Name: 과분극 자기 공명 에이전트의 연구 다중 구획 동적 단일 효소 팬텀의 사용 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: 배우세요 다중 구획 동적 팬텀을 이용한 과분극 자기 공명 영상법으로 피루브산에서 젖산으로의 대사 전환을 측정하는 방법입니다. 이 기술은 암 진단 및 대사 질환 연구에 활용될 수 있습니다.

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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.

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 <ol><li> 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 </li><li> 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. </li><li> 250 U / ml의 효소 솔루션을 준비합니다. 락 테이트 탈수소 효소 (LDH)의 활성 78.75 단위를 계량 및 S로부터 315 ㎕의 버퍼에 녹여하나를 TEP. </li><li> 피루브산 믹스를 준비합니다. 21.4 mg의 Ox063 트리 틸 라디칼을 달아 (~ 1 ㎖) [1- (13) C] 피루브산 1.26 g에 용해. </li><li> 용해 미디어를 준비합니다 (40 mM 트리스의 pH 7.6, 40 mM의 수산화 나트륨, 0.27 mM의 EDTA, 50 mM의 염화나트륨). 후, Trizma 미리 결정 산도 7.6의 5.96 g, 수산화 나트륨 1.6 g, 0.1 g 에틸렌 디아민 테트라 아세트산이 나트륨 염에 탈수 (EDTA) 및 2.9 g의 NaCl을 달아 1 L의 DH 2 O.에 용해 </li><li> 1시 10분 gadoteridol 수용액 (50 mm)를 준비한다. DH 2 O. 9 μL에 gadoteridol 1 μl를 혼합 8 M [13 C] 우레아의 제조. 1.465 (5) [13 C] 요소를 달아 3 ㎖ DH 2 O.에 용해 </li></ol> 과분극 피루브산 2. 준비 <ol><li> 동적 핵 분극 (DNP) 시스템 피펫 gadoteridol 용액 0.3 μL와 피루브산 용액을 13 mg의 (~ 10 μL)에 대한 샘플 컵. </li><li> 간단히 피펫 팁과 샘플 컵이 혼합물을 교반한다. &lt;/ 리&gt; <li> DNP 시스템에 샘플을 삽입합니다. <ol><li> DNP 시스템의 문을 확인하는 폐쇄된다. DNP 시스템 콘솔에 삽입 샘플 버튼을 클릭하여 샘플 삽입 프로세스를 시작합니다. 샘플 마법사에서 다음 정상 시료를 선택하고 Enter 키를 누릅니다. </li><li> 샘플 컵을 유지하는 것은 수직 부드럽게 샘플 컵의 맨 위에 삽입 막대를 배치합니다. 메시지가 표시되면 DNP 시스템을 열고 삽입 막대를 사용하여 변수 온도 인서트 (VTI)로 컵을 삽입합니다. </li><li> 가변 온도 인덱스 시료를 해제 검체 삽입로드의 단부에 상기 플런저 당겨. 시스템에서 샘플 삽입 막대를 제거하고 DNP 시스템 콘솔에서 다음 버튼을 클릭합니다. </li></ol></li><li> 편광를 시작합니다. <ol><li> DNP 시스템 콘솔에 시작 편광 버튼을 클릭합니다. RINMR 소프트웨어 유형 .HYPERSENSENMR에서 소프트웨어를 모니터링 편광를 시작합니다. 1 구성을 구축하고 Enter 키를 누릅니다 설정합니다. 그리고 고체 빌드를 클릭 유피. </li><li> 저장 파일의 위치와 이름을 설정합니다. DNP 시스템 콘솔에 탭 드롭 다운 13-C에 대한 프로파일을 선택하고 다음을 클릭합니다. 300 초에 축적하는 동안 설정 샘플 시간을 샘플링하고 마침을 클릭 상자를 선택합니다. </li></ol></li><li> 3.85 g을 측정 (~ 4 ml)에 용해 매체 중 5 ML의 주사기와 부피 또는 규모를 사용하여 중량. </li></ol> 효소 팬텀 3. 준비 <ol><li> ~ 3 ㎖ [13 C] 우레아 용액과 microcentrifuge 관을 입력하고 50 ㎖ 원심 분리 튜브에 넣습니다. DH 2 O.로 50 ML의 원심 분리기 튜브를 입력 </li><li> 형성하는 거품을 플러시 돌보는, 3 ㎖ DH 팬텀의 주입 라인에 2 O ~ 주입하여 두 효소 챔버와 DH 2 O와 라인을 사전 입력합니다. </li><li> 사출 라인에 쉽게 접근 할 수있는 자석의 중심에 팬텀를 놓습니다. T로 밖으로 배출됩니다 액체를 잡기 위해 약간의 용기가 있는지 확인<html> 배기 라인을 그. </li><li> 고 활성 효소 혼합물 (17.14 mM의 NADH, 44.57 U / ㎖의 LDH)를 준비합니다. 동시에 240 ㎕를 NADH 용액, 125 μL의 LDH 용액 및 335 ㎕의 완충액을 혼합하고 주입 라인에 부착 될 수있는 3 ㎖ 주사기 유지. 참고 : DNP 시스템에서 40 mM의 피루브산의 500 μL와 결합되면, 최종 팬텀 볼륨 ~ 16.7 mM의 피루브산, 10 mM의 NADH, pH를 가진 트리스 완충 용액에 26 U / L의 LDH의 농도가 1.2 ml의 것입니다 7.5. </li><li> 낮은 활성 효소 혼합물 (17.14 mM의 NADH 26.79 U / ㎖의 LDH) 함께 240 ㎕의 NADH 솔루션, 75 μL의 LDH 용액 385 μL 버퍼를 혼합하고 주입 라인에 부착 할 수있는 별도의 3 ML의 주사기에 유지를 준비합니다. 참고 : DNP 시스템에서 40 mM의 피루브산의 500 μL와 결합하면 최종 팬텀 볼륨 ~ 7.5 16.7 mM의 피루브산, 10 mM의 NADH의 농도가 1.2 ml의 pH를 가진 트리스 완충 용액에서 15.625 U / L의 LDH 될 것입니다 . </li></ol>jove_title &quot;&gt; 4. 어떤 품질 보증 (QA) 및 위치 검사를 실행 <ol><li> 초기 위치. <ol><li> 동작 모드 [1 H] TX / RX 볼륨 모드에서 새 FLASH 위치 검색을로드합니다. 2 설정 크기를 변경합니다 분광계 관리 도구 -&gt; 편집 GS -&gt; 설정 치수 -&gt; 2. 분광계 제어에 GSP와 자석의 중앙까지 팬텀 이동합니다. 분광계 제어에 다음을 눌러 STOP을 눌러 GOP. </li></ol></li><li> 파일럿 스캔. <ol><li> 동작 모드 [1 H] TX / RX 볼륨 모드에서 새 TriPiolt 위치 검색을로드합니다. 위치 조각 : 스캔 제어 -&gt; 슬라이스 도구 -가&gt; 조각을 이동 (, 슬라이스 패키지 슬라이더 이동을 선택 슬라이스 M에게 키 클릭과 드래그를 개최). </li><li> 워블 1 H 코일 : 분광계 관리 도구 -&gt; ACQ -&gt; 워블. 조정 및 자석 누릅니다 STOP 뒤에 경기 1 H 코일. 시프트 키를 눌러에게 주사 제어 창에서 신호등을 누른 상태. </li></ol></li></ol><p클래스 = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. 레이디 얼 에코 평면 스펙트럼 이미징 스캔 설정 <ol><li> 새로운 반경 에코 평면 분광 이미징로드 (radEPSI)의 동작 모드 [13 C] TX / RX 볼륨 모드로 스캔합니다. 위치 조각 : 스캔 제어에 조각 도구와 이동 조각 (; 슬라이스 패키지 슬라이더 이동을 선택 슬라이스 M에게 키 클릭과 드래그를 개최). </li><li> 분광계 관리 도구를 클릭하여 워블 (13) C 코일 -&gt; ACQ -&gt; 워블. 분광계에 1,000-2,000에 수신기 이득을 설정합니다. </li><li> 최종 시스템 검사를 수행합니다. 순서에 따라 스카우트 프로토콜의 요소 챔버에서 탄소 13 신호를 관찰합니다. 참고 :이 시스템이 비가 역적 용해 프로세스를 시작하기 전에 제대로 설정되어 있는지 확인합니다. </li></ol> 6. 실행 해산 <ol><li> 피루 베이트는 (~ 1 시간), 솔루션과 팬텀 준비하고 스캔이 DNP 한건데에 실행 용해 버튼을 클릭하여 구성되어&gt; 90 % 편광을 달성하면콘솔 줄기. </li><li> 시는 작동 위치에 용해 스틱을 이동하고 용해 미디어를 삽입하라는 메시지가. DNP 시스템을 닫고 DNP 시스템 콘솔에 완성 된 버튼을 클릭합니다. 다음 마침을 클릭하라는 메시지가 표시되면 위치를 쉬고 다시 용해 스틱을 이동합니다. </li><li> DNP 시스템은 과분극 피루브산을 전송할 때 (~ 가열 시작 후 2 분)이 각각 높고 낮은 효소 농도의 용액을 주사기로 피루 베이트 용액 500 μl를 철회. 천천히 (~ 10 초)이 주사 라인에 각각 주입 주사기. 참고 : 스캔 전에 주입에 또는 언제든지 사용되는 검사 프로토콜에 따라 3 분 후 주입까지 시작되었을 수 있습니다. </li></ol> 7. 이미지 처리 참고 :이 팬텀 많은 이미지 전략을 사용하기 위해 설계되었습니다. 라드-EPSI 이미지가 matlab에를 사용하여 처리 된 방법의 예를 들어, 그림 2 참조하십시오. <ol><li> 버팀대 파일에서 원시 데이터를로드합니다. Resha실수 부 및 허수 쌍으로 저장된 데이터 포인트 에코 및 계정 판독 돌기의 수와 일치하는 데이터 퍼가기. 짝수와 홀수 에코 포인트를 분리합니다. </li><li> 푸리에는 에코 차원에서 짝수 또는 홀수 에코를 변환. 시각 피루브산과 젖산의 주파수 대역을 식별합니다. 단순성을 위해 스펙트럼의 절대 값을 사용 하였다. </li><li> 각 대사 밴드를 분리하고 푸리에 각 대사 산물에 대한 격리 sinograms를 얻을 수있는 주파수 인코딩 방향을 따라 변환. 역 라돈은 락 테이트 또는 피루 베이트 하나의 이미지를 생성하기 위해 별도의 sinograms 변환. </li></ol>

<ol><li>Merritt, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+allows+a+direct+measure+of+flux+through+a+single+enzyme-catalyzed+step+by+NMR%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America+104%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C allows a direct measure of flux through a single enzyme-catalyzed step by NMR.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104. 104, 19773-19777 (2007).</li>
<li>Rodrigues, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+of+tumor+glycolysis+using+hyperpolarized+13C-labeled+glucose%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+medicine%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging of tumor glycolysis using hyperpolarized 13C-labeled glucose.</a> Nature medicine. 20, 93-97 (2014).</li>
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<li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+tumor+hyperpolarized+%5B1-13C%5D-pyruvate+dynamics+using+time-resolved+multiband+RF+excitation+echo-planar+MRSI%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Investigation of tumor hyperpolarized [1-13C]-pyruvate dynamics using time-resolved multiband RF excitation echo-planar MRSI.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 63, 582-591 (2010).</li>
<li>Cunningham, C. H., Dominguez Viqueira, W., Hurd, R. E., Chen, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+correction+method+for+improved+spatial+correlation+of+hyperpolarized+13C+metabolites+and+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+biomedicine%22%5BJournal%5D)">Frequency correction method for improved spatial correlation of hyperpolarized 13C metabolites and anatomy.</a> NMR in biomedicine. 27, 212-218 (2014).</li>
<li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+dynamic+3D+MR+spectroscopic+imaging+with+compressed+sensing+and+multiband+excitation+pulses+for+hyperpolarized+13C+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Fast dynamic 3D MR spectroscopic imaging with compressed sensing and multiband excitation pulses for hyperpolarized 13C studies.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 65, 610-619 (2011).</li>
<li>Mayer, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+subsecond+spiral+chemical+shift+imaging+to+real-time+multislice+metabolic+imaging+of+the+rat+in+vivo+after+injection+of+hyperpolarized+13C1-pyruvate%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Application of subsecond spiral chemical shift imaging to real-time multislice metabolic imaging of the rat in vivo after injection of hyperpolarized 13C1-pyruvate.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 62, 557-564 (2009).</li>
<li>Walker, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Catalyzing+Phantom+for+Reproducible+Dynamic+Conversion+of+Hyperpolarized+%5B1-C-13%5D-Pyruvate%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+one%22%5BJournal%5D)">A Catalyzing Phantom for Reproducible Dynamic Conversion of Hyperpolarized [1-C-13]-Pyruvate.</a> PloS one. 8, e71274(2013).</li>
<li>Levin, Y. S., Mayer, D., Yen, Y. F., Hurd, R. E., Spielman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+fast+spiral+chemical+shift+imaging+using+least+squares+reconstruction%3A+application+for+hyperpolarized+%2813%29C+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Optimization of fast spiral chemical shift imaging using least squares reconstruction: application for hyperpolarized (13)C metabolic imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 58, 245-252 (2007).</li>
<li>von Morze, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+multiagent+hyperpolarized+%2813%29C+perfusion+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Simultaneous multiagent hyperpolarized (13)C perfusion imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 72, 1599-1609 (2014).</li>
<li>Sogaard, L. V., Schilling, F., Janich, M. A., Menzel, M. I., Ardenkjaer-Larsen, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+measurement+of+apparent+diffusion+coefficients+of+hyperpolarized+%281%29%283%29C-labeled+metabolites%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+biomedicine%22%5BJournal%5D)">In vivo measurement of apparent diffusion coefficients of hyperpolarized (1)(3)C-labeled metabolites.</a> NMR in biomedicine. 27, 561-569 (2014).</li>
<li>Patrick, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+transgene+expression+using+hyperpolarized+13C+urea+and+diffusion-weighted+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Detection of transgene expression using hyperpolarized 13C urea and diffusion-weighted magnetic resonance spectroscopy.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 73, 1401-1406 (2015).</li>
</ol>

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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 ...

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 (11)의 검출을 특성화하기 위해 사용될 수 없다. 우리가 동적 촬상 전략 엄격한 시험을 가능하게 제어하고 재현성 화성을 제공하는 단일 효소 시스템을 사용 가능. 이 시스템은 과분극 기판에 대한 이미지 전략을 개발 및 대체 방법에 대한 비교를 위해 성능을 특성화하고자하는 연구자에 관한 것이다. 정적 측정을 원하는 엔드 포인트 인 경우 그 다음 13 C-labled 대사는 위스콘신 정적 팬텀11 충분할 것이다. 다른 쪽 끝에서 더 복잡한 생물학적 특성은 실제 생물학적 모델이 12-14 필요합니다 방법 (배달, 세포 밀도 등)에 매우 중요합니다. 이 시스템은 겉보기 화성 비율의 정량적 측정 값을 제공하는 것을 목표로 촬상 전략의 평가에 적합하다.

<table><tbody><tr><td>BioSpect 7T</td><td>Bruker</td><td>BioSpec 70/30 USR</td><td>7 Tesla 전임상 MRI 스캐너</td></tr><tr><td>HyperSense</td><td>옥스포드 기기</td><td>Hypersense DNP 편광자</td><td>MRI 에이전트용 동적 핵 편광자</td></tr><tr><td>1-13C-Pyrvic Acid</td><td>Sigma Aldrich</td><td>677175</td><td>Carbon 13 라벨이 있는 깔끔한 피루브산</td></tr><tr><td>Trityl Radical</td><td>GE Healthcare</td><td>OX063</td><td>동적 핵 편광에 사용되는 자유 라디칼</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>시그마 Aldrich</td><td>S8045</td><td></td></tr><tr><td>EDTA</td><td>시그마 Aldrich</td><td>E6758</td><td>에틸렌 디아민 테트라 아세트산</td></tr><tr><td>LDH</td><td>Worthingthon</td><td></td><td>LS002755 토끼 근육에서 젖산 탈수소 효소</td></tr><tr><td>NADH</td><td>시그마 Aldrich</td><td>N4505</td><td>&beta;-니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드, 환원 디칼륨 염</td></tr><tr><td>트리즈마</td><td>시그마 알드리치</td><td>T7943</td><td>트리즈마 프리셋 크리스탈</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>시그마 알드리치</td><td>S7653</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

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.

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 ...

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

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

이 프로시저의 전반적인 목표는 제어된 팬텀 환경에서 자기공명영상 또는 MRI를 이용하여 과분극 pyruvate가 lactate로 전환되는 정도를 측정하는 것입니다. 이 방법은 자기공명을 통한 pyruvate의 화학적 전환 검출 능력과 같이 과분극 MRI 분야의 핵심적인 질문에 답하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 pyruvate의 화학적 전환이 체내 대사와 유사하게 진행되면서도, 생체 시스템보다 더 제어 가능하고 재현성이 높다는 점입니다.대부분의 암에서 공통적으로 나타나는 피루베이트의 젖산 전환 증가가 팬텀 환경에 의해 모사되므로, 이 기술의 시사점은 암 진단 영역까지 확장됩니다. 이 방법은 암에 대한 통찰을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 심장 대사와 같은 다른 대사 영상 촬영에도 적용될 수 있습니다. 일반적으로 이 방법에 익숙하지 않은 연구자들은 과분극 매체 특유의 짧은 시간 제약으로 인해 어려움을 겪을 수 있습니다.용해 및 배출 단계는 신속하게 이루어져야 하며 정밀하게 수행되어야 하므로 학습하기 어렵기 때문에, 이 방법의 시각적 시연이 매우 중요합니다. 동적 핵 편극 또는 DNP 시스템용 샘플 컵에 가도테리돌 용액 0.3 µL와 피루브산 용액 13 mg을 피펫으로 분주합니다. 피펫 팁을 사용하여 샘플 컵 안의 이 혼합물을 짧게 젓습니다.DNP 시스템 콘솔의 시료 삽입 버튼을 클릭하여 시료 삽입 프로세스를 시작하십시오. 시료 마법사에서 일반 시료(normal sample)를 선택하고 다음을 클릭하십시오. 시료 컵을 수직으로 유지한 상태에서 삽입 로드를 시료 컵 상단에 조심스럽게 배치하십시오.안내가 나오면 DNP 시스템을 열고 삽입봉을 사용하여 가변 온도 인서트에 컵을 넣으십시오. 시료 삽입봉 끝의 플런저를 당겨 가변 온도 인서트에 시료를 분리하십시오. 시스템에서 시료 삽입봉을 제거하고 DNP 시스템 콘솔의 다음 버튼을 클릭하십시오.그런 다음 DNP 시스템 콘솔의 polarise sample 버튼을 클릭하여 분극을 시작하십시오. RINMR 소프트웨어의 분극 모니터링 소프트웨어에 HYPERSENSENMR을 입력하십시오. build up 구성을 1로 설정하고 enter를 누르십시오.그 다음 solid build up을 클릭합니다. 저장 파일의 위치와 이름을 설정한 후, DNP 시스템 콘솔의 드롭다운 탭에서 carbon 13 프로필을 선택합니다. next를 클릭합니다.빌드업(build up) 중 샘플링을 활성화하려면 확인란을 선택하십시오. 샘플링 시간을 300초로 설정하고 완료(finish up)를 클릭하십시오. 마지막으로, 5mL 주사기를 사용하여 부피별로 또는 저울을 사용하여 무게별로 용출 매질 3.85g을 측정하십시오.주입 라인에 쉽게 접근할 수 있도록 팬텀을 자석의 중앙에 배치하십시오. 배기 라인으로 배출될 액체를 받을 수 있는 용기가 있는지 확인하십시오. NADH 용액 240 µL, LDH 용액 125 µL 및 버퍼 335 µL를 혼합하여 고활성 효소 혼합물을 준비하십시오.용액을 주입 라인에 연결 가능한 3 mL 주사기에 보관하십시오. 그다음 NADH 용액 240 µL, LDH 용액 75 µL 및 버퍼 385 µL를 함께 섞어 저활성 효소 혼합물을 준비하십시오. 이 혼합물은 주입 라인에 연결 가능한 별도의 3 mL 주사기에 보관하십시오.초기 위치 설정을 수행하려면 새로운 로컬라이저 스캔을 로드하십시오. Acq/Reco를 선택하여 양성자 코일을 미세 조정(wobble)하십시오. 조정 플랫폼을 표시하고 엽니다.조정 패널에서 Wobble Adjust를 선택하고 open을 클릭합니다. 스윕 폭(sweep width)을 10 MHz로 설정하고 set up을 클릭합니다. 잠시 후 획득 창에 양성자 코일의 튜닝 및 매칭 상태가 나타납니다.코일 요소를 13C 또는 element two로 변경하고 sweep width를 5 MHz로 설정하여 탄소 코일을 워블(wobble)합니다. 잠시 후 획득 창에 탄소 코일의 튜닝 및 매칭 상태가 표시되며, 적절하게 튜닝되었다면 stop을 누릅니다. 스캔 제어 화면으로 돌아가려면 apply를 누른 다음 back을 누르고, 마지막으로 continue를 눌러 스캔을 시작합니다.용해를 시작하기 전에 이 단계의 스캔 설정이 완전히 완료되는 것이 매우 중요합니다. 용해가 시작된 후에는 중단할 수 없으며, 과분극 pyruvate가 전달되기 전까지 시퀀스 파라미터를 조정할 시간이 거의 없습니다. 새로운 라디오 에코 평면 분광 영상(radio echo planar spectroscopic imaging) 스캔을 로드하십시오.반응 챔버 전체를 포함하도록 슬라이스 두께를 30 millimeters로 설정합니다. 시스템 탭을 선택하고 작동 모드를 13C transmit receive로 변경하여 작동 모드를 탄소 13으로 설정합니다. pyruvate의 분극도가 90% 이상에 도달하면 용액과 팬텀이 준비되며 스캔 설정이 완료됩니다.DNP 시스템 콘솔에서 용출 실행 버튼을 클릭하십시오. 안내 메시지가 나타나면 용출 스틱을 작동 위치로 이동시키고 용출 배지를 주입하십시오. DNP 시스템을 닫고 DNP 시스템 콘솔에서 완료 버튼을 클릭하십시오.피루브산과 효소의 주입은 원활하게 이루어지는 것이 중요합니다. 이를 통해 효소 혼합물이 적절히 섞여 화학적 전환이 완료되기 전에 팬텀 챔버로 전달될 수 있습니다. DNP 시스템이 과분극된 피루브산 흡입물을 전달하면, 고농도 및 저농도 효소 용액 시린지 각각에 500 µL의 피루브산 용액이 주입됩니다.각 시린지를 주입 라인에 천천히 주입하십시오. 스캔은 사용되는 스캔 프로토콜에 따라 주입 전 또는 주입 직후에 시작할 수 있습니다. 용해가 완료되면 안내 메시지가 나타날 때 용해 스틱을 다시 휴지 위치로 이동시킨 후 완료를 클릭하십시오.방사형 에코 평면 분광 영상(radio echo planar spectral imaging) 시퀀스의 대표적인 결과가 여기에 제시되어 있습니다. 피루베이트 영상에서는 두 챔버 모두에서 강한 피루베이트 신호가 나타납니다. 젖산 영상에서는 젖산 신호가 더 약하게 나타나지만, 여전히 챔버 내에 국한되어 있음을 보여줍니다.과분극된 lactate와 pyruvate의 신호 비율을 통해 각 챔버 내의 효소 활성을 추정할 수 있습니다. 각 챔버의 신호 비율은 해당 챔버에 존재하는 효소 활성과 일치합니다. 숙련되면 이 기술은 1시간 이내에 완료할 수 있습니다.이 절차를 수행할 때는 용해 과정을 시작하기 전에 팬텀 혼합물과 영상 시퀀스가 준비되어 있어야 한다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 본 절차를 통해 다른 고분극 제제와 효소를 사용하여 시퀀스가 다른 화학 반응을 얼마나 잘 영상화할 수 있는지와 같은 추가적인 질문들에 대한 답을 얻을 수 있습니다. 이 기술은 고분극 MRI 분야의 연구자들이 재현 가능한 팬텀을 사용하여 시퀀스 성능을 탐구할 수 있는 길을 열어줍니다.이 영상을 시청하고 나면 과분극된 pyruvate를 lactate로 전환하는 것을 돕기 위한 효소 혼합물을 준비하는 방법과 이미징을 위해 carbon 13 농축 pyruvate를 분극시키는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 강한 자기장 내에서 작업하는 것은 매우 위험할 수 있으므로, 스캔실 출입 통제와 같은 예방 조치를 항상 취해야 함을 잊지 마십시오.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

광학 스핀 교환 (SEOP) 펌프에 의해 hyperpolarized 크세논의 생산 설명되어 있습니다. 이 방법은 XE-129의 핵 스핀 분극의 ~ 10,000 배 향상을 산출하고 핵 자기 공명 분광법 및 이미징에 응용 프로그램이 있습니다. 기상 및 솔루션 상태 실험의 예는 주어집니다.

NMR과 MRI 응용 프로그램 용 Hyperpolarized 지논

신경 근육 질환은 종종 다양한 시간적, 공간적으로 불균일하고, 다방면 병변을 나타낸다. 이 프로토콜의 목적은 비 침습 자기 공명 영상 법을 이용하여이 병변을 특성화한다.

골격근 질환의 정량적 자기 공명 영상

용해 동적 핵 분극(DNP)이 제공하는 감도 향상으로 NMR 및 MRI에 의해 실시간으로 대사 과정을 수행할 수 있습니다. 효소 반응 연구를 위해 설계된 전용 용출 DNP 설정의 특성과 성능에 대해 설명합니다.

NMR에 의해 실시간 효소 반응 속도 측정을위한 해산 동적 핵 편광 계측

새로운 전자 상자성 공명 (EPR) 방법, 빠른 스캔 EPR (RS-EPR)는, 기존의 연속파 (CW) 기술보다 우수하고 생체 내 이미징을위한 새로운 장소를 엽니 다 2D 스펙트럼 공간 영상에 대한 설명된다. 결과 250 MHz에서 입증되지만, 기술은 주파수에서 적용 가능하다.

빠른 스캔 전자 스핀 공명 이미징 생리 학적으로 중요 매개 변수에 대한 새로운 길을 엽니 다<em&gt; 생체</em

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.

과분극 (13) C 대사 자기 공명 분광학 및 이미징

이 작품의 목적은 다양 한 지방 백분율 및 볼륨 유령 생산 하는 사용자 지정할 수 있는 실용적인 지방 물 팬텀을 만들기 위한 프로토콜을 설명 하기 위해.

자기 공명 영상 유효성 검사에 대 한 지방 물 환영: 유연 하 고 확장 가능한 프로토콜

우리는 빠른 필드 사이클 이완을 사용하여 동적 핵 편광에 의해 과분극 13C 농축 화합물의 스핀 격자 이완 시간의 자기장 의존성을 측정하는 프로토콜을 제시한다. 구체적으로, 우리는[1-13C] pyruvate로 이것을 입증했습니다, 그러나 프로토콜은 그밖 과극화한 기판으로 확장될 수 있었습니다.

과분극[1-13C] 피루바테의 스핀 격자 이완 자기장 의존도 측정

우리는 연속 관류 모드에서 과분극된 13C표지 대사산물을 분리된 관류된 마우스 심장에 투여하기 위한 실험 설정을 설명합니다. 전용 13C-NMR 획득 접근법을 통해 대사 효소 활성을 실시간으로 정량화할 수 있었고, 다중모수 31P-NMR 분석을 통해 조직 ATP 함량 및 pH를 측정할 수 있었습니다.

과분극 [1-13C] 피루브산 및 13C / 31P NMR 분광법을 사용하여 분리 된 관류 마우스 심장에서 심장 대사 조사

여기에서는 하드웨어, 소프트웨어, 데이터 수집, 시퀀스 선택, 데이터 관리, k-공간 활용 및 노이즈 분석을 다루는 고품질 과분극 크세논-129 자기 공명 이미지를 얻기 위한 프로토콜을 제시합니다.

Troubleshooting and Quality Assurance in Hyperpolarized Xenon Magnetic Resonance Imaging: Tools for High-Quality Image Acquisition(과분극 제논 자기 공명 영상의 문제 해결 및 품질 보증: 고품질 이미지 획득을 위한 도구)

이 프로토콜은 맞춤형 생물반응기 시스템을 과분극 ¹³C NMR 분광법과 통합하여 살아있는 세포의 실시간 피루브산 대사를 측정함으로써 대사 연구 및 약물 스크리닝 응용 분야의 재현성과 운동 정확도를 개선합니다.

과분극 13CNMR을 사용한 살아있는 세포의 실시간 대사 검출

배우세요 다중 구획 동적 팬텀을 이용한 과분극 자기 공명 영상법으로 피루브산에서 젖산으로의 대사 전환을 측정하는 방법입니다. 이 기술은 암 진단 및 대사 질환 연구에 활용될 수 있습니다.

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

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