

cm이 성장 지역과 문화 플라스크에 PC3 세포를 성장. 10 % 소 태아 혈청 (FCS)을 함유하는 F-12K 배지를 사용하여 5 % CO _2의 가습 분위기에서 37 ℃에서 세포를 유지한다. 용해 단계 전에....

결과

은 "마이크로파 소인"의 결과는도 3에 도시되어있다. 이는 ^[1-13 C] 프로피온산 샘플에 대한 최적의 마이크로파 주파수가 로컬 3.35-T의 분극 대 94.156 GHz의 것을 나타낸다. 모든 다음의 실험은 과분극 (N = 14)의 100 mW의 전력이 마이크로파의 주파수를 사용하여 수행 하였다. 마이크로파 조사에 90 %보다 높은 고체 과분극 선도, 60 내지 80 분 동안 적용 하였다. 결과는 그림 4에 제시되어있다. 과분극 ^[13 C] 프로피온산 5 × ¹⁰⁶ (N = 2), ¹⁰⁷ (N = 2), 2 × ¹⁰⁷ (N = 1), 3 × ¹⁰⁷ (N = 2), 4 × 혼합하고 ¹⁰⁷ (N = 1), 6 × ¹⁰⁷ (N = 2), 8 × ¹⁰⁷ (N = 2) 및 ¹⁰⁸.......

토론

과분극 프로브 ¹³ CMRSI 시험 관내 및 생체 내 대사를 실시간으로 모니터링하는 유망한 방법이다. 하나의 매우 중요한 측면이 실험 방법을 사용하는 것이 특히 생체 외 실험에 대해 적절한 표준화이다. 먼저, 시료의 준비 각 실험에서 분극 물질의 동일한 농도를 달성하기 위해 적절하고 일관성있게 수행되어야한다. 이 과분극 버퍼로 샘플 모두의 무게 정확한을 필요로한다. 농도가 정확하지 않으면, 용액의 최종 pH는 T _1에의 영향 및 세포의 반응을 가질 수있는 정확하지 않다. 또한 가능한 한 균일 셀을 처리하는 것이 중요하다. 세포는 항상 세포가 매우 높은 진한로 유지되는 시간의 기간을 최소화하기 위하여 세포 수확 및 후속 실험 사이에 최소한의 지연이되는 방식으로 제조되어야entration과 낮은 볼륨. 같은 다른 준비 시간이나 온도 등의 세포 준비 프로토콜의 변화는, 얻어진 데이터에 상당한 변화가 발생할 수 있습니다. 세포 시료의 혼합은 표준화.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
HyperSense DNP 편광판	옥스포드 기기		3.35 T 전임상 DNP 과편광기
GE / Agilent MR901	GE Healthcare / Agilent Technologies		7 T 전임상 MRI 스캐너, 실험 용으로 설계된 작은 구멍 포함
Spinsolve Carbon	Magritek		1 T NMR 분광계 영구 자석
중수소 산화물	Sigma Aldrich	7789-20-0
인산나트륨 이염기성	시그마 알드리치	7558-79-4
인산나트륨 몬염기성	시그마 알드리치	7558-80-7
수산화나트륨	시그마 알드리치	1310-73-2
에데테이트이나트륨	시그마 알드리치	6381-92-6
피루브산 - 13C1	Cambridge Isotopes Laboratories	CLM-8077-1
Dotarem (0.5 mmol/L)	Guerbet		gadoterate meglumine
트리스 (8-카르복시-2,2,6,6-테트라-(하이드록시에틸)-벤조-[1,2– 4,5] -bis-(1,3) - dithiole -4- yl) - 메틸 나트륨 염 (OX063)	GE Healthcare		trityl radical 자유 전자
PC3 세포주	ATCC	CRL1435
F-12K 매체의 소스로 사용	ATCC	30-2004
소 태아 혈청	ATCC	SCRR-30-2020
트립신-EDTA 솔루션, 1x	ATCC	30-2101
샘플 플라스틱 컵	옥스포드 악기
트리판 블루	바이오 라드	145-0013-MSDS