hypergepolariseerde 13 C Metabolic magnetische resonantie spectroscopie en beeldvorming

Samenvatting

Dynamische nucleaire polarisatie met daaropvolgende oplossing van het monster heeft real-time studies van metabolisme in biologische systemen mogelijk gemaakt. Gehyperpolariseerd [1-¹³C]pyruvaat werd gebruikt om lactate dehydrogenase-activiteit te bestuderen in een prostaatcarcinoom-cellijn in vitro.

Samenvatting

In de afgelopen decennia, nieuwe methoden voor tumor staging, restaging, de behandeling respons monitoring, en herhaling detectie van een verscheidenheid van kanker naar voren zijn gekomen in samenwerking met de positron emissie tomografie state-of-the-art met ¹⁸ F-fluorodeoxyglucose ^([18 F ] -FDG PET). ¹³ C spectroscopische magnetische resonantie imaging ⁽¹³ CMRSI) een minimaal invasieve imaging methode die de controle van metabolisme in vivo en in real time mogelijk maakt. Zoals met elk ander procédé gebaseerd op ^13C kernmagnetische resonantie (NMR), is de uitdaging lage thermische polarisatie en een daaropvolgende lage signaal-ruisverhouding als gevolg van de relatief lage gyromagnetische verhouding van ¹³ C en een lage natuurlijke overvloed in biologische monsters. Door het overwinnen van deze beperkingen is dynamische nucleaire polarisatie (DNP) gevolgd monster dissolutie kort ingeschakeld gebruikte NMR en magnetische resonantie imaging (MRI) systemen meten, Studie, en het belangrijkste metabole routes in verschillende biologische systemen. Een bijzonder interessante en veelbelovende molecule gebruikt ¹³ CMRSI is [1- ¹³ C] pyruvaat, die in de afgelopen tien jaar, is op grote schaal meer recent toegepast voor in vitro, preklinische en klinische studies naar het cellulaire energiemetabolisme onderzoeken bij kanker en andere ziekten. In dit artikel schetsen we de techniek van ontbinding DNP gebruik van een 3,35 T preklinische DNP hyper- en demonstreren het gebruik ervan in in vitro studies. Een soortgelijk protocol voor hyperpolarisatie worden toegepast voor het grootste deel in vivo studies ook. Hiervoor gebruikten we lactaat dehydrogenase (LDH) gekatalyseerde en de metabolische omzetting van [1- ¹³ C] pyruvaat om [1- ¹³ C] lactaat in een prostaatcarcinoom cellijn, PC3, in vitro gebruik ¹³ CMRSI.

Inleiding

Momenteel is de meest gebruikte werkwijze voor klinische stagering, restaging behandeling aanspreekbewaking en herhaling detectie van diverse kankers ^[18 F] -FDG PET. ¹ Echter, onlangs, een aantal nieuwe en alternatieve benaderingen naar voren zijn gekomen. Een van die methodes is ¹³ CMRSI. Deze techniek houdt de invoering van de ¹³ C-molecuul in een biologisch monster, gevolgd door minimaal invasieve MRI om het metabolisme te beoordelen in vitro of in vivo in real time. Toch is de grootste uitdaging van ¹³ CMRSI, vergeleken met andere methoden zoals ^[18 F] -FDG PET of computertomogra....

Protocol

1. Steekproef Stock Solution Voorbereiding

1. Voeg gadoterate meglumine (GadM, 0,5 mol / l) geconcentreerde [1- ¹³ C] pyrodruivenzuur tot een eindconcentratie van 1-mmol / l GadM geven. Voeg trityl groep tris (8-carboxy-2,2,6,6-tetra (hydroxyethyl) benzo [1,2-4,5] -bis- (1,3) -dithiole-4-yl) - methyl natriumzout (OX063) aan dit mengsel tot een eindconcentratie van 15 mmol / L te geven. Vortex tot volledige oplossing.
   LET OP: Deze voorraad oplossing voorbereiding is ontworpen voor gebruik met een 3,35-T preklinische DNP hyperpolarisator. Bij een 7-T klinische hyperpolarisatoreenheid wordt gebruikt, wordt de gadoterate meglumine niet nodig omd....

Resultaten

De resultaten van de "microwave sweep" zijn aangegeven in figuur 3. Het toont aan dat de optimale frequentie van de microgolf [1- ¹³ C] pyruvaat monster op 94,156 GHz voor de lokale 3,35-T hyperpolarisator. Alle volgende hyperpolarisatie experiment (n = 14) werden uitgevoerd met deze microgolf frequentie met een vermogen van 100 mW. De microgolfbestraling werd gedurende 60 tot 80 minuten, wat leidt tot een vaste toestand hyperpolarisatie hoger dan 90%. De resultaten zijn weergegeven.......

Discussie

¹³ CMRSI met gehyperpolariseerde probes is een veelbelovende methode om metabolisme in real time in vitro en in vivo. Een belangrijk aspect bij toepassing van deze experimentele werkwijze is de juiste normalisatie, met name wat betreft in vitro experimenten. Ten eerste, de voorbereiding van het monster moet behoren en consistent worden gedaan met dezelfde concentratie gehyperpolariseerd materiaal bereiken elk experiment. Dit vereist een nauwkeurige weging van zowel het monster gehyp.......

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
HyperSense DNP Polariser	Oxford Instruments		3.35 T preclinical DNP hyperpolarizer
GE/Agilent MR901	GE Healthcare/Agilent Technologies		7 T preclinical MRI scanner, met kleine opening ontworpen voor experimenten op knaagdieren
Spinsolve Carbon	Magritek		1 T NMR spectrometer met permanent magneet
Deuterium Oxide	Sigma Aldrich	7789-20-0
Sodium phosphate dibasic	Sigma Aldrich	7558-79-4
Sodium phosphate monbasic	Sigma Aldrich	7558-80-7
Sodium hydroxide	Sigma Aldrich	1310-73-2
Disodium edetate	Sigma Aldrich	6381-92-6
Pyruvic acid - 13C1	Cambridge Isotopes Laboratories	CLM-8077-1
Dotarem (0.5 mmol/L)	Guerbet		gadoterate meglumine
tris (8-carboxy-2,2,6,6-tetra-(hydroxyethyl)-benzo-[1,2–4,5]-bis-(1,3)-dithiole-4-yl)-methyl sodium salt (OX063)	GE Healthcare		trityl radicaal gebruikt als bron van vrije elektron
PC3 cell line	ATCC	CRL1435
F-12K medium	ATCC	30-2004
Fetal Bovine Serum	ATCC	SCRR-30-2020
Trypsine-EDTA Solution, 1x	ATCC	30-2101
Sample plastic cup	Oxford Instruments
Trypan blue	Bio-Rad	145-0013-MSDS