Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Meten van de spin-Lattice ontspanning magnetische veld afhankelijkheid van Hypergepolariseerde [1-13C] Pyruvate

5.9K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/59399

⸱

13 september 2019

 ,  , 
1Department of Medical Biophysics, Western University, 2Imaging Research Laboratory, Robarts Research Institute, Western University, 3Ontario Institute for Cancer Research

In dit artikel

Samenvatting

We presenteren een protocol voor het meten van de magnetische veld afhankelijkheid van de spin-Lattice ontspannings tijd van 13C-verrijkte verbindingen, hypergepolariseerd door middel van dynamische nucleaire polarisatie, met behulp van snelle veld-fietste relaxometrie. Concreet hebben we dit aangetoond met [1-13C] Pyruvate, maar het protocol kan worden uitgebreid naar andere hypergepolariseerde substraten.

Samenvatting

De fundamentele limiet voor in vivo beeldvormings toepassingen van hypergepolariseerde 13C-verrijkte verbindingen is hun eindige spin-Lattice ontspannings tijden. Verschillende factoren beïnvloeden de ontspannings percentages, zoals buffer samenstelling, pH van de oplossing, temperatuur en magnetisch veld. In dit laatste opzicht kan de ontspannings tijd van de spin-Lattice worden gemeten op klinische veldsterktes, maar op lagere velden, waar deze verbindingen van de polarisator worden afgeleverd en naar de MRI worden getransporteerd, is de ontspanning nog sneller en moeilijk te meten. Om een beter begrip te hebben van de hoeveelheid magnetisatie die tijdens het transport verloren is gegaan, gebruikten we snelle veld-Cycling relaxometrie, met magnetische resonantie detectie van 13C kernen bij ~ 0,75 T, om de nucleaire magnetische resonantie dispersie van de spin-Lattice ontspannings tijd van hypergepolariseerd [1-13C] Pyruvate. Ontbinding dynamische nucleaire polarisatie werd gebruikt om hypergepolariseerde monsters van pyruvaat te produceren met een concentratie van 80 mmol/L en fysiologische pH (~ 7,8). Deze oplossingen werden snel overgebracht naar een snelle veld-fiets relaxometer zodat de ontspanning van de monster magnetisatie kon worden gemeten als een functie van de tijd met behulp van een gekalibreerde kleine Flip hoek (3 °-5 °). Om de T1 dispersie van de C-1 van pyruvate in kaart te kunnen hebben, hebben we gegevens opgenomen voor verschillende ontspannings velden variërend tussen 0,237 MT en 0,705 T. Met deze informatie bepaalden we een empirische vergelijking om de spin-Lattice-relaxatie van het hypergepolariseerde substraat binnen het genoemde bereik van magnetische velden te schatten. Deze resultaten kunnen worden gebruikt om de hoeveelheid magnetisatie verloren tijdens het transport te voorspellen en om experimentele ontwerpen te verbeteren signaalverlies te minimaliseren.

Inleiding

Magnetische resonantie spectroscopische beeldvorming (MRSI) kan ruimtelijke kaarten van metabolieten die worden gedetecteerd door spectroscopische beeldvorming produceren, maar het praktische gebruik ervan wordt vaak beperkt door de relatief lage gevoeligheid. Deze lage gevoeligheid van in vivo magnetische resonantie beeldvorming en spectroscopie methoden vloeit voort uit de geringe mate van nucleaire magnetisatie haalbaar bij lichaams temperaturen en redelijke magnetische veldsterktes. Deze beperking kan echter worden overwonnen door het gebruik van dynamische nucleaire polarisatie (DNP) om de in vitro magnetisatie van vloeibare substraten sterk te verbeteren, die vervolgens worden geïnjecteerd om in vivo metabolisme te sonde met behulp van mrsi1,2 , 3 , 4. DNP is in staat om de magnetisatie van de meeste kernen met niet-nulzijnde nucleaire spin te verbeteren en is gebruikt om in vivo mrsi-gevoeligheid van 13C-verrijkte verbindingen zoals pyruvaat5,6, bicarbonaat te verhogen 7,8, fumaraat9, lactaat10, glutamine11, en anderen door meer dan vier bevelen van magnitude12. De toepassingen omvatten Imaging van vasculaire ziekte13,14,15, orgel perfusie13,16,17,18, Cancer detectie1,19,20,21,22, tumor fase23,24, en kwantificering van therapeutische respons2 , 6 , 23 , 24 , 25 , 26.

Slow spin-Lattice ontspanning is essentieel voor in vivo detectie met MRSI. Spin-Lattice ontspannings tijden (T1s) op de orde van tientallen seconden zijn mogelijk voor kernen met lage gyromagnetische verhoudingen binnen kleine moleculen in oplossing. Verschillende fysische factoren beïnvloeden de overdracht van energie tussen een nucleaire spin transitie en zijn omgeving (Lattice) die leidt tot ontspanning, met inbegrip van de magnetische veldsterkte, temperatuur en moleculaire conformatie27. Dipolaire ontspanning wordt gereduceerd in moleculen voor koolstof posities zonder protonen die direct zijn bevestigd, en deuteratie van oplos media kan de intermoleculaire dipolaire ontspanning verder verminderen. Helaas hebben HDO oplosmiddelen beperkte mogelijkheden om in vivo ontspanning uit te breiden. Verhoogde relaxatie van carbonylen of carbonzuren (zoals pyruvate) kan optreden bij hoge magnetische veldsterktes als gevolg van chemische verschuiving anisotropie. De aanwezigheid van paramagnetische onzuiverheden uit het vloeistofpad tijdens ontbinding na polarisatie kan een snelle ontspanning veroorzaken en moet worden vermeden of geëlimineerd met behulp van chelatoren.

Er bestaan zeer weinig gegevens voor de relaxatie van 13C-bevattende verbindingen op lage velden, waarbij spin-Lattice ontspanning aanzienlijk sneller zou kunnen zijn. Het is echter belangrijk om T1 op lage velden te meten om ontspanning te begrijpen tijdens de bereiding van de agent die wordt gebruikt voor in-vivo-beeldvorming, aangezien de hypergepolariseerde contrastmiddelen gewoonlijk uit het DNP-apparaat in de buurt of op de aard Veld. Bijkomende fysische factoren zoals 13C-verrijkte substraat concentratie, pH van de oplossing, buffers en temperatuur beïnvloeden ook ontspanning en hebben bijgevolg een effect op de formulering van het agens. Al deze factoren zijn essentieel bij de bepaling van belangrijke parameters bij het optimaliseren van het DNP-oplossing, en de berekening van de grootte van signaalverlies dat optreedt bij het transport van het monster van de DNP-apparatuur naar de beeldvormings magneet.

Nucleaire magnetische resonantie dispersie (NMRD) metingen, d.w.z. T1 metingen, als een functie van magnetisch veld worden meestal verkregen met behulp van een NMR-spectrometer. Om deze metingen te verwerven, kan een pendelen methode worden gebruikt waarbij het monster voor het eerst uit de spectrometer wordt afgesloten om te ontspannen op een bepaald gebied dat door zijn positie in het randgebied van de magneet wordt vastgesteld28,29,30 en vervolgens snel teruggeplaatst in de NMR-magneet om de resterende magnetisatie te meten. Door dit proces op hetzelfde punt in het magnetische veld te herhalen, maar met toenemende ontspannings perioden, kan een ontspannings curve worden verkregen, die vervolgens kan worden geanalyseerd om T1te schatten.

We gebruiken een alternatieve techniek die bekend staat als snelle veld-Cycling relaxometrie31,32,33 om onze nmrd-gegevens te verwerven. We hebben een commerciële veld-Cycling Relax meter (Zie tabel van de materialen), voor T1 metingen van oplossingen die Hypergepolariseerde 13C kernen gewijzigd. In vergelijking met de shuttle methode maakt Field-Cycling deze relaxometer in staat om systematisch NMRD-gegevens te verwerven over een kleiner aantal magnetische velden (0,25 mT tot 1 T). Dit wordt bereikt door het magnetisch veld zelf snel te veranderen, niet de sample locatie in het magnetische veld. Daarom kan een monster gemagnetiseerd worden op een hoog veldsterkte, "ontspannen" op een lager veldsterkte, en vervolgens gemeten door verwerving van een vrij-inductie-verval op een vast veld (en Larmor frequentie) om het signaal te maximaliseren. Dit betekent dat de monstertemperatuur tijdens de meting kan worden gecontroleerd, en de NMR-sonde hoeft niet te worden afgestemd op elk ontspannings veld dat de automatische verwerving over het gehele magnetische veld bereik bevordert.

Door onze inspanningen te concentreren op de effecten van het doseren en vervoeren van de hypergepolariseerde oplossingen op lage magnetische velden, presenteert dit werk een gedetailleerde methodologie om de ontspannings tijd van de spin-Lattice van hypergepolariseerde 13C-pyruvate te meten met behulp van snelle veld-fietsen relaxometrie voor magnetische velden in het bereik van 0,237 mT tot 0,705 T. De belangrijkste resultaten van het gebruik van deze methodologie zijn eerder gepresenteerd voor [1-13C] Pyruvate34 en 13c-verrijkt natrium en cesium bicarbonaat35 , waarbij andere factoren zoals radicale concentratie en ontbinding pH ook bestudeerd.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. monstervoorbereiding

Opmerking: stappen 1.1-1.8 worden slechts één keer uitgevoerd

  1. Bereid 1 ml voorraad 13C verrijkte pyruvinzuuroplossing, op grote schaal gebruikt voor in vivo onderzoek1,2,5,6, bestaande uit 15-mmol/L triarylmethylradicaal opgelost in [1- 13 C] pyruvinzuur (Zie tabel met materialen). Aliquots uit deze stamoplossing zullen worden gebruikt voor de monsters die individueel gepolariseerd zullen worden en vervolgens op verschillende magnetische velden relaxometrie ondergaan. Een afbeelding van de [1-13C] pyruvinzuurmolecule wordt weergegeven in Figuur 1.
  2. Op de dynamische nucleaire polarisator software-interface (Zie tabel van de materialen), klik op de afkoel knop om de temperatuur van de variabele temperatuur insert (VTI) te verlagen naar 1,4 K.
  3. Zodra de DNP de gewenste temperatuur heeft bereikt, laadt u 10 μL van de voorraadoplossing in een monster beker, opent u de revolver deuren en plaatst u de beker in de VTI met behulp van een invoeg wand die speciaal voor deze taak is ontworpen.
  4. Pak daarna snel de toverstaf uit en zorg ervoor dat de beker wordt losgelaten. Sluit vervolgens de revolver deuren en ga verder met de volgende stappen, terwijl de temperatuur van de VTI gaat terug naar 1,4 K.
  5. Bereid de DNP voor om een microgolf Veger te draaien om de optimale RF-frequentie voor hyperpolarisatie van de stamoplossing te vinden.
    1. Op de computer die de spectrometer bestuurt (onderdeel van het DNP-systeem), stelt u de communicatie tussen de spectrometer en de DNP-besturingssoftware in door te dubbelklikken op het HyperTerminal-pictogram, eerder geconfigureerd met de juiste seriële communicatie Parameters.
    2. Zodra de communicatie tot stand is gebracht, start u de RINMR-software, typt u de opdrachtregel . HYPERSENSENMRen druk op Enter.
    3. Daarna wordt een nieuw venster op het scherm weergegeven en typt u het nummer één (1) in het veld configuratienummer . Klik vervolgens op de knop configuratie selecteren .
    4. Klik op de knop do Microwave sweep. Een klein venster met een aflopende teller van seconden zal worden gelanceerd die aangeeft dat de spectrometer klaar is en het zal wachten op periodieke trigger signalen, afkomstig van de DNP-besturingssoftware, om de polarisatie te proeven.
    5. Selecteer op de DNP-besturingssoftware het tabblad kalibreren en klik op de knop genereren .
    6. Voer met het venster kalibratie-instellingen de volgende gegevens in: start frequentie = 94,117 GHz, eind frequentie = 94,137 GHz, stapgrootte = 1 MHz, stap duur = 300 s, vermogen = 50 mW, vloeibaar helium niveau = 65% en temperatuur = 1,4 K.
    7. Klik op de knop Genereer, die het instelvenster sluit en ga terug naar het tabblad kalibreren dat het aantal stappen weergeeft en de tijd die nodig is om de gewenste microgolf Veger uit te voeren.
    8. Zodra de gewenste VTI-temperatuur is bereikt, klikt u op de knop inschakelen en Start u het Microwave sweep-proces te initialiseren.
  6. Op het einde van de magnetron sweep, het monster te herstellen en noteer de optimale frequentie waar de maximale polarisatie wordt bereikt. Deze optimale frequentie wordt gedefinieerd als de polarisatie frequentie die de maximale polarisatie biedt zoals weergegeven in Figuur 2. Deze frequentie wordt gebruikt voor hyperpolarisatie van alle aliquots verkregen uit die specifieke stamoplossing van pyruvinzuur.
  7. Bereid 250 mL van de voorraad oplosmiddel met een oplossing van 40-mmol/L tris Base, 50 mmol/L natriumchloride en 80-mmol/L natriumhydroxide in gedeïoniseerd water. Voeg ethyleendiaminetetraazijnzuur (EDTA) toe met een concentratie van 100 mg/L om elke metaalionen besmetting op te maken. Net als de pyrodruivenzuur acid Stock Solution, zal dit oplosmiddel gebruikt worden voor alle verschillende samples die gepolariseerd zullen worden. Raadpleeg de tabel met materialen voor meer specifieke details over de gebruikte chemicaliën.
  8. Bereid ook 500 mL voorraad reinigingsoplossing voor, bestaande uit 100 mg/L EDTA opgelost in gedeïoniseerd water. Na elke polarisatie wordt ongeveer 10 mL van deze reinigingsoplossing gebruikt om het oploop traject van de DNP schoon te maken.
    Opmerking: stappen 1.9-1.27 worden uitgevoerd voor elk afzonderlijk monster.
  9. Koel het DNP-apparaat af tot 1,4 K ter voorbereiding van hyperpolarisatie a [1-13C] pyruvinzuurmonster door op de afkoel knop in het hoofdvenster van DNP te drukken.
  10. Als de software die wordt gebruikt voor de spectrometer al actief is met de optie configuratie 1 , gaat u verder met de volgende stappen. Anders voert u stap 1.5.1 uit naar 1.5.3 en gaat u verder met de volgende stappen.
  11. Nadat u hebt gecontroleerd dat configuratie 1 is geselecteerd in het venster dat de DNP-spectrometer bestuurt, klikt u op de knop solide opbouwen .
  12. Voer de bestandsnaam SSBuilupXXX in, waarbij "XXX" een getal is in de volgorde van bestanden die zijn opgeslagen met buildgegevens. Dit nummer wordt automatisch verhoogd door de software. Klik vervolgens op OK. Net als bij de magnetron sweep geval, een klein venster met een aflopende teller van seconden zal worden gelanceerd die aangeeft dat de spectrometer klaar is en het zal wachten op periodieke trigger signalen, afkomstig van de DNP besturingssoftware, om de polarisatie te samplen .
  13. Met behulp van de pyrodruivenzuur acid-OX063 stockoplossing bereid in stap 1,1, weeg 30 mg in een monster beker.
  14. Wanneer de gewenste VTI-temperatuur wordt bereikt (1,4 K) Klik op steek proef invoegen, selecteer vervolgens normaal voorbeeld en klik vervolgens op volgende. Na de veiligheidsmaatregelen die op het scherm worden weergegeven, plaatst u de beker in het koude DNP-apparaat met behulp van een lange wand die speciaal voor deze taak is ontworpen.
  15. Zodra de beker is geplaatst, de toverstaf verwijderd, en de DNP deuren gesloten, klikt u op volgende en dan eindigen. Op dat moment verlaagt het hyperpolarisator systeem de monster beker naar de bestraald kamer die gedeeltelijk is gevuld (65%) met vloeibaar helium.
  16. Wacht tot de temperatuur is teruggekeerd naar 1.4 K en klik vervolgens op de polariseren sample knop.
  17. Stel in het nieuwe pop-upvenster de frequentiewaarde in die is verkregen uit de Microwave sweep in stap 1,6. In hetzelfde venster, ook het vermogen om te zetten 50 mW en de bemonsteringstijd 300 s. Klik op volgende, Controleer de Enable build-up monitoring vak en klik vervolgens op afwerking.
    Opmerking: zodra de polarisatie is gestart, genereert de DNP-besturingssoftware trigger signalen elke 300 s om de spectrometer te instrueren om de polarisatie te proeven met behulp van een kleine tiphoek. Op die manier voegt de spectrometer software een monsterpunt toe aan een Solid-State magnetisatie curve, die nu wordt weergegeven in zowel de spectrometer software als in de DNP Control software onder de tab polarisatie opbouw. Na het 4e monster en elk monster na dat, de spectrometer software past de curve aan een exponentiële groei functie van de vorm:

    S = A * exp (-t/tp) + y0

    waarbij A de polarisatie amplitude is, in willekeurige eenheden, t de bemonsteringstijd is, is tp de polarisatie tijdconstante (beide in seconden) en is y0 een offset. Op basis van de ingerichte parameters berekent de software ook het procentuele polarisatie percentage dat tot op dat moment in de tijd is bereikt, dat ook wordt weergegeven in het tabblad polarisatie status van DNP.
  18. Polariseren tot de opbouw van de Solid-State magnetisatie ten minste 95% van het maximum bereikt (ongeveer een uur).
  19. Terwijl het monster polariserend is, bereidt u de Fast-Field-Cycling Relaxometer voor, zoals beschreven in sectie 2 hieronder.
  20. Wanneer de gewenste polarisatie wordt bereikt, klik op Run oplossen en onder methode, selecteer pyruvic acid test. Klik vervolgens op volgende.
  21. Volg de instructies op het scherm, open de DNP-draaitafel deuren en laad de verwarmings-en drukkamer aan de bovenkant van het apparaat met ~ 4,55 ml van het oplosmiddel dat in sectie 1,5 is bereid om een concentratie van 80-mmol/L pyruvaat te produceren bij ontbinding bij een pH van ~ 7,75 en temperatuur van ~ 37 °C.
  22. Plaats de terugstellende wand in de juiste positie, sluit de revolver deuren en klik op de computer op volgende en dan op Finish. Op dat moment zal de ontbinding media worden oververhit totdat de druk 10 bar bereikt.
  23. Zodra de druk van 10 bar is bereikt, wordt de bevroren en hypergepolariseerde pyruvaat automatisch opgeheven uit het vloeibare helium bad, snel gemengd en ontdooid met de oververhitte oplos media en uitgeworpen door een capillaire slang in een peervormige kolf. Terwijl het hypergepolariseerde pyruvate/ontbinding media mengsel wordt uitgeworpen, zwenk de kolf voortdurend om een homogeen mengsel te garanderen.
  24. Wanneer al het mengsel is uitgeworpen, trek dan snel 1,1 mL van de vloeistof in een injectiespuit, breng aan op een voorverwarmde (37 °C) NMR-buis van 10 mm en snel transport naar het veld-fiets relaxometer (zie stap 2.2.12).
  25. Verdeel de resterende hoeveelheid van elke pyruvaat-oplossing in een 0,55-T-tafel NMR-spectrometer (Zie tabel met materialen) om te controleren op mogelijke systematische experimentele effecten.
  26. Onmiddellijk reinigen DNP fluïdum pad met behulp van schone oplossing medium gevolgd door ethanol. Blaas helium gas door vloeiend pad om resterende reinigingsvloeistoffen te verwijderen en het pad van zuurstof te zuiveren. Reinig alle glaswerk.
  27. Noteer na elke meting de pH van de monsters van zowel de Bench top-spectrometer als de veld-fiets relaxometer.
    Opmerking: elke T1 -meting is een afzonderlijke hypergepolariseerde ontbinding van de DNP-apparatuur, dus zorg is vereist om de meting van de reproduceerbaarheid van de monster samenstelling te verzekeren. Dit wordt bereikt door alle agenten en oplosmiddelen met een nauwkeurigheid van 0,1 mg te wegen om een nauwkeurige en reproduceerbare bereiding van de uiteindelijke hypergepolariseerde oplossingen te garanderen.

2. relaxometrie

Opmerking Raadpleeg tabel 1 voor een beter begrip van de selectie en het gebruik van de verschillende parameters die in de volgende stappen worden beschreven. Voorafgaand aan ontbinding moet de relaxometer-Flip hoek worden berekend en moet de relaxometer worden ingesteld en klaar zijn voor het meten van de hypergepolariseerde oplossing (zie hieronder).

  1. Flip-Angle kalibratie
    1. Bereid 1 mL netjes [1-13c] pyruvinzuur in een NMR-buis en voeg een gadolinium-contrastmiddel toe om de T1 van de 13c-kernen te reduceren tot een waarde van minder dan 200 MS, maar meer dan 50 MS.
    2. Seal de NMR-buis zodat deze meerdere malen als kalibratie standaard kan worden gebruikt.
    3. Gebruik de dieptemeter van de relaxometer om de diepte van het inbrengen van de NMR-buis op de juiste hoogte in te stellen om ervoor te zorgen dat het monster zich in het midden van de RF-spoel van de relaxometer bevindt.
    4. Markeer de insertie diepte van de 13C pyruvaat kalibratie standaard met plakband om de reproduceerbaarheid te garanderen.
    5. Plaats de diepte stopper op de NMR-buis op de positie die door de tape wordt aangegeven en plaats deze kalibratie standaard in de boring van het veld-fiets relaxometer. Gebruik een gewicht om de NMR-buis in positie te houden.
    6. Open de instrument LUCHTKLEP en van het relaxometer frontpaneel Stel de temperatuurregelaar in op 37 °C. Die tijdens het experiment de temperatuur van het monster bij 37 °C (± 0,5 °C) met verwarmde lucht zal handhaven.
    7. Stel het veld-Cycling relaxometer hardware in om 13C kernen signalen te verkrijgen. Dat omvat het installeren en activeren van de externe Shim-spoel (Zie tabel met materialen), tuning en afstemming van de RF-spoel tot 8 MHz (~ 0,75 T voor 13C-kernen) en met behulp van de juiste λ/4-kabel.
    8. Voer in de instrument software de volgende stappen uit:
      1. Selecteer het tabblad hoofd par
      2. Klik op de cel naast het label experiment en scroll naar beneden in het pop-upvenster om de pulsvolgorde te selecteren "13CANGLE. FFC ".
      3. Stel de volgende acquisitie parameters in: RFA = 5; SWT = 0,005, RD = 0,5, BPOL = 30 MHz, TPOL = 0,5.
      4. Selecteer het tabblad Acq. par en selecteer vervolgens het tabblad basis .
      5. Klik op de cel naast de kern van het label en Scrol omlaag in het pop-upvenster om 13cte selecteren.
      6. Stel vervolgens de volgende parameters in: SF = 8 MHz, SW = 1000000, BS = 652, FLTR = 100000, MS = 32.
      7. Selecteer het subtabblad conf .
      8. Stel de volgende parameters in: RINH = 25, ACQD = 25.
      9. Selecteer het subtabblad Ndim
      10. Stel NBLK = 32, BINI = 2, BEND = 62.
      11. Selecteer het tabblad evaluatie en vervolgens het subtabblad parameters .
      12. Stel de volgende parameters in: EWIP = 10, EWEP = 128, EWIB = 1, EWEB = 32.
      13. Klik vervolgens op het pictogram acquisitie starten om de pulsvolgorde uit te voeren.
    9. Nadat de overname is voltooid, slaat u de gegevens op, selecteert u het dialoogvenster evaluatie en selecteert u in het menu analyse het venster WAM: absolute magnitude. Selecteer vervolgens rapport blad, grafieken en export bestand en klik ten slotte op uitvoeren.
    10. Zoek in het rapport venster de RF-pulsbreedte die de maximale amplitude biedt en stel de waarde nauwkeurig af met behulp van de cursor in de weergegeven grafiek, die lijkt op de plots die op de onderste rij van Figuur 3worden weergegeven. Deze pulsbreedte wordt gebruikt voor de parameter PW90 van de volgende experimenten.
    11. Klik op het F1 icoon om de frequentieverschuiving van de relaxometer aan te passen.
      Opmerking: WAM-venster: absolute magnitude is een procedure voor het integreren van de grootte van een enkele of een reeks vrije-inductie-verval overnames (fid's) van het punt dat is gedefinieerd door ewip tot het punt dat is opgegeven door ewep en van het blok gedefinieerd door Ewib naar het door eWebopgegeven blok.
  2. T1-metingen
    1. Zorg ervoor dat de externe Shim Coil is geïnstalleerd en bekrachtigd.
    2. Voer in de instrument software de volgende stappen uit:
      1. Selecteer het tabblad hoofd par
      2. Klik op de cel naast het label experiment en scroll naar beneden in het pop-upvenster om de Pulse sequence Hpub/Ste selecteren, die getoond wordt in afbeelding 4.
      3. Stel de volgende acquisitie parameters in: RFA = 25, T1MX = waarden tussen 3 en 5; SWT = 0,2, RD = 0, BRLX = gewenst ontspannings veld in MHz (proton Larmor Frequency).
      4. Selecteer het tabblad Acq. par en selecteer vervolgens het tabblad basis .
      5. Klik op de cel naast de kern van het label en Scrol omlaag in het pop-upvenster om 13cte selecteren.
      6. Stel vervolgens de volgende parameters in: SF = 8 MHz, SW = 1000000, BS = 652, FLTR = 50000.
      7. Selecteer het subtabblad conf .
      8. Stel de volgende parameters in: PW90 gelijk aan de waarde die is gevonden in stap 2.1.10, RINH = 25, ACQD = 25.
      9. Selecteer het sub-tabblad puls en stel PW = 5 in.
      10. Selecteer het subtabblad Ndim en stel NBLK = 100 in.
      11. Wacht en maak je klaar om de hypergepolariseerde oplossing te ontvangen om de data-acquisitie te initiëren.
      12. Direct voor het inbrengen van het monster in de relaxometer, handmatig start de puls sequentie van de console, om te voorkomen dat het invoegen van het monster in een nulmagnetisch veld. Daarom is het belangrijk om het eerste vrije inductie verval (FID) tijdens de gegevensanalyse te negeren.
      13. Zodra de overname is voltooid, slaat u de gegevens op door op de knop Opslaan te klikken.
    3. Integreer met behulp van de analyse software de grootte van elk FID-signaal om een gegevensreeks te produceren die bestaat uit sample magnetisatie als functie van de tijd.
    4. Extraheer het spin-Lattice ontspannings tijd van een exponentieel drie-parameter exponentiële model met behulp van een standaard niet-lineaire minst-kwadraten fitting algoritme geïmplementeerd in een commerciële analytische software (Zie tabel van materialen) ervan uitgaande dat zelfs weging voor alle gegevens:
      figure-protocol-1
      waar a de initiële signaalamplitude is (y-onderscheppen), t1 de spin-Lattice ontspannings tijd, tR is de herhalings tijd, wat een bekende waarde is, y0 is het signaal offset, en Cos(n-1)(α) is een correctie voor verlies van longitudinale magnetisatie bij de nth-meting voor een flip-hoek, α.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Figuur 2 geeft een voorbeeld van een full-range microgolf veger met hoge resolutie voor pyruvinzuur. Voor de gepresenteerde zaak, die optimale frequentie van de magnetron komt overeen met 94,128 GHz, gemarkeerd in de afbeelding invoegen. Ons DNP-systeem kan normaalgesproken in het bereik van 93,750 GHz tot 94,241 GHz werken met een stapgrootte van 1 MHz, polarisatie tijd tot 600 s en een vermogen tot 100 mW. Een volledig spectrum van frequenties wordt alleen onderzocht op nieuwe substraten. ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Het gebruik van DNP om signaal verwerving te verbeteren is een technische oplossing voor onvoldoende magnetisch resonantie signaal dat beschikbaar is vanaf 13C-kernen in beperkte concentraties, zoals die worden gebruikt in dier injecties, maar presenteert andere experimentele uitdagingen. Elke ontspannings meting weergegeven in afbeelding 7 vertegenwoordigt een meting van een uniek voorbereid monster, omdat het na ontbinding niet opnieuw kan worden gepolariseerd voor hermeting. Di...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben geen informatie.

Dankbetuigingen

De auteurs willen het Ontario Institute for Cancer Research, Imaging Translation Program en de natuurwetenschappen en ingenieurs Onderzoeksraad van Canada bedanken voor de financiering van dit onderzoek. We erkennen ook graag nuttige discussies met Albert Chen, GE Healthcare, Toronto, Canada, Gianni Ferrante, stelar s.r.l., Italië en William Mander, Oxford Instruments, UK.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
[1-13C]Pyruvic AcidSigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA677175
10mm NMR TubeNorell, Inc., Morganton NC, USA1001-8
De-ionized water
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (EDTA)Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USAE5134
HyperSense Dynamic Nuclear PolarizerOxford Instruments, Abingdon, UKBevat het volgende: "DNP-NMR Polarizer" software gebruikt om de hele DNP-polarisator te bedienen en te bewaken; "RINMR" gebruikt om de polarisatieniveaus in vaste toestand te bewaken; "HyperTerminal" gebruikt om de DNP-software te communiceren met de RINMR-software die de polarisatieniveaus in vaste toestand bewaakt. Bevat ook de MQC-tafelspectrometer om de polarisatie in vloeibare toestand te bewaken in combinatie met de eigen RINMR-software
MATLAB R2017bMathWorks, Natick, MABevat scripts voor niet-lineaire aanpassing van magnetisatieafneming over tijd en T1 NMRD-analyse van hypergepolariseerd pyruvaat.
OX063 Triarylmethyl radicalOxford Instruments, Abingdon, UK
pH meter - SympHonyVWR International, Mississauga, ON., CanadaSB70P
ProHanceBracco Diagnostics Inc.Gadoteridol, Gd-HP-DO3A
Pure Ethanol (100% pure)Commercial Alcohols, Toronto, ON, CanadaP016EAAN
Shim CoilIn-house ontwikkeld
Sodium ChlorideSigma-Aldrich, St. Louis, MO, USAS7653
Sodium HydroxideSigma-Aldrich, St. Louis, MO, USAS8045 
SpinMaster FFC2000 1T C/DCStelar s.r.l., Mede (PV) ItalyBevat de software "AcqNMR" die wordt gebruikt om experimentele parameters in te stellen, de afstemming en matching van de RF-spoel te bewaken, verschillende pulssequenties te laden, de fliphoek te kalibreren, gegevensverzameling en curvefitting, naast andere functies. Bevat ook een dieptemeter, enkele gewichten en een dieptestop.
Trizma Pre-Set Crystals (pH 7.6)Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USAT7943

Referenties

  1. Golman, K., Zandt, R. I., Lerche, M., Pehrson, R., Ardenkjaer-Larsen, J. H. Metabolic imaging by hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging for in vivo tumor diagnosis. Cancer Research. 66 (22), 10855-10860 (2006).
  2. Witney, T. H., Brindle, K. M. Imaging tumour cell metabolism using hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy. Biochemical Society Transactions. 38 (5), 1220-1224 (2010).
  3. Kurhanewicz, J., et al. Analysis of cancer metabolism by imaging hyperpolarized nuclei: prospects for translation to clinical research. Neoplasia. 13 (2), 81-97 (2011).
  4. Golman, K., et al. Cardiac metabolism measured noninvasively by hyperpolarized 13C MRI. Magnetic Resonance in Medicine. 59 (5), 1005-1013 (2008).
  5. Golman, K., in 't Zandt, R., Thaning, M. Real-time metabolic imaging. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 103 (30), 11270-11275 (2006).
  6. Day, S. E., et al. Detecting response of rat C6 glioma tumors to radiotherapy using hyperpolarized [1- 13C]pyruvate and 13C magnetic resonance spectroscopic imaging. Magnetic Resonance in Medicine. 65 (2), 557-563 (2011).
  7. Gallagher, F. A., et al. Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate. Nature. 453 (7197), 940-943 (2008).
  8. Wilson, D. M., et al. Multi-compound polarization by DNP allows simultaneous assessment of multiple enzymatic activities in vivo. Journal of Magnetic Resonance. 205 (1), 141-147 (2010).
  9. Gallagher, F. A., et al. Production of hyperpolarized [1,4-13C2]malate from [1,4-13C2]fumarate is a marker of cell necrosis and treatment response in tumors. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 106 (47), 19801-19806 (2009).
  10. Chen, A. P., et al. Feasibility of using hyperpolarized [1-13C]lactate as a substrate for in vivo metabolic 13C MRSI studies. Magnetic Resonance Imaging. 26 (6), 721-726 (2008).
  11. Gallagher, F. A., Kettunen, M. I., Day, S. E., Lerche, M., Brindle, K. M. 13C MR spectroscopy measurements of glutaminase activity in human hepatocellular carcinoma cells using hyperpolarized 13C-labeled glutamine. Magnetic Resonance in Medicine. 60 (2), 253-257 (2008).
  12. Ardenkjaer-Larsen, J. H., et al. Increase in signal-to-noise ratio of > 10,000 times in liquid-state NMR. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (18), 10158-10163 (2003).
  13. Ishii, M., et al. Hyperpolarized 13C MRI of the pulmonary vasculature and parenchyma. Magnetic Resonance in Medicine. 57 (3), 459-463 (2007).
  14. Lau, A. Z., Chen, A. P., Cunningham, C. H. Integrated Bloch-Siegert B(1) mapping and multislice imaging of hyperpolarized (1)(3)C pyruvate and bicarbonate in the heart. Magnetic Resonance in Medicine. 67 (1), 62-71 (2012).
  15. Lau, A. Z., et al. Rapid multislice imaging of hyperpolarized 13C pyruvate and bicarbonate in the heart. Magnetic Resonance in Medicine. 64 (5), 1323-1331 (2010).
  16. Golman, K., Ardenkjaer-Larsen, J. H., Petersson, J. S., Mansson, S., Leunbach, I. Molecular imaging with endogenous substances. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (18), 10435-10439 (2003).
  17. Johansson, E., et al. Cerebral perfusion assessment by bolus tracking using hyperpolarized 13C. Magnetic Resonance in Medicine. 51 (3), 464-472 (2004).
  18. Johansson, E., et al. Perfusion assessment with bolus differentiation: a technique applicable to hyperpolarized tracers. Magnetic Resonance in Medicine. 52 (5), 1043-1051 (2004).
  19. Albers, M. J., et al. Hyperpolarized 13C lactate, pyruvate, and alanine: noninvasive biomarkers for prostate cancer detection and grading. Cancer Research. 68 (20), 8607-8615 (2008).
  20. Chen, A. P., et al. Hyperpolarized C-13 spectroscopic imaging of the TRAMP mouse at 3T-initial experience. Magnetic Resonance in Medicine. 58 (6), 1099-1106 (2007).
  21. Lupo, J. M., et al. Analysis of hyperpolarized dynamic 13C lactate imaging in a transgenic mouse model of prostate cancer. Magnetic Resonance Imaging. 28 (2), 153-162 (2010).
  22. von Morze, C., et al. Imaging of blood flow using hyperpolarized [(13)C]urea in preclinical cancer models. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 33 (3), 692-697 (2011).
  23. Brindle, K. M., Bohndiek, S. E., Gallagher, F. A., Kettunen, M. I. Tumor imaging using hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy. Magnetic Resonance in Medicine. 66 (2), 505-519 (2011).
  24. Park, I., et al. Detection of early response to temozolomide treatment in brain tumors using hyperpolarized 13C MR metabolic imaging. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 33 (6), 1284-1290 (2011).
  25. Bohndiek, S. E., et al. Detection of tumor response to a vascular disrupting agent by hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy. Molecular Cancer Therapeutics. 9 (12), 3278-3288 (2010).
  26. Witney, T. H., et al. Detecting treatment response in a model of human breast adenocarcinoma using hyperpolarised [1-13C]pyruvate and [1,4-13C2]fumarate. British Journal of Cancer. 103 (9), 1400-1406 (2010).
  27. Levitt, M. H. Spin dynamics: basics of nuclear magnetic resonance. , John Wiley & Sons. (2001).
  28. Mieville, P., Jannin, S., Bodenhausen, G. Relaxometry of insensitive nuclei: optimizing dissolution dynamic nuclear polarization. Journal of Magnetic Resonance. 210 (1), 137-140 (2011).
  29. Redfield, A. G. Shuttling device for high-resolution measurements of relaxation and related phenomena in solution at low field, using a shared commercial 500 MHz NMR instrument. Magnetic Resonance in Chemistry. 41 (10), 753-768 (2003).
  30. Grosse, S., Gubaydullin, F., Scheelken, H., Vieth, H. -M., Yurkovskaya, A. V. Field cycling by fast NMR probe transfer: Design and application in field-dependent CIDNP experiments. Applied Magnetic Resonance. 17 (2), 211-225 (1999).
  31. Kimmich, R., Anoardo, E. Field-cycling NMR relaxometry. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 44 (3-4), 257-320 (2004).
  32. Guðjónsdóttir, M., Belton, P., Webb, G. Magnetic Resonance in Food Science: Challenges in a Changing World. , The Royal Society of Chemistry. 65-72 (2009).
  33. Anoardo, E., Galli, G., Ferrante, G. Fast-field-cycling NMR: Applications and instrumentation. Applied Magnetic Resonance. 20 (3), 365-404 (2001).
  34. Chattergoon, N., Martinez-Santiesteban, F., Handler, W. B., Ardenkjaer-Larsen, J. H., Scholl, T. J. Field dependence of T1 for hyperpolarized [1-13C]pyruvate. Contrast Media & Molecular Imaging. 8 (1), 57-62 (2013).
  35. Martínez-Santiesteban, F. M., Dang, T. P., Lim, H., Chen, A. P., Scholl, T. J. T1 nuclear magnetic relaxation dispersion of hyperpolarized sodium and cesium hydrogencarbonate-13C. NMR in Biomedicine. 30 (9), 3749(2017).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

Hypergepolariseerd pyruvaatfield cycling relaxometriedynamische kernpolarisatiekoolstof 13 NMRT1 dispersieverlies van hyperpolarisatiedissolutie DNPlaagveldrelaxometrie
Meten van de spin-Lattice ontspanning magnetische veld afhankelijkheid van Hypergepolariseerde [1-13C] Pyruvate
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleid

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.