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

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.