Name: Gebruik van een Multi-compartiment Dynamic enkel enzym Phantom voor Studies van gehyperpolariseerd Magnetic Resonance Agents (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: Leer de omzetting van gehyperpolariseerd pyruvaat naar lactaat meten via MRI in een gecontroleerd phantom-omgeving. Deze methode biedt inzicht in metabole processen relevant voor kankerdiagnostiek.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door CPRIT subsidie ​​(RP140021-P5) en een Julia Jones Matthews Cancer Research Scholar CPRIT onderzoek training award (RP140106, CMW).

LET OP: (Phantom Design) Twee 3 ml kamers werden gefreesd uit Ultem en voorzien van PEEK buis (1,5875 mm OD en 0,762 mm ID) voor injectie en uitlaat. De kamers werden geplaatst in een 50 ml centrifugebuis gevuld met water (figuur 1). Om signaal vides gecreëerd door luchtbellen te vermijden, werden de kamers en de lijnen vooraf gevuld met gedemineraliseerd water (dH 2 O). 1. Oplossing Voorbereiding <ol><li> Bereid 1 L bufferoplossing (81,3 mM Tris pH 7,6, 203,3 mM NaCl). Weeg 11,38 g Trizma preset kristallen pH 7,6 en 11,88 g NaCl en oplossen in 1 L van dH 2 O. </li><li> Bereid 50 mM NADH oplossing. Weeg 17,8 mg β-nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), verminderde dikaliumzout en los op in 280 pi bufferoplossing die bereid is in stap één. </li><li> Bereid 250 U / ml enzymoplossing. Weeg 78,75 activiteit eenheden van lactaat dehydrogenase (LDH) en los op in 315 ui buffer van sTep één. </li><li> Bereid pyrodruivenzuur mix. Weeg 21,4 mg Ox063 trityl radicale en los op in 1,26 g (~ 1 ml) [1- 13 C] pyrodruivenzuur. </li><li> Bereid oplosmedia (40 mM Tris pH 7,6, 40 mM NaOH, 0,27 mM EDTA en 50 mM NaCl). Weeg 5,96 g Trizma preset kristallen pH 7,6, 1,6 g NaOH, 0,1 g ethyleendiaminetetraazijnzuur dinatriumzout uitdrogen (EDTA) en 2,9 g NaCl en oplossen in 1 L dH 2 O. </li><li> Bereid 01:10 gadoteridol oplossing (50 mM). Meng 1 pl gadoteridol in 9 ul van dH 2 O. Bereiding van 8 M [13 C] ureum. Weeg 1,465 5 [13 C] ureum en lossen in 3 ml dH 2 O. </li></ol> 2. Bereiding gehyperpolariseerd pyruvaat <ol><li> In een monsterhouder voor een dynamische nucleaire polarisatie (DNP) systeem, pipet 0,3 ul van de gadoteridol oplossing en 13 mg (~ 10 pi) van de pyrodruivenzuur oplossing. </li><li> Kort roer dit mengsel in de steekproef beker met de pipet tip. &lt;/ Li&gt; <li> Steek monster in de DNP-systeem. <ol><li> Verzekeren de deur naar de DNP systeem gesloten. Begin met het monster inbrengen door te klikken op de insert monster knop op de DNP-systeem console. Op de wizard sample te selecteren normaal monster en druk op volgende. </li><li> Houden van de monsterhouder verticale plaats voorzichtig het inbrengstang over de bovenkant van de monsterhouder. Wanneer u wordt gevraagd, opent u de DNP-systeem en plaats de beker in de variabele temperatuur insert (VTI) met behulp van de inbrengstang. </li><li> Trek de plunjer aan het einde van het monster inbrengstang bij de inhoud van de variabele temperatuurindex vrijgeven. Verwijder het monster inbrengstang uit het systeem en klik op de volgende knop op de DNP-systeem console. </li></ol></li><li> Start de polarisatie. <ol><li> Klik op de start polarisatie knop op de DNP-systeem console. In de RINMR soort software .HYPERSENSENMR tot polarisatie lanceren monitoring software. Stel bouwen configuratie 1 en druk op enter. Klik vervolgens op solide bouw up. </li><li> Stel de locatie en de naam van het bestand op te slaan. Selecteer het profiel voor 13-C in de drop-down lipje op de DNP-systeem console en klik op Volgende. Vink het vakje te proeven tijdens de opbouw, ingesteld sample tijd tot 300 sec en klik op Voltooien. </li></ol></li><li> Meet 3,85 g (~ 4 ml) van de oplosmedia hetzij volume met een 5 ml spuit of gewichtspercenten op een schaal. </li></ol> 3. Bereiding van het enzym Spoor <ol><li> Vul een microcentrifugebuis met ~ 3 ml [13 C] ureumoplossing en het in de 50 ml centrifugebuis. Vul het 50 ml centrifugebuis met dH 2 O. </li><li> Pre-vullen de twee enzym kamers en de lijnen met dH 2 O door het injecteren van ~ 3 ml dH 2 O in de injectie lijnen van het fantoom, zorg ervoor dat eventuele luchtbellen gevormd spoelen. </li><li> Plaats de fantoom in het midden van de magneet met gemakkelijke toegang tot de inspuitleidingen. Zorg ervoor dat er een container naar de vloeistof die vent uit aan t vangen<html> Hij afvoerleiding. </li><li> Bereid hoge activiteit enzym mengsel (17,14 mM NADH, 44.57 U / ml LDH). Meng 240 ul NADH oplossing, 125 pl LDH-oplossing en 335 ui buffer en bewaar in een 3 ml spuit aan de injectie lijn kan worden bevestigd. Opmerking: wanneer gecombineerd met 500 ui 40 mM pyruvaat van DNP systeem, zal de uiteindelijke fantoom volume 1,2 ml met concentraties van 16,7 mM pyruvaat, 10 mM NADH en 26 U / L LDH in een Tris gebufferde oplossing met een pH van 7,5. </li><li> Bereid lage activiteit enzymmengsel (17,14 mM NADH 26.79 U / ml LDH) Meng 240 ul NADH-oplossing, 75 ul LDH-oplossing en 385 ui buffer en bewaar in een aparte 3 ml spuit aan de injectie lijn kan worden bevestigd. LET OP: Als in combinatie met de 500 pi van 40 mM pyruvaat van de DNP-systeem de laatste fantoom volume 1,2 ml met een concentratie van 16,7 mM pyruvaat, 10 mM NADH, en 15,625 U / L LDH in een tris gebufferde oplossing met een pH van 7,5 . </li></ol>jove_title &quot;&gt; 4. Run Elke Quality Assurance (QA) en positionering Scans <ol><li> Een startpositie. <ol><li> Laad een nieuwe flash positionering scan in bedrijf mode [1 H] TX / RX Volume mode. Verander opgezet dimensies 2: Spectrometer Control Tool -&gt; Bewerken GS -&gt; Setup Dimensions -&gt; 2. Druk GSP op de Spectrometer Controle en beweeg phantom tot in het midden van de magneet. Druk op STOP dan Druk GOP op de Spectrometer controle. </li></ol></li><li> Pilot Scan. <ol><li> Laad een nieuwe TriPiolt positionering scan in bedrijf mode [1 H] TX / RX Volume mode. Positie Slice: Scan Controle -&gt; Segment Gereedschap-&gt; verplaatsen plakjes (houd M-toets klikken en slepen, selecteer slice om te gaan met de slice pakket slider). </li><li> Wobble 1 H Coil: Spectrometer Control Tool -&gt; Acq -&gt; Wobble. Tune en match 1H spoel achter de magneet en druk op STOP. Terwijl u de Shift-toets drukt het verkeerslicht op het bedieningspaneel venster scan. </li></ol></li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. Radial Echo Planar Spectral Imaging Scan Setup <ol><li> Laad een nieuwe radiale echo vlakke spectroscopische beeldvorming (radEPSI) scan in operationele modus [13 C] TX / RX Volume mode. Positie Slice: Slice Tool op de Scan-controle en bewegen plakjes (houd M-toets klikken en slepen, selecteer slice om te gaan met de slice pakket slider). </li><li> Wobble 13 C Coil door te klikken Spectrometer Control Tool -&gt; Acq -&gt; Wobble. Stel de ontvanger winst voor 1000-2000 op de Spectrometer. </li><li> Voer de laatste systeemcontrole. Afhankelijk van de volgorde in acht koolstof 13 signaal van het ureum kamer in een scout protocol. LET OP: Dit zorgt ervoor dat het systeem goed is ingesteld voor het begin van het onomkeerbare ontbinding proces. </li></ol> 6. Run Ontbinding <ol><li> Wanneer het pyruvaat heeft bereikt&gt; 90% polarisatie (~ 1 uur), de oplossingen en phantom klaar zijn, en de scan is geconfigureerd op de run ontbinding knop op de DNP systengel console. </li><li> Wanneer u wordt gevraagd te bewegen de ontbinding stick in zijn werkstand en injecteer ontbinding media. Sluit de DNP-systeem en klik op de afgewerkte knop op de DNP-systeem console. Verplaats ontbinding te plakken naar rustpositie als daarom wordt gevraagd en klik op finish. </li><li> Wanneer het DNP systeem levert het gehyperpolariseerde pyruvaat (~ 2 min na verhitting starts) trekken 500 ul van de pyruvaat oplossing in elke hoge en lage enzymconcentratie oplossing spuiten. Langzaam (~ 10 sec) te injecteren elke spuit in een injectie lijn. LET OP: Het scannen had kunnen worden gestart voor de injectie of wanneer tot 3 minuten na de injectie, afhankelijk van de scan protocol gebruikt. </li></ol> 7. Beeldverwerking LET OP: Deze fantoom is ontworpen voor gebruik met vele imaging strategieën. Zie figuur 2, als voorbeeld van het rAd-EPSI beelden werden verwerkt met behulp van Matlab. <ol><li> Laad ruwe data van de FID-bestand. Reshape de gegevens om het aantal projecties te passen, uit te lezen punten, echo&#39;s en rekening voor data opgeslagen als echte en denkbeeldige paren. Scheiden van de even en oneven echo punten. </li><li> Fourier-transformatie ofwel de even of oneven echo&#39;s langs de echo dimensies. Visueel identificeren van de frequentiebanden van pyruvaat en lactaat. Eenvoudigheidshalve de absolute waarde van het spectrum gebruikt. </li><li> Scheid elk metaboliet band en Fourier-transformatie langs de frequentie encode richting geïsoleerde sinogrammen opleveren voor elke metaboliet. Inverse radon transformeren de afzonderlijke sinogrammen afbeelding van een van beide lactaat of pyruvaat om te produceren. </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>
<li>Day, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+tumor+response+to+treatment+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+imaging+and+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+medicine%22%5BJournal%5D)">Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy.</a> Nature medicine. 13, 1382-1387 (2007).</li>
<li>Keshari, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+dehydroascorbate+as+an+endogenous+redox+sensor+for+in+vivo+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C dehydroascorbate as an endogenous redox sensor for in vivo metabolic imaging.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 18606-18611 (2011).</li>
<li>Gallagher, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+of+pH+in+vivo+using+hyperpolarized+13C-labelled+bicarbonate%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate.</a> Nature. 453, 940-943 (2008).</li>
<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>

Publicatie van deze video-artikel wordt ondersteund door Bruker corporatie.

Real-time beeldvorming van gehyperpolariseerde metabolieten heeft vele unieke uitdagingen voor de reeks, de validatie en kwaliteitscontrole. De mogelijkheid om spatiotemporele en spectrale heterogeniteit op te lossen biedt aanzienlijke klinische potentieel, maar verzet zich tegen QA en validatie methoden in verband met conventionele MRI. Complex imaging sequenties of reconstructie algoritmen kunnen subtiele afhankelijkheden die maken ze moeilijk te karakteriseren of te valideren buiten de beeldvorming experiment hebben....

Het klinische effect gehyperpolariseerd magnetic resonance imaging (MRI) van 13C-gelabelde verbindingen kritisch afhankelijk van het vermogen om chemische conversie met real time magnetische resonantie spectroscopie en spectroscopische beeldvorming 1-5 meten. Tijdens sequentie ontwikkeling en verificaties, wordt dynamische chemische omzetting algemeen bereikt door in vivo of in vitro modellen 6-9 die beperkte controle en reproduceerbaarheid. Voor robuuste testen en kwaliteitsborging, zou een meer gecontroleerde systeem dat de chemische omzetting endemisch voor deze meting behoudt de voorkeur. Schetsen we een werkwijze om deze omzetting op een reproduceerbare wijze met een dynamische interne enzym phantom bereiken. De meeste studies met gehyperpolariseerde 13 C agentia gericht op beeldvorming gehyperpolariseerde substraten in een werkende biologische omgeving. Dit is voor de hand liggende keuze als het doel is om biologische studieal verwerkt of te bepalen potentiële impact op de klinische zorg. Echter, als karakterisering van een aantal meetsysteem of data processing algoritme is gewenst, biologische modellen hebben een groot aantal nadelen zoals inherent ruimtelijke en temporele variabiliteit 10. Echter, conventionele statische fantomen niet de chemische omzetting van het primaire klinische belangstelling voor MRI gehyperpolariseerd substraten drives, en kan niet worden gebruikt om detectie van conversie of andere dynamische parameters 11 te karakteriseren. Met behulp van een enkel enzym systeem dat we kunnen bieden controleerbaar en reproduceerbaar chemische omzetting, waardoor streng onderzoek van de dynamische beeldvorming strategieën. Dit systeem is gericht op onderzoekers die de ontwikkeling van imaging strategieën voor gehyperpolariseerd substraten en wens om de prestaties te karakteriseren voor de vergelijking tegen alternatieve benaderingen. Als statische metingen de gewenste eindpunt dan statisch 13-C gelabeld metaboliet fantomen will volstaan ​​11. Aan de andere kant als meer complexe biologische karakterisering is kritisch voor de werkwijze (levering, celdichtheid, etc.) dan zullen de hoeveelheid biologische modellen nodig 12-14. Dit systeem is ideaal voor de bepaling van imaging strategieën die gericht zijn op een kwantitatieve maat schijnbare chemische conversie verschaffen.

<table><tbody><tr><td>BioSpect 7T</td><td>Bruker</td><td>BioSpec 70/30 USR</td><td>7 Tesla Pre-Clinical MRI Scanner</td></tr><tr><td>HyperSense</td><td>Oxford Instruments</td><td>Hypersense DNP Polarizer</td><td>Dynamische nucleaire polarisator voor MRI-agentia</td></tr><tr><td>1-13C-Pyrvic Zuur</td><td>Sigma Aldrich</td><td>677175</td><td>Carbon 13 gelabelde zuivere pyrodruivenzuur</td></tr><tr><td>Trityl Radikale</td><td>GE Healthcare</td><td>OX063</td><td>Vrij radicaal gebruikt in dynamische nucleaire polarisatie</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S8045</td><td></td></tr><tr><td>EDTA</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E6758</td><td>Ethyleen diamine tetraazijnzuur</td></tr><tr><td>LDH</td><td>Worthingthon</td><td>LS002755</td><td>Lactaat dehydrogenase uit konijnenspier</td></tr><tr><td>NADH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N4505</td><td>&beta;-Nicotinamide adenine dinucleotide, gereduceerd dikaliumzout</td></tr><tr><td>Trizma</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T7943</td><td>Trizma voorgeprogrammeerde kristallen</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S7653</td><td></td></tr></tbody></table>

gebruik van een multi-compartiment dynamic enkel enzym phantom voor studies van gehyperpolariseerd magnetic resonance agents

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

Imaging gehyperpolariseerd substraten door magnetische resonantie toont grote klinische belofte voor evaluatie van kritische biochemische processen in real time. Vanwege fundamentele beperkingen die door het gehyperpolariseerde toestand worden exotische imaging en reconstructietechnieken algemeen gebruikt. Een praktisch systeem voor de karakterisering van dynamische, multispectrale beeldvorming kritisch nodig. Een dergelijk systeem moet reproduceerbaar recapituleren de relevante chemische dynamiek van normale en pathologische weefsels. De meest gebruikte substraat-to-date is gehyperpolariseerd [1- 13 C] -pyruvate voor de beoordeling van kanker metabolisme. We beschrijven een enzym gebaseerde fantoom systeem dat de omzetting van pyruvaat tot lactaat medieert. De reactie wordt geïnitieerd door injectie van het gehyperpolariseerde middel in meerdere kamers in de fantoom, die elk verschillende concentraties van reagentia die de reactiesnelheid te regelen. Meerdere compartimenten zijn nodig om ervoor te zorgen dat imaGing sequenties getrouw vangen ruimtelijke en metabole heterogeniteit weefsel. Dit systeem zal de ontwikkeling en validatie van geavanceerde imaging strategieën te helpen door het verstrekken van chemische dynamiek die niet beschikbaar zijn van conventionele fantomen zijn, alsmede de controle en de reproduceerbaarheid dat in vivo is niet mogelijk.

Slice-selectieve 2D-beelden werden verkregen met behulp van een momentopname radEPSI volgorde. Metaboliet beelden werden gereconstrueerd met behulp van gefilterde back-projectie. De metaboliet beelden waren goed afgestemd proton beelden, zoals gezien in figuur 2. In dit systeem gehyperpolariseerd lactaat signaal echter alleen mogelijk door enzymatische omzetting gehyperpolariseerd pyruvaat. In figuur 4 is de onderste kamer, waarbij hogere LDH concentrati...

Een dynamische multicompartiment-fantoom wordt gebruikt om bepaalde biologie van belang te simuleren voor metabolische studies met behulp van hypergepolariseerde magneetresonantie-agentia.

Gebruik van een Multi-compartiment Dynamic enkel enzym Phantom voor Studies van gehyperpolariseerd Magnetic Resonance Agents

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

Het algemene doel van deze procedure is om de omzetting van hypergepolariseerd pyruvaat naar lactaat te meten met behulp van magnetische resonantie-imaging of MRI in een gecontroleerde fantoomomgeving. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen binnen het veld van hypergepolariseerde MRI, zoals het vermogen van een systeem om de chemische omzetting van pyruvaat via magnetische resonantie te detecteren. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de chemische omzetting van pyruvaat op een vergelijkbare manier verloopt als het metabolisme in vivo, maar beter controleerbaar en reproduceerbaar is dan in levende systemen.De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de diagnostiek van kanker, omdat de verhoogde omzetting van pyruvaat naar lactaat, die gebruikelijk is bij de meeste vormen van kanker, wordt gesimuleerd door de fantoomomgeving. Hoewel deze methode inzicht kan bieden in kanker, kan zij ook worden toegepast op andere metabole beeldvorming, zoals het cardiale metabolisme. Over het algemeen kunnen personen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben, omdat de tijdbeperkingen die inherent zijn aan hypergepolariseerde media kort zijn.Een visuele demonstratie van deze methode is essentieel, aangezien de oplos- en uitstootstappen moeilijk aan te leren zijn omdat ze snel moeten gebeuren en uiterst nauwkeurig moeten worden uitgevoerd. Pipetteer 0,3 µL van de gadoteridol-oplossing en 13 mg van de pyruvinezuuroplossing in een monsterbeker voor een dynamische nucleaire polarisatie- of DNP-systeem. Roer dit mengsel in de monsterbeker kort door met een pipetpunt.Start het proces voor het inbrengen van het monster door op de knop voor monsterinbreng op de console van het DNP-systeem te klikken. Selecteer in de monsterwizard 'normaal monster' en klik op volgende. Houd de monsterbeker verticaal en plaats de inbrengstaf voorzichtig bovenop de monsterbeker.Open het DNP-systeem wanneer u hiertoe wordt aangemoedigd en plaats het bekertje in de inzet voor variabele temperatuur met behulp van de insteekstaaf. Trek aan de zuiger aan het uiteinde van de monsterinsteekstaaf om het monster in de inzet voor variabele temperatuur vrij te geven. Verwijder de monsterinsteekstaaf uit het systeem en klik op de knop 'volgende' op de console van het DNP-systeem.Start vervolgens de polarisatie door op de knop 'polarise sample' op de console van het DNP-systeem te klikken. Typ in de RINMR-software HYPERSENSENMR in de software voor polarisatiebewaking. Stel de build up-configuratie in op één en druk op enter.Klik vervolgens op solid build up. Nadat de locatie en de naam van het opgeslagen bestand zijn ingesteld, selecteert u in het vervolgkeuzemenu op de DNP-systeemconsole het profiel voor koolstof 13. Klik op volgende.Vink het vakje aan om bemonstering tijdens de opbouw in te schakelen. Stel de bemonsteringstijd in op 300 seconden en klik op finish up. Meet tot slot 3,85 gram van het oplosmiddel af, ofwel op volume met een spuit van vijf milliliter, ofwel op gewicht met behulp van een weegschaal.Plaats het fantoom in het midden van de magneet met gemakkelijke toegang tot de injectielijnen. Zorg ervoor dat er een opvangbak aanwezig is voor de vloeistof die via de afvoerleiding wordt afgevoerd. Bereid het enzymmengsel met hoge activiteit voor door 240 µL NADH-oplossing, 125 µL LDH-oplossing en 335 µL buffer te mengen.Bewaar de oplossing in een spuit van drie milliliter die kan worden aangesloten op de injectielijn. Bereid vervolgens het enzymmengsel met lage activiteit door 240 µL NADH-oplossing, 75 µL LDH-oplossing en 385 µL buffer met elkaar te mengen. Bewaar dit mengsel in een aparte spuit van drie milliliter die kan worden aangesloten op de injectielijn.Om de initiële positionering uit te voeren, wordt een nieuwe localizerscan geladen. Beweeg de protonspoel door Acq/Reco te selecteren. Toon en open het aanpassingsplatform.Selecteer Wobble Adjust op het instellingenpaneel en klik op open. Stel de sweepbreedte in op 10 MHz en klik op set up. Na een moment zouden de tuning en matching van de protonenspoelen in het acquisitievenster moeten verschijnen.Wobbel de koolstofspoel door het spoelelement te wijzigen naar 13C of element twee en de sweepbreedte in te stellen op vijf megahertz. Na een moment zouden de tuning en matching van de koolstofspoelen in het acquisitievenster moeten verschijnen; als deze correct zijn afgestemd, druk dan op stop. Om terug te keren naar de scancontrole, druk op apply, vervolgens op back en ten slotte op continue om de scan te starten.Het is van cruciaal belang dat de scan in deze stap volledig is ingesteld voordat de dissolutie begint. Zodra de dissolutie is gestart, mag deze niet worden stopgezet en is er weinig tijd om de sequentieparameters aan te passen voordat het hypergepolariseerde pyruvaat wordt toegediend. Laad een nieuwe radio echo planar spectroscopic imaging-scan.Stel de plakdikte in op 30 millimeter om de gehele reactiekamer te bestrijken. Stel de modus in op koolstof 13 door het systeemtabblad te selecteren en de modus te wijzigen naar 13C transmit receive. Zodra het pyruvaat een polarisatie van meer dan 90% heeft bereikt, zijn de oplossingen enHet fantoom gereed en is de scan geconfigureerd.Klik op de knop 'run dissolution' op de console van het DNP-systeem. Wanneer u hiertoe wordt aangemaand, plaatst u de dissolutiestift in de werkpositie en injecteert u het dissolutiemedium. Sluit het DNP-systeem en klik op de knop 'finished' op de console van het DNP-systeem.Het is belangrijk dat de injectie van pyruvaat en enzym soepel verloopt. Dit garandeert dat het enzymmengsel correct is gemengd en in de fantoomkamer is afgeleverd voordat de chemische conversie is voltooid. Wanneer het DNP-systeem het hypergepolariseerde pyruvaat-aspiraat aflevert, worden 500 µL van de pyruvaatoplossing in elk van de spuiten met de hoge en lage enzymconcentratie-oplossing geïnjecteerd.Inject elke spuit langzaam in een injectielijn. De scan kan worden gestart vóór de injectie of direct na de injectie, afhankelijk van het gebruikte scanprotocol. Wanneer u daarom wordt gevraagd nadat de dissolutie is voltooid, verplaatst u de dissolutiestok terug naar de rustpositie en klikt u vervolgens op finish.Hier worden representatieve resultaten van een radio-echo planaire spectrale beeldvormingssequentie getoond. De pyruvaat-afbeelding toont het sterke pyruvaatsignaal in beide kamers. De lactaat-afbeelding toont een zwakker lactaatsignaal, maar dit is nog steeds gelokaliseerd in de kamers.De signaalverhouding van hypergepolariseerd lactaat en pyruvaat kan worden gebruikt om de enzymactiviteit in elke kamer te schatten. De signaalverhoudingen in elke kamer komen overeen met de aanwezige enzymactiviteit. Zodra deze techniek onder de knie is, kan deze binnen één uur worden uitgevoerd.Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om ervoor te zorgen dat het phantommengsel en de beeldvormingssequentie gereed zijn voordat het oplossingsproces wordt gestart. Na deze procedure kunnen andere hypergepolariseerde agentia en enzymen worden gebruikt om aanvullende vragen te beantwoorden, zoals hoe goed een sequentie andere chemische reacties kan in beeld brengen. Deze techniek baant de weg voor onderzoekers op het gebied van hypergepolariseerde MRI om de prestaties van sequenties te verkennen met behulp van reproduceerbare phantomen.Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een enzymmengsel bereidt om de omzetting van hypergepolariseerd pyruvaat naar lactaat te vergemakkelijken en hoe u koolstof 13-verrijkt pyruvaat polariseert voor beeldvorming. Vergeet niet dat werken met sterke magnetische velden uiterst gevaarlijk kan zijn en dat er altijd voorzorgsmaatregelen moeten worden genomen, zoals gecontroleerde toegang tot de scanruimte.

use-multi-compartment-dynamic-single-enzyme-phantom-for-studies

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

De productie van gehyperpolariseerde xenon door middel van spin-uitwisseling optisch pompen (SEOP) beschreven. Deze methode levert een ~ 10.000-voudige versterking van de kernspin polarisatie van Xe-129 en heeft toepassingen in nucleaire magnetische resonantie spectroscopie en imaging. Voorbeelden van gasfase en oplossingstoestand proeven zijn.

Hypergepolariseerde Xenon NMR en MRI toepassingen

Neuromusculaire aandoeningen vertonen vaak een tijdelijk wisselend, ruimtelijk heterogene en veelzijdige pathologie. Het doel van dit protocol is om deze pathologie niet-invasieve magnetische resonantie beeldvorming te karakteriseren.

Quantitative Magnetic Resonance Imaging van de skeletspieren Disease

De gevoeligheidsverbetering die wordt geboden door oplossingsdynamische nucleaire polarisatie (DNP) maakt het mogelijk metabolische processen in realtime te volgen door NMR en MRI. De kenmerken en prestaties van een specifiek oplossings-DNP-setup dat is ontworpen voor het bestuderen van enzymatische reacties worden besproken.

Ontbinding Dynamic Nuclear Polarisatie Instrumentatie voor Real-time enzymatische reactie snelheidsmetingen door NMR

Een methode nieuwe elektronen paramagnetische resonantie (EPR), een snelle scan EPR (RS-EPR), is aangetoond voor 2D spectrale ruimtelijke beeldvorming die superieur is aan de traditionele continue golf (CW) techniek en opent nieuwe locaties voor in vivo beeldvorming. Resultaten worden gedemonstreerd op 250 MHz, maar de techniek is toepasbaar bij een bepaalde frequentie.

Rapid Scan Electron Paramagnetische Resonantie opent nieuwe wegen voor Imaging Fysiologisch belangrijke parameters<em&gt; In Vivo</em

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.

hypergepolariseerde 13 C Metabolic magnetische resonantie spectroscopie en beeldvorming

Het doel van dit werk is voor het beschrijven van een protocol voor het maken van een praktische vet-waterfantoom die kan worden aangepast om te spoken met verschillende vet percentages en volumes produceren.

Vet-Water Phantoms voor magnetische resonantie beeldvorming validatie: een flexibele en schaalbare Protocol

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.

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

We beschrijven een experimentele opstelling voor het toedienen van hyperpolarized 13C-gelabelde metabolieten in continue perfusiemodus aan een geïsoleerd geperfuseerd muizenhart. Een speciale 13C-NMR-acquisitiebenadering maakte de kwantificering van metabole enzymactiviteit in realtime mogelijk, en een multiparametrische 31P-NMR-analyse maakte de bepaling van het atp-gehalte en de pH van het weefsel mogelijk.

Onderzoek naar hartmetabolisme in het geïsoleerde geperfuseerde muizenhart met hyperpolarisatie [1-13 C] pyruvaat en 13C / 31P NMR-spectroscopie

Hier presenteren we een protocol voor het verkrijgen van hoogwaardige hypergepolariseerde xenon-129 magnetische resonantiebeelden, die hardware, software, data-acquisitie, sequentieselectie, databeheer, k-space-gebruik en ruisanalyse omvatten.

Probleemoplossing en kwaliteitsborging bij hypergepolariseerde xenonbeeldvorming met magnetische resonantie: hulpmiddelen voor hoogwaardige beeldacquisitie

Dit protocol integreert een op maat gemaakt bioreactorsysteem met gehyperpolariseerde ¹³C NMR-spectroscopie om het real-time pyruvaatmetabolisme in levende cellen te meten, waardoor de reproduceerbaarheid en kinetische nauwkeurigheid voor metabole studies en toepassingen voor het screenen van geneesmiddelen worden verbeterd.

Real-time metabole detectie in levende cellen met behulp van gehyperpolariseerde 13C NMR

Leer de omzetting van gehyperpolariseerd pyruvaat naar lactaat meten via MRI in een gecontroleerd phantom-omgeving. Deze methode biedt inzicht in metabole processen relevant voor kankerdiagnostiek.

Gebruik van een Multi-compartiment Dynamic enkel enzym Phantom voor Studies van gehyperpolariseerd Magnetic Resonance Agents

Meer video's verkennen