비침 투 VIVO에서 스몰 애니멀 MRI 및 MRS : 기본 실험 절차

본 실험을 시작하기 위해, 마취된 마우스를 동물 홀더에 놓은 후 이를 고주파(RF) 코일에 삽입합니다. MRI 또는 MRS 실험 전, RF 코일을 공진 주파수에 맞게 튜닝하고 50 ohm 특성 임피던스에 맞춰 매칭합니다. 그다음 펄스 시퀀스를 최적화하여 MRI 또는 MRS 데이터를 획득하며, 최종적으로 분석 프로그램을 사용하여 영상이나 스펙트럼을 분석합니다.

안녕하세요, 워싱턴 대학교 방사선학과 R 연구소의 Dawn Lee입니다. 그리고 저는 워싱턴 대학교 R 연구소 및 방사선학과, 생명공학과 소속의 David Senek입니다. 오늘은 생쥐를 대상으로 한 자기공명영상(MRI) 및 자기공명분광법(MRS) 절차를 보여드리겠습니다.

저희 연구실에서는 마우스 종양 모델, 근이영양증 및 근육 대사를 연구하기 위해 이러한 절차를 사용합니다. 이제 시작해 보겠습니다. 본 프로토콜은 소동물 MRI/MRS의 모든 측면을 다루기보다는 마우스 MRI/MRS 실험의 기본적인 절차를 소개하는 데 목적이 있습니다.

본 과정의 목적은 소동물을 대상으로 하는 in vivo MR 실험의 기본 절차에 대한 이해를 높여, MR 분야에 입문하는 연구자들이 연구의 비 MR 구성 요소를 더 효과적으로 계획할 수 있도록 돕는 것입니다. 이를 통해 최종적으로 MR 절차와 비 MR 절차를 원활하게 통합할 수 있습니다. 자기공명영상 또는 MRI 실험 준비를 시작하려면, isof fluorine으로 마취된 마우스를 동물 홀더 위에 놓고 코를 노즈콘에 삽입하십시오.

머리 고정 장치는 머리 영상 촬영에 사용할 수 있으며, 바디 홀더는 신체 영상 촬영에 사용할 수 있습니다. 멸균 안구 윤활 연고를 사용하여 동물의 눈을 촉촉하게 유지하십시오.

동물은 실험 동안 온수 순환 시스템 내에서 35 to 37 °C로 유지되어야 합니다. 체온, 호흡 및 심장 주기를 모니터링하고 호흡 및 심장 게이팅을 영상 획득과 동기화하기 위해 동물 모니터링 시스템이 사용됩니다. 그다음, 갑작스러운 신호 변화를 모니터링하기 위해 동물 옆에 표준 agro 샘플을 배치합니다.

이 표준 농업 샘플은 다중 슬라이스 및 다중 시점 이미징에 특히 유용합니다. 획득한 이미지의 특정 슬라이스에서 예상치 못한 신호 변화가 감지되면, 해당 슬라이스를 제거할 수 있습니다. 동물이 고정되고 모든 모니터링 구성 요소가 배치되면, 동물 홀더를 무선 주파수 또는 RF 코일의 중앙에 위치시키십시오.

RF 코일을 자석실로 이동시킨 후 자석 내부에 설치된 온수 순환 시스템에 삽입합니다. 이제 MRI 데이터 수집을 시작하십시오. 영상 촬영 기간 동안 유량계를 0.4에서 0.8 milliliters per minute로 조정하고, isof fluorine 기화기를 1.2에서 1.5%로 낮춥니다. 마우스 노즈콘에서 나오는 호기 가스는 자체 진공 시스템을 통해 제거됩니다.

신호 수신을 최적화하려면 RF 코일을 양성자 H1 공명 주파수에 맞게 튜닝하고, 코일의 특성 임피던스를 50 ohm에 맞추십시오. MR 스캐너의 튜닝 패널을 사용하며, 대부분의 인간 MRI 스캐너는 MRS 절차를 제외하고는 별도의 매칭 과정이 필요하지 않습니다. 단일 펄스 시퀀스를 사용하여 시밍을 시작하십시오.

시밍(shimming) 과정은 관심 영역 내 자기장의 균질성을 최적화합니다. 각 스캐너는 fast map 및 gradient shimming과 같은 자동 고속 시밍 과정을 포함하여 각기 다른 시밍 수행 방식을 가지고 있습니다. 시밍이 완료되면 RF 펄스를 최적화하십시오.

1차원 이미지 프로파일을 최대화함으로써 이를 수행합니다. 펄스 길이를 일정하게 유지하고 충분한 재현 지연 시간을 확보하면서 RF 펄스 전력을 배열할 수 있습니다. TR은 조직 T1의 약 3~5배여야 하며, 축상면, 관상면 및 시상면 영상을 생성하기 위해 세 가지 직교 방향을 따라 스카우트 영상을 획득해야 합니다.

빠른 영상 획득 시퀀스를 사용하여 스카우트 영상을 획득할 수 있습니다. 획득한 영상은 영상 평면 결정을 통해 실제 촬영 계획을 세우는 데 사용됩니다. 실제 촬영 시에는 스핀 에코 시퀀스가 사용됩니다.

T2 측정은 다중 에코 영상 또는 여러 T 값을 이용한 단일 에코 영상 중 하나를 사용하여 수행할 수 있습니다. MRI 실험을 마치고, 생쥐 뒷다리 골격근의 휴식기 및 최대 미토콘드리아 상태에 대한 생체 내 자기공명분광법(MRS)을 살펴보겠습니다. 허혈 기간 중 및 직후의 포스포크레아틴 변화를 MRS로 측정하여 ATP 생성량을 결정할 수 있습니다.

가역적 허혈을 유도하기 위한 커프를 제작하는 것으로 시작합니다. 내경 12~15 mm, 너비 약 5~7 mm의 PVC 파이프 조각을 준비합니다. 파이프 벽에 작은 구멍을 뚫고, 풍선 조각을 양끝이 열리도록 자릅니다.

헬륨 전용 풍선을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 이 조각을 PVC 조각에 삽입한 다음 다시 뒤로 감싸세요. PVC 조각의 바깥쪽 벽에서 양 끝을 테이프로 함께 고정합니다.

다음으로, 수축 튜브를 사용하여 튜브 주변의 풍선 끝부분을 밀봉합니다. 이렇게 하면 외벽은 견고하고 내벽은 팽창 가능한 형태의 커프가 만들어집니다. 나사산 구멍 주변의 수축 튜브와 풍선 부위를 절단하십시오.

PVC 조각의 구멍과 가장자리 사이에 충분한 공간이 남도록 주의하며, 1.5 centimeter 길이의 비철금속 조각을 PVC 구멍에 끼웁니다. 이를 통해 커프를 팽창시킬 수 있습니다. 해당 부위를 5분 경화 에폭시로 밀봉합니다.

이제 MRS 프로브 내의 RF 코일 옆에 커프를 고정하고, 이를 외부 신호 측정 마노미터에 연결하십시오. 그다음, 마취된 마우스를 마우스 지지대 위에 등을 대고 눕혀 MRS 프로브 안에 배치하십시오.

액체가 채워진 벌룬을 마우스의 복측에 배치하고 마우스 지지 스트랩으로 고정합니다. 마우스와 신체 지지대를 MRS 프로브 안에 넣습니다. 뒷다리 하나를 허혈성 커프와 MRS 코일을 통해 당겨 뺍니다.

다리를 코일 중앙에 최대한 배치해야 합니다. 이러한 배치는 동물의 신체를 수평으로 위치시킬 수 있게 합니다. 수직 보어 자석 내부에서, MRI에 설명된 것과 같이 프로브 본체를 자석에 넣고 튜닝(tune), 매칭(match) 및 심(shim) 조절을 통해 MRS 신호 대 잡음비를 최적화하십시오. 단, MRS의 경우 RF 펄스는 스펙트럼 진폭을 최대화하여 최적화합니다.

이제 P 31 MRS를 사용하여 신호 대 잡음비가 높고 완전히 이완된 스펙트럼을 수집하거나, FRS를 사용하여 완전히 이완된 조건에서 TP 대비 무기 인산염과 포스포크레아틴의 비율을 결정하십시오. 허혈 실험을 수행하려면, 먼저 약 5분 동안 휴식기 스펙트럼을 수집하십시오. 이제 커프를 270에서 300 mmHg까지 팽창시켜 10에서 12분 동안 허혈을 유도하십시오.

커프를 풀고 5분 동안 회복 스펙트럼을 수집합니다. 실험은 다음 날에 반복해서 수행할 수 있습니다. 이제 in vivo MRI 및 MRS의 대표적인 결과들을 보여드리겠습니다.

누드 마우스의 등 부위에 D 2 82 뇌종양 이식편이 있으며, 서로 다른 이완 효과를 적용한 일반적인 스핀 에코 시퀀스를 사용하여 영상을 촬영하였습니다. T1 강조 영상에서 종양은 인접 조직과 유사한 강도로 나타납니다. 반면, 이에 대응하는 T2 영상에서는 종양이 고신호 강도 영역으로 명확하게 시각화됩니다.

다중 에코 획득을 통해 동물 체내 T2 변화에 대한 정량적 정보가 포함된 T2 맵을 계산할 수 있습니다. 종양 부위의 지역적 T2 변화는 중첩된 이미지에서 종단적으로 모니터링할 수 있습니다. 여기서는 마우스 뒷다리에서 얻은 완전히 이완된 P 31 MRS 스펙트럼이 제시되어 있습니다.

이 스펙트럼은 합산된 16개의 fid를 나타냅니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 이어지는 피크의 순서는 다음과 같은 근육 대사물을 나타냅니다: 무기 인산 pi, 포스포크레아틴 PCR, 그리고 ATP의 감마, 알파 및 베타 인산. 동적 허혈-재관류 실험 전반에 걸쳐 수집된 P 31 MRS 스펙트럼이 표시되어 있으며, 허혈 동안에는 PCR이 감소하고 PI가 증가합니다. 허혈 중 PCR의 감소 속도는 휴지 상태의 미토콘드리아 ATP 생성량과 동일합니다.

허혈 후 PCR 회복도를 통해 최대 미토콘드리아 ATP 생성량을 계산할 수 있습니다. 지금까지 자기공명분광법(MRS)과 자기공명영상법(MRI)을 사용하여 생체 내 마우스 영상을 획득하고 생체 내 마우스 근육 대사를 측정하는 방법을 살펴보았습니다. MRS의 경우, 수직 보어 자석 내에서 마우스의 신체를 수평 상태로 유지할 수 있도록 맞춤형 RF 프로브를 제작하였습니다.

따라서 이러한 실험은 모든 광구경 수직 시스템에서 수행할 수 있습니다. 이 절차를 수행할 때, RF 코일의 최적 튜닝 및 매칭과 자기장 스트리밍의 개선과 같은 최적의 조건에서 실험을 진행하는 것이 중요합니다. 또한, 동물의 안정적인 생리적 상태를 유지하고 잠재적인 아티팩트 측정을 방지하기 위해 동물 모니터링 시스템으로 동물의 상태를 관찰하는 것이 중요합니다.

이상입니다. 시청해 주셔서 감사드리며, 실험에 좋은 결과가 있기를 바랍니다.